内源性神经活动调节螺旋神经元在发育早期的突触精细化

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81870734
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    57.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H1405.耳鼻咽喉头颈发育相关疾病
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Human being can sense, perceive, and respond to complex sounds in surrounding environment via a precisely-organized auditory circuit. In the cochlea of the inner ear, sounds waves are initially converted into electrical signals by specialized sensory receptor located in the inner hair cells (HCs), which are then transmitted to the central nervous system by the primary sensory neurons━spiral ganglion neurons (SGNs). SGNs convey the intensity, frequency and phase of sound waves into the brain by way of particular firing patterns, which are ultimately deciphered into the sound loudness, pitch and localization by the brain. Therefore, SGNs must develop accurate and elaborate synapses that connect hair cells in the cochlea with the neurons in the brainstem at the stage of early postnatal age. However, whether the refined synaptic formation and sequential maturation of SGNs are determined by gene expression or activity remains elusive. Our preliminary data indicate that the afferent fibers of type-I spiral ganglion neurons have undergone a dramatic re-organization and pruning during early postnatal development. Based on these results, we will investigate the following questions using whole-cell electrophysiological recordings, genetics, imaging and cell biology: (1) whether the dynamic synaptic refinement of SGNs correlates with their intrinsic membrane properties, firing patterns, synaptic transmission during the neonatal development; (2) whether sensory depletion ( deafness mice) can alter synaptic pruning and their auditory circuits assembly; (3) whether there is a critical period for a precise auditory circuit assembly using reversible gene expression in deafness mice through tamoxifen induction at different developing stages; (4) whether activity can change synaptic refinement and target selection during early postnatal development by viral expression of bacterial sodium channels (NaChBac) or a non-inwardly rectifying variant of the Kir2.1 (ESKir2.1). Results from this study will provide new insights into how spiral ganglion neurons undergo synaptic pruning and form elaborate circuit assembly in the mammalian cochlea, and shed some light on the best time window for treating hearing disorders.
人类获取声音信息依赖于完整、精细的听觉环路的形成。首先,耳蜗中的毛细胞把声音信息转化为电信号传递到螺旋神经元;然后,螺旋神经元通过特定放电模式和突触传递把声音的频率、强度和位置信息传递到大脑,并且被准确的解读。但是,螺旋神经元在发育过程中的成熟和突触精细化是由内部因素(基因)还是外部因素(活动)决定的还不清楚。我们的预实验结果表明,螺旋神经元在发育早期经历一个明显突触修剪过程;在此基础上,本课题拟利用膜片钳技术,结合基因手段、成像技术、细胞分子生物学方法,研究:(1)螺旋神经元在出生后早期突触精细化的动态过程和其膜特性、放电模式、突触形成相关性;(2)外部活动剥夺(耳聋)对螺旋神经元突触修剪以及神经环路形成的影响;(3)利用Tamoxifen在不同发育时期恢复耳聋小鼠缺失基因的表达,寻找发育关键时期;(4)改变神经元兴奋性对螺旋神经元突触修剪和靶向选择的调控,进一步阐明突触发生的内在机制。

结项摘要

在听力获得之前,听觉环路的自发性电活动在发育早期短暂存在,并且起源于耳蜗,具有特定的放电模式 (pattern of spontaneous activity) ,被认为指导了这种听觉系统精细环路的形成。然而,螺旋神经元在这种特定模式自发性电活动的起源中扮演一个什么角色,以及特定模式自发性电活动在发育中的动态变化还不清楚。通过膜片钳全细胞记录、成像技术结合三维重构手段,我们发现:(1)螺旋神经元的自发性电活动在发育早期 (postnatal, P3−7) 以簇状方式 (burst firing) 进行,并具有明显的区域性差异 (P6−7) ;然而在听力快开始时 (P9−10) ,簇状放电模式消失;(2)螺旋神经元的树突分支修剪略早于簇状放电1−2天,但是与自发性电活动具有同样的发育变化模式;(3)通过显性负效突变体 (dominant negative) 阻断螺旋神经元的小电导钙激活的钾通道 (small conductance calcium-activated potassium channels, SK) 或者超极化激活环核苷酸门控通道 (hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channels, HCN) 干扰早期的簇状放电模式会导致小鼠听力的丧失。这些结果揭示早期模式化的自发性电活动决定了发育中神经环路的正确连接和精细化;(4)进一步利用单细胞提取技术,通过转录子测序、分析,我们发现干扰螺旋神经元特定放电模式下调了线粒体功能相关和突触生长相关蛋白的mRNA表达,表明它们可能参与了发育早期的特定模式放电在听觉环路形成中的作用;和(5)shRNA敲减线粒体相关基因Them5导致于自发性电活动阻断相似的突触修剪异常和耳聋表型。. 总之,本课题深入研究了发育早期特定模式放电在听觉环路形成中的作用以及发现了一些特定模式自发性放电激活的基因。本课题的研究成果给特定模式自发性放电指导了听觉环路的发育提供重要的理论依据,在听觉系统发育中具有重要的生物学意义。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
PUPIL enables mapping and imprinting transient electrical connectivity in developing nervous systems
PUPIL 能够在发育中的神经系统中绘制和印记瞬态电连接
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Cell Reports
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Shu Xie;Haixiang Li;Fenyong Yao;Jiechang Huang;Xin Chen;Qiang Liu;Min Zhuang;Shuijin He
  • 通讯作者:
    Shuijin He
Regulation of Axon Initial Segment Diameter by COUP-TFI Fine-tunes Action Potential Generation
COUP-TFI 调节轴突初始段直径微调动作电位的产生
  • DOI:
    10.1007/s12264-021-00792-8
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
    Neuroscience Bulletin
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Xuanyuan Wu;Haixiang Li;Jiechang Huang;Mengqi Xu;Cheng Xiao;Shuijin He
  • 通讯作者:
    Shuijin He

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其他文献

锂对铅引起的大鼠海马DG区LTP的影响。
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    《生物物理学报》
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何水金;阮迪云
  • 通讯作者:
    阮迪云

其他文献

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何水金的其他基金

内皮素B型受体信号通路在少突胶质细胞分化以及在脱髓鞘疾病治疗中的应用研究
  • 批准号:
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  • 项目类别:
    面上项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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