Nicotinic Receptors in Glia-Neuron Interactions

神经胶质-神经元相互作用中的烟碱受体

基本信息

  • 批准号:
    7586926
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.75万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2008
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2008-09-15 至 2010-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Nicotine addiction is a major health problem in our society and accounts for millions in health care costs. A fundamental prerequisite for understanding the actions of nicotine is to elucidate the physiological role for nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) in the brain. Recently, it has been shown that nAChRs are expressed in astrocytes. This proposal will examine the role of astrocytic nAChRs on synaptic signaling in the CA3 region of the mouse hippocampus and how these receptors contribute to glia-neuron interactions in the brain. The proposal will address two issues. First, we will characterize nicotinic signaling in astrocytes using acute hippocampal slices from mice expressing GFP linked to the glial fibrillary acidic protein (GFAP). Electrophysiological analyses will be carried out examining nicotinic currents on astrocytes. Calcium imaging will be used to elucidate the details of calcium signaling in these cells, including the contributions from various sources of calcium within astrocytes. nAChR-induced intra- and inter-cellular calcium waves will be examined. We will use transgenic mice that express tau-GFP driven by the cholineacetyl transferase (ChAT) promoter in order to label cholinergic axons. The ability of local stimulation of cholinergic fibers to induce nAChR currents and calcium signals in astrocytes will be examined. These studies will establish the existence of functional nAChRs in astrocytes and their ability to transduce signals in these cells in response to both nicotine and endogenous acetylcholine. The second part of the proposal will address a unique signaling resulting in an action potential- independent form of transmission at the mossy fiber-CA3 synapse in the hippocampus. We will examine the role of astrocytes in mediating or modulating this form of short-term plasticity by its action on the presynaptic mossy fiber terminals. A combination of electrophysiology and calcium imaging will be used in these studies. It is increasingly becoming apparent that addiction is a problem of hedonic homeostasis that involves multiple regions of the brain, not just the mesolimbic dopaminergic system. Understanding the totality of nAChR actions in the brain, in order to arrive at a rational drug design to combat smoking must include the understanding of these receptors on glia as well as neurons. This proposal makes a start in that direction. PUBLIC HEALTH RELEVANCE: Methods that have been developed to combat smoking have been inadequate mainly because of our lack of knowledge on how this drug affects brain functions. It is now being recognized that drugs of abuse like nicotine have far reaching consequences for the brain. They affect not just functions of nerve cells in the brain but also support cells known as glia. These support cells have been shown to play a very active role in determining how the nerve cells function. Here we study the effects of nicotine on astrocytes, a type of glial cells, and determine how nicotine, acting via these cells can affect the functioning of, and signaling by neurons. This study will open a new direction in understanding the consequences of smoking for the brain and aid in the development of better pharmacological interventions to assist people in breaking nicotine addiction.
描述(由申请人提供):尼古丁成瘾是我们社会的一个主要健康问题,造成数百万美元的医疗费用。了解尼古丁作用的一个基本先决条件是阐明大脑中烟碱乙酰胆碱受体 (nAChR) 的生理作用。最近,研究表明 nAChR 在星形胶质细胞中表达。该提案将研究星形细胞 nAChR 对小鼠海马 CA3 区域突触信号传导的作用,以及这些受体如何促进大脑中胶质细胞-神经元的相互作用。该提案将解决两个问题。首先,我们将使用表达与胶质纤维酸性蛋白 (GFAP) 连接的 GFP 的小鼠的急性海马切片来表征星形胶质细胞中的烟碱信号传导。将进行电生理学分析来检查星形胶质细胞上的烟碱电流。钙成像将用于阐明这些细胞中钙信号传导的细节,包括星形胶质细胞内各种钙来源的贡献。将检查 nAChR 诱导的细胞内和细胞间钙波。我们将使用表达由胆碱乙酰转移酶 (ChAT) 启动子驱动的 tau-GFP 的转基因小鼠来标记胆碱能轴突。将检查局部刺激胆碱能纤维在星形胶质细胞中诱导 nAChR 电流和钙信号的能力。这些研究将确定星形胶质细胞中是否存在功能性 nAChR,以及它们在这些细胞中转导信号以响应尼古丁和内源性乙酰胆碱的能力。该提案的第二部分将解决一种独特的信号传导,从而在海马体的苔藓纤维 CA3 突触处产生一种独立于动作电位的传输形式。我们将通过其对突触前苔藓纤维末端的作用来研究星形胶质细胞在介导或调节这种形式的短期可塑性中的作用。这些研究将结合使用电生理学和钙成像。越来越明显的是,成瘾是一个享乐稳态问题,涉及大脑的多个区域,而不仅仅是中脑边缘多巴胺能系统。了解大脑中 nAChR 作用的整体,为了得出合理的抗吸烟药物设计,必须包括对神经胶质细胞和神经元上的这些受体的了解。这项提案朝这个方向迈出了第一步。公众健康相关性:已开发的对抗吸烟的方法还不够充分,主要是因为我们缺乏关于这种药物如何影响大脑功能的知识。现在人们认识到尼古丁等滥用药物会对大脑产生深远的影响。它们不仅影响大脑中神经细胞的功能,还影响称为神经胶质细胞的支持细胞。这些支持细胞已被证明在决定神经细胞功能方面发挥着非常积极的作用。在这里,我们研究尼古丁对星形胶质细胞(一种神经胶质细胞)的影响,并确定尼古丁如何通过这些细胞发挥作用,影响神经元的功能和信号传导。这项研究将为了解吸烟对大脑的影响开辟一个新方向,并有助于开发更好的药物干预措施来帮助人们戒掉尼古丁成瘾。

项目成果

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