An olfactory subsystem that mediates innate behaviors

调节先天行为的嗅觉子系统

基本信息

  • 批准号:
    9137838
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.52万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-02-01 至 2018-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The mammalian olfactory system responds both to neutral odors, whose significance for the organism is assigned by learning, and to odors that elicit innate behaviors. A subset of olfactory sensory neurons expresses trace amine associated receptors (TAARs) that respond to volatile amines that are mostly aversive to rodents. We recently described the projection patterns of TAAR-expressing neurons (TRNs) to the olfactory bulb and examined the molecular mechanisms that control the expression of a single TAAR per TRN. Based on these findings, our overall hypothesis is that the TRNs constitute a distinct olfactory subsystem and that they integrate into hard-wired circuits that enable them to extract specific environmental cues and drive robust innate behavioral responses. Several predictions stem from this hypothesis: 1. TRNs are molecularly distinct from ORNs and they use specific mechanisms to ensure expression of a single receptor per neuron; 2. Activation of the TRNs is sufficient to elicit innate behavioral responses and, 3. The projections from the TAAR glomeruli are stereotyped and target central neural structures appropriate to aversive behavior responses. To test these predictions, we will conduct an interdisciplinary, multi-tiered approach that spans the molecular, neuroanatomical, neurophysiological and behavioral levels. At the molecular level, we will use unbiased approaches to unequivocally determine whether TRNs express only TAARs or co-express a subset of ORs. Further, we will definitively determine whether TRNs are molecularly committed to exclusively express TAARs, or can switch to express ORs upon choosing a deleted Taar gene. We will also analyze sorted populations of TRNs to identify repressive epigenetic marks and activating enhancer sequences that control expression of a single TAAR per TRN. Together, these studies will provide the molecular evidence for defining the TRNs as a distinct olfactory subsystem. At the anatomical level, we will map the projections from the TAAR glomeruli in the bulb to higher olfactory centers in the brain. We predict that these projections will be stereotyped and these glomeruli may project predominantly to the amygdala. At the systems/behavioral level, we will determine the behavioral consequences of selective optogenetic activation of TRNs, following systematic characterization of the optimal stimuli for driving bulb responses. These experiments will test whether TAAR circuits are hard wired to induce innate behavioral responses such as sniffing, and hard wired to assign aversive valence. Our studies are the first to examine innate responses to aversive olfactory stimuli in the context of known receptors and ligands. They will shed light on the molecular and anatomical substrate of innate responses to aversive stimuli, and provide foundation for direct links between molecular and anatomical organization and behavioral outcomes. Understanding the neural mechanisms mediating the conversion of sensory information to eliciting innate behaviors may provide new insight into the underpinnings of several psychiatric conditions.
描述(由申请人提供):哺乳动物嗅觉系统既回应中性气味,其对生物体的意义是通过学习来分配的,也是引起先天行为的气味。一部分嗅觉神经元表达痕量胺相关受体(TAAR),这些受体(TAAR)对大多对啮齿动物的挥发性胺作出反应。我们最近描述了表达TAAR神经元(TRN)对嗅球的投影模式,并检查了控制每个TRN的单个TAAR表达的分子机制。基于这些发现,我们的总体假设是TRN构成了一个独特的嗅觉子系统,并且它们集成到硬连线电路中,使他们能够提取特定的环境提示并推动强大的先天行为反应。几个预测源于这一假设:1。TRN与ORNS有分子不同,它们使用特定的机制来确保每个神经元单个受体的表达。 2。trn的激活足以引起先天的行为反应,3。刻板印象是taar glomeruli的投影,目标是适合厌恶行为反应的中央神经结构。为了测试这些预测,我们将进行跨学科的多层方法,该方法跨越分子,神经解剖学,神经生理和行为水平。在分子水平上,我们将使用无偏的方法明确地确定TRN是仅表达TAARS还是共表达ORS的子集。此外,我们将确定确定TRN是否是分子承诺仅表达TAAR的,或者在选择已删除的TAAR基因后可以切换到表达OR。我们还将分析对TRN的分类群体,以鉴定抑制性表观遗传标记并激活控制每TRN的单个TAAR表达的增强子序列。总之,这些研究将为将TRN定义为独特的嗅觉子系统提供分子证据。在解剖学层面,我们将绘制从灯泡中的TAAR肾小球到大脑中较高嗅觉中心的投影。我们预测这些预测将被定型,这些肾小球可能主要投射到杏仁核。在系统/行为级别上,我们将在系统表征最佳刺激以用于驱动灯泡响应的最佳刺激后,确定TRN选择性光遗传激活的行为后果。这些实验将测试TAAR电路是否很难连线以诱导先天的行为反应,例如嗅探和硬有线以分配厌恶价值。我们的研究是第一个研究对厌恶性嗅觉刺激的先天反应 已知受体和配体的背景。他们将阐明对厌恶刺激的先天反应的分子和解剖基质,并为分子和解剖组织和行为结果之间的直接联系提供基础。了解介导感官信息转化为引发先天行为的神经机制可能会为几种精神病疾病的基础提供新的见解。

项目成果

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