Informacija

CA1 neuronų sinapsių pasiskirstymas

CA1 neuronų sinapsių pasiskirstymas


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Vikipedijos straipsnyje apie dendritinius smaigalius skaičiau:

Hipokampe CA1 neuronuose yra du išskirtiniai regionai, gaunantys sužadinimo sinapsinius įėjimus: perforuojantis kelias (PP) per viršūninį dendritinį kuokštą (500–750 μm nuo somos) ir Schafferio kolateralė (SC) per bazinį ir viršūninį dendritus. (250-500 μm nuo somos).

Įdomu, kaip išryškėja šių dviejų regionų išskirtinumas, brėžiant sinapsių skaičių kaip atstumo iki somos funkciją:

Labiau panaši į pilką, ar į raudoną, ar į žalią kreivę? Arba kuris kitas?


Vienas iš šio įvertinimo šaltinių yra Megias ir kt. 2001 m., elektroninės mikroskopijos tyrimas žiurkės hipokampo CA1.

Pateikiu jų duomenis iš 3 lentelės sekančioje diagramoje.

X ašis nėra mikrometrais. Atvirkščiai, tai reiškia dendritinius poklasius. $Ori$ reiškia Stratum Oriens, $Rad$ – S. Radiatum, $LM$ – Lacunosum-Moleculare, $T$ – storus dendritus, $t$ – plonus dendritus, $prox/med/dist$ – proksimalinius, medialinius, ir distalinis, atitinkamai. Stratum Oriens reiškia bazinius dendritus, esančius arti ląstelės kūno, stratum Radiatum viršūninius kamienus, o stratum Lacunosum-Moleculare – viršūninius kuokštelius. Apytikslės sluoksnių vietos, atsižvelgiant į ląstelės korpusą, yra (mikrometrais): $Ori = (-100, 0)$, $Rad = (100, 350)$, $L-M = (350,550)$. Y ašis rodo bendrą sinapsių skaičių, tiek sužadinamųjų, tiek slopinamųjų.


Bendras slopinamųjų ir sužadinamųjų sinapsių skaičius ir pasiskirstymas hipokampo CA1 piramidinėse ląstelėse

Neuronų integracinės savybės labai priklauso nuo jų gaunamų sužadinamųjų ir slopinamųjų sinapsinių įėjimų skaičiaus, proporcijų ir pasiskirstymo. Šiame tyrime buvo išmatuota trimatė dendritinių medžių geometrija ir simetriškų bei asimetrinių sinapsių tankis skirtinguose žiurkių hipokampo CA1 srities piramidinių ląstelių skyriuose, siekiant apskaičiuoti bendrą sužadinamųjų ir slopinamųjų įėjimų skaičių ir pasiskirstymą vienoje ląstelėje. viena piramidinė ląstelė turi maždaug 12 000 mikronų dendritų ir gauna apie 30 000 sužadinamųjų ir 1700 slopinamųjų įėjimų, iš kurių 40 % yra sutelkti perizomatinėje srityje, o 20 % – dendrituose stratum lacunosum-moleculare. Išankstinės ir posinapsinės savybės rodo, kad CA1 piramidinių ląstelių dendritai yra nevienalyčiai. Strata radiatum ir oriens dendritai yra panašūs ir skiriasi nuo stratum lacunosum-moleculare dendritų. Proksimaliniai viršūniniai ir baziniai sluoksniai radiatum ir oriens dendritai yra be stuburo arba retai spygliuoti. Distaliniai radiatum sluoksniai ir oriens dendritai (sudarantys 68,5 % piramidinių ląstelių dendritinio medžio) yra tankiai dygliuoti, jų sužadinimo įėjimai baigiasi tik dendritiniuose dygliuose, o slopinamieji įėjimai nukreipti tik į dendritinius velenus. Slopinamųjų medžiagų dalis ant distalinių spygliuočių radiatum sluoksnių ir oriens dendritų yra maža (apie 3 %). Priešingai, proksimaliniai dendritiniai segmentai gauna daugiausia (70–100 %) slopinančių įvesties. Tik slopinantys įėjimai inervuoja somatos (77–103 ląstelėje) ir aksono pradinius segmentus. Lacunosum-moleculare sluoksnio dendritai turi nuo vidutinio iki nedidelio dyglių kiekio. Sužadinimo sinapsės sluoksnio lacunosum-moleculare dendrituose yra didesnės nei kitų sluoksnių sinapsės, dažnai perforuotos (apie 40 %) ir gali būti dendritinių šachtų. Slopinamosios medžiagos, kurių procentas yra gana didelis (apie 14-17 %), taip pat baigiasi dendritiniuose dygliuose. Mūsų rezultatai rodo, kad: (i) labai konvergentinis sužadinimas, patenkantis į piramidinių ląstelių distalinius dendritus, pirmiausia yra kontroliuojamas proksimaliai esančio slopinimo būdu (ii) sužadinimo ir slopinimo įvesties organizavimas sluoksniuose, gaunančius Schafferio įnašą (radiatum / oriens), palyginti su perforantu. kelio įvestis (lacunosum-moleculare) gerokai skiriasi.


Garsinis ežio pasiskirstymas brandžiuose hipokampo neuronuose

Sonic Hedgehog (Shh) reguliuoja neuronines pirmtakes suaugusiųjų smegenyse, tačiau jo vaidmuo postmitoziniuose brandžiuose neuronuose nėra gerai suprantamas. Naudodami imunoelektroninę mikroskopiją, neseniai parodėme Patched (Ptch) ir Smoothened (Smo), Shh receptorių, postsinapsinį pasiskirstymą suaugusių žiurkių smegenų hipokampo neuronuose. Šiame tyrime aprašome Shh baltymo pasiskirstymą šiuose suaugusiųjų hipokampo neuronuose. Mes nustatėme, kad Shh yra tiek presinapsiniuose, tiek postsinaptiniuose terminaluose. Presinapsiniuose terminaluose Shh yra sinapsinės jungties centre arba šone. Postsinapsiniuose terminaluose Shh dažniausiai yra sinapsinės jungties pusėje. Shh randame ir dendrituose. Sinapsinės ir dendritinės Shh dažnai yra arba yra susijusios su vezikulinėmis struktūromis, kurios apima tankias šerdies pūsleles, sinapsines pūsleles ir endosomas. Taigi mūsų tarpląstelinis Shh ir jo receptorių žemėlapis suteikia pagrindą išsiaiškinti funkcinę Shh signalizacijos reikšmę brandžiuose neuronuose.

Garsinis ežiukas (Shh) vaidina mažiausiai du svarbius vaidmenis nervų sistemoje. Vienas iš jų yra skatinti kamieninių / pirmtakų ląstelių gamybą, įskaitant granuliuotų ląstelių pirmtakus jaunose smegenėlėse 1–3 ir nervines kamienines ląsteles specifinėse suaugusiųjų smegenų smegenų srityse. 4 - 8 Kitas yra skatinti jaunų neuronų, įskaitant nugaros smegenų komisūrinius neuronus, 9, 10 tinklainės ganglijų ląsteles, 11 uoslės jutimo neuronų, 12 ir vidurinių smegenų dopaminerginių neuronų, aksonų augimą. 13 Įrodymai parodė, kad Shh ir jo signaliniai komponentai taip pat egzistuoja brandžiuose neuronuose, neuronuose, kurie neturi progenitorinių savybių. 14–16 Tačiau kur šiuose brandžiuose neuronuose vyksta Shh signalizacija ir kaip Shh signalizacija juos veikia, iš esmės nežinoma.

Neseniai aprašėme Patched (Ptch) ir Smoothened (Smo), atitinkamai Shh receptorių ir keitiklio, subląstelinį pasiskirstymą suaugusių žiurkių hipokampo neuronuose. 17 Kelių tipų hipokampo neuronai išreiškia Ptch ir Smo, kurie ypač susitelkę jų dendrituose, stuburuose ir postsinapsiniuose terminaluose. 17 Čia mes ištyrėme Shh baltymo pasiskirstymą suaugusiųjų hipokampo neuronuose.

Mes naudojome tuos pačius suaugusių žiurkių hipokampo audinių mėginius, kurie buvo naudojami mūsų ankstesnėje Ptch ir Smo ultrastruktūrinėje analizėje. 17 Atlikome imunoaukso žymėjimą po įterpimo (du gyvūnai), naudodami monokloninius anti-Shh antikūnus (5E1 Developmental Studies Hybridoma Bank). 5E1 antikūnas buvo sukurtas prieš Shh (žiurkės Shh aa1�) 18 N-galą ir buvo apibūdintas jo specifiškumas. 10, 15, 18, 19

Dėl pirmenybinio Ptch ir Smo pasiskirstymo hipokampo neuronų postsinapsiniuose terminaluose 17 galvojome, ar Shh taip pat yra šalia sinapsės ar prie jos. Ištyrėme keletą hipokampo regionų, apimančių CA1 piramidinį sluoksnį ir radiatum sluoksnį, dantytinio gyrus molekulinį sluoksnį ir CA3 stratum lucidum. Šių regionų sinapsės pasižymėjo skirtingomis morfologinėmis savybėmis. Nepaisant to, visose šiose sinapsėse aptikome Shh ženklinimą (ਁ pav.). Paveikslasꀚ yra slopinančios sinapsės pavyzdys, pagrįstas jos simetriška išvaizda. Shh ženklinimas buvo pastebėtas presinapsiniame skyriuje, taip pat postsinapsiniame skyriuje. Abiejuose skyriuose Shh žymėjimas buvo panašiai pasiskirstęs link sinapsinės jungties šono, o ne centro (ꀚ pav.). Atidžiau panagrinėjus, pasirodė, kad postsinapsinis Shh žymėjimas buvo susijęs su į duobutę panašiomis struktūromis, kurios buvo priešais arba priešais presinapsinį Shh ženklinimą (ꀚ pav.).

Shh pasiskirstymas suaugusių žiurkių hipokampo CA1, CA3 sinapsėse ir krumplyne. Imunoelektroninės mikrografijos, rodančios Shh imuninį žymėjimą sinapsinėse vietose: CA1 sluoksnio piramidinėje (A, C), CA1 radiatum sluoksnyje (B, D-G), dantytinio gyrus molekuliniame sluoksnyje (H) ir CA3 lucidum sluoksnyje (I-M). Shh ženklinimas (10 arba 15 nm aukso dalelės) pažymėtas rodyklėmis. (A) rodo slopinančią sinapsę, kurioje Shh žymėjimas yra presinapsiniame gale (p), taip pat postsinapsinėje somoje (taip). Tiek presinapsinio, tiek postsinapsinio skyriaus atveju Shh žymėjimas nėra aktyviojoje sinapsinės jungties zonoje, bet yra ekstrasinapsinis. Taip pat atkreipkite dėmesį, kad postsinapsinis ženklinimas yra susijęs su į duobutę panašiomis struktūromis, esančiomis priešais presinapsinį ženklinimą ir priešais jį. (B)-(D) yra sužadinamųjų sinapsių pavyzdžiai, kurių visose Shh žymėjimas yra presinapsiniame gale – netoli sinapsinės jungties centro ir tiesiogiai liečiasi su presinapsine membrana. s, postsinapsinis stuburas. (E)-(G) taip pat yra sužadinamųjų sinapsių pavyzdžiai, tačiau tokiais atvejais Shh žymėjimas randamas postsinapsiniu būdu ir koncentruojasi netoli postsinapsinės membranos šono. (H) yra sužadinimo sinapsė, kurioje Shh žymėjimas yra tiek presinapsinės membranos centre, tiek ekstrasinapsinėje pusėje. (I)-(M) rodo Shh ženklinimą samanų pluošto gnybte (m) ir postsinapsinį spygliuotą išsiskyrimą (te). Presinapsinis Shh ženklinimas dažnai siejamas su įvairiomis vezikulinėmis struktūromis (rodyklėmis I, J, M) ir tankiomis šerdies pūslelėmis (rodyklės J-M). Postsinapsinis Shh žymėjimas matomas tubulovezikulinėse organelėse (I) arba yra susijęs su membrana (L). sa K, stuburo aparatas * M žymi spinulę. Mastelio juostos yra 100 nm.

Paveiksleꀛ-H pavaizduotos tipiškos sužadinimo sinapsės, pagrįstos jų ryškiu postsinapsiniu tankiu. Šiose sinapsėse presinapsinis Shh ženklinimas šiek tiek skyrėsi nuo postsinapsinio Shh ženklinimo. Presinapsinį Shh žymėjimą galima rasti arba tiesiai ant sinapsinės jungties membranos (ꀛ-D pav.) arba terminalo šone (ਁH pav.). Kita vertus, postsinapsinis Shh žymėjimas daugiausia buvo rastas šone, toliau nuo sinapsinės jungties centro (ꀞ-G pav.).

PaveiksleਁI-M pateikti samanų pluošto sinapsių pavyzdžiai. Kalbant apie kitų tipų sinapses, Shh buvo rasta tiek presinapsiniuose samanų galuose, tiek postsinapsiniuose dygliuotuose išskyrose. Presinapsiniuose samanų gnybtuose dauguma Shh žymenų buvo aiškiai matomi susiję su tankiomis pūslelėmis (rodyklės pav.ਁJ-M ), arba su kitomis mažesnėmis pūslelių struktūromis (rodyklių antgaliai pav.ਁI, J, M ). Postsinaptinių dygliuotų išskyrų metu Shh kai kuriais atvejais buvo susijęs su tubulovezikulinėmis organelėmis (rodyklės ਁI paveiksle) arba buvo gana arti postsinapsinės membranos kitais atvejais (rodyklės galvutė ਁL pav.).

Be sinapsinių lokalizacijų, Shh žymėjimas buvo rastas įvairiose tubulovezikulinėse organelėse, esančiose hipokampo neuronų somoje ir dendrituose (ਂ pav.). Įdomu tai, kad kai kurios iš šių Shh pažymėtų organelių tiesiogiai kontaktavo su ląstelės membranos paviršiumi, paprastai netoli kontaktų su gretimais procesais (ꀪ-C pav.).

Shh (rodyklės 10 arba 15 nm aukso dalelės) randamos tubulovezikulinėse organelėse, esančiose somoje (so) arba dendrituose (de). Šios Shh turinčios organelės dažnai tiesiogiai kontaktuoja su neurono membranos paviršiumi, šalia gretimų ląstelių procesų (pr A-C). (A), CA1 stratum pyramidal (B), CA1 stratum radiatum (C), dantytinio gyrus molekulinis sluoksnis (D), CA3 stratum lucidum. Mastelio juostos yra 100 nm.

Mūsų ankstesnis imunoelektroninis mikroskopinis darbas apibūdino Ptch ir Smo postsinapsinę lokalizaciją suaugusiųjų hipokampo neuronuose. 17 Dabartinės išvados, rodančios Shh buvimą presinapsiniame terminale, ypač esančios arti sinapsinio kontakto ar net tiesiai prie jo, kelia galimybę, kad Shh signalizacija gali įvykti per šių neuronų sinapsę. Tada kyla pagunda paklausti, kokia Shh baltymo forma išsiskiria iš presinapsinio terminalo. Besivystančios Drosophila tinklainės fotoreceptorių neuronuose, o Ežiuko (Hh) C-gale yra aksoninio nukreipimo signalas, N-galo domenas ir nedidelis viso ilgio Hh kiekis taip pat keliauja palei aksoną. 20 Mūsų rezultatai, gauti naudojant 5E1 antikūną, specifinį Shh N-galui, gali atspindėti viso ilgio ir N-galo Shh domeną. Norint galutinai nustatyti Shh formas, kurios yra ir galbūt išsiskiria iš presinapsinio terminalo, reikės atlikti tolesnius tyrimus, įskaitant specifinio Shh C-galo antikūno naudojimą.

Mes taip pat stebėjome įdomų tarpląstelinį Shh pasiskirstymą postsinapsiniuose stuburuose ir hipokampo neuronų dendrituose. Keletas tyrimų parodė, kad dendritas ir postsinapsinis neuronų terminalas gali išlaisvinti siųstuvus 21 arba augimo faktorius. 22 Be to, kitų Hh gaminančių ląstelių tyrimai parodė, kad Hh išsiskiria viršūninėje ir bazinėje Drosophila fotoreceptorių neuronų pusėje. 20 Panašiai Drosophila sparno disko epitelyje Hh randamas viršūninėse ir bazolaterinėse plazmos membranose. 23 Bus įdomu ištirti, ar Shh žinduolių hipokampo neuronuose taip pat išsiskiria tiek iš prieš, tiek iš post-sinapsinių vietų. Shh baltymo ir jo receptorių atvaizdavimas tarpląsteliniame lygmenyje padės suprasti, kur ir kaip vyksta Shh signalizacija, ir kokį vaidmenį Shh vaidina brandžių neuronų funkcijoje ir plastiškume.


Rezultatai

2D sinaptosomų elektroforezės žemėlapių generavimas iš CA3-CA1 hipokampo kultūrų

Anksčiau taikėme klasikinį frakcionavimo metodą sinaptinių membranų ir citozolio valymui iš CA3-CA1 hipokampo sinapsių [19]. Pradinė medžiaga buvo gauta iš disocijuotų kultūrų, kurios buvo paruoštos iš naujagimių žiurkės smegenų (P4-P5) po CA3-CA1 srities mikrodisekcijos. Šiame tyrime tas pats sinapsinės medžiagos šaltinis buvo naudojamas grynoms sinaptosomoms gauti ir šios hipokampo sinapsių subpopuliacijos 2DE žemėlapiams generuoti. Norint įvertinti sinaptinių baltymų sodrinimo mastą ir užterštumo glia ir mielino baltymais laipsnį, tarpląstelinės frakcijos buvo analizuojamos standartine elektronų mikroskopija (EM) ir Western blot metodu (žr. 1 papildomą failą). Šie du metodai parodė, kad mėginio grynumo laipsnis iš tiesų buvo daug didesnis baltymų ekstraktuose iš kultūrų nei ekstraktuose iš CA3-CA1 hipokampo audinio ([19] ir neskelbti duomenys).

Paveiksle ​ 1 paveiksle 1 pateiktas 2D etaloninis sinaptosomų žemėlapis, išgrynintas iš CA3-CA1 kultivuotų neuronų. Buvo aptikta apie 1000 dėmių, kurių dydis yra 15� kDa su izoelektriniu tašku (pI) vertės yra nuo 4 iki 9. Bendra šių 2D žemėlapių išvaizda, molekulinė masė (MW) ir pI pasiskirstymas, atskirų baltymų dėmių skaičius ir santykinis intensyvumas buvo atkuriami atliekant skirtingus eksperimentus (žr. toliau n = 12, šiam tyrimui naudotų gelių skaičius. Į šį skaičių įeina n = 9 analitiniai ir preparatiniai geliai ir n = 3 geliai Western blot analizei aptiktų dėmių skaičius geriausiuose analitiniuose sidabru dažytuose geliuose, kurie buvo naudojami diferencinei ekspresijos analizei, yra n = 1154 ± 231, vidutinis ± sem n = 3 geliai.)


Diskusija

Čia pateiktos išvados rodo, kad optogenetinis CA1 piramidinių neuronų aktyvavimas hipokampe lėmė distalinį AIS perkėlimą, bet nepakito aksoaksoninių sinapsių padėtis, todėl atsirado neatitikimas tarp AIS ir jos GABAerginių įėjimų. Dar svarbiau yra tai, kad mūsų modelis numato, kad ši konfigūracija turi daugybę ir toli siekiančių padarinių AP inicijavimui ir savybėms, įskaitant atgalinio sklidimo AP laiko ir amplitudės moduliavimą, kurie abu gali turėti įtakos ilgalaikiam sinapsinių įvesties plastiškumui. Taip pat padidinama dabartinė trumpų dirgiklių riba, todėl ji efektyviau filtruoja depoliarizuojančius sinapsinius įėjimus, todėl homeostatiškai sumažėja neuronų jaudrumas. Įdomu tai, kad mūsų modelis numatė, kad sinapsių perkėlimas kartu su AIS būtų turėjęs priešingą efektą – padidėjusį neuronų jaudrumą, palyginti su kontrolinėmis medžiagomis. Atrodo, kad disociacija tarp AIS ir jos aksoaksoninių sinapsių sukuria optimalią homeostatinio atsako į ilgalaikę stimuliaciją konfigūraciją. Mūsų išvados atskleidžia naują plastiškumo formą, kai sinapsių padėtis ir jų taikinys gali būti modifikuojami nepaprastai tiksliai, kad būtų galima tiksliai suderinti neuronų išvestį.

Aksoaksoninių GABAerginių sinapsių pasiskirstymas hipokampe.

Anksčiau buvo pranešta apie nuo veiklos priklausomus AIS padėties pokyčius atskirtuose hipokampo neuronuose (17). Čia, mūsų žiniomis, pirmą kartą parodome, kad panaši plastiškumo forma taip pat atsiranda CA1 neuronuose organotipiniuose pjūviuose – preparatas, kuriame išsaugoma tinklo architektūra ir jo ryšiai. Be to, griežinėliai gali būti paimti iš postnatalinio audinio, užtikrinant, kad vėlai gimusios sietyninės ląstelės migravo į hipokampą prieš ruošiant pjūvį (9). Dėl to mes galėjome vizualizuoti GABAergines aksoaksonines sinapses, kurias sukūrė sietynų neuronai, ant piramidinių ląstelių AIS ir sekti jų elgesį AIS plastiškumo metu. Aksoaksoninės sinapsės susidarė visoje AIS ir nebuvo nukreiptos į distalinį galą, kaip pastebėta žievės neuronuose. Stebėtina, kad mes taip pat pastebėjome, kad sinapsės nebuvo erdviškai suvaržytos AIS, bet buvo išplėstos už jos ribų (19, 23). Nors neaišku, kokį vaidmenį vaidina šios sinapsės, tikėtina, kad jos moduliuoja AP sklidimą žemyn aksonu. Atsižvelgiant į AIS plastiškumą, šios sinapsės užtikrina, kad AIS vis dar būtų inervuota net po to, kai ji perkeliama distaliai, kad aksoaksoninės sinapsės galėtų ir toliau moduliuoti neuronų išvestį.

Išilgai CA3 neuronų aksono aksoaksoninės sinapsės dažnai buvo įtaisytos į AIS AnkG dėmės tarpus ar skyles. Šis pradurtas AnkG pasiskirstymas anksčiau buvo aprašytas daugelyje skirtingų neuronų, įskaitant CA1 ir CA3 ląsteles, naudojant superraiškos struktūrinio apšvietimo mikroskopiją (24). AnkG spragas daugiausia užpildė nuo įtampos priklausomo kalio kanalo Kv2.1, cisterninių organelių žymeklio sinaptopodino ir GABAerginių sinapsių. Po nuo veiklos priklausomo AIS perkėlimo reikės atlikti tolesnį didelės raiškos vaizdą, ypač plonuose CA1 piramidinių ląstelių aksonuose, kad būtų galima nustatyti, kas atsitinka su AIS ultrastruktūra, jos sinapsėmis ir kitais su aksoaksoninėmis sinapsėmis susijusiais baltymais. . Kv2.1 kanalas yra ypač įdomus, nes jis neturi AnkG surišimo domeno (skirtingai nuo kitų AIS jonų kanalų) ir patiria nuo veiklos priklausomą dispersiją (prarandamas klasterizavimas) ir pasikeičia blokavimo savybės, kurios, kaip manoma, yra homeostatinio pobūdžio ( 30, 31). Šie įvykiai priklauso nuo kalcineurino (30), panašiai kaip AIS perkėlimas į disocijuotus neuronus (16), o tai reiškia, kad panašios signalizacijos kaskados gali veikti abiejuose skyriuose ir todėl gali būti atsakingos už aksoaksoninių sinapsių ir AIS neatitikimą. čia.

Mūsų duomenys tvirtai rodo, kad AIS yra du erdviniai domenai, turintys skirtingus molekulinius tapatumus, kurių vienas pagrįstas pastolių baltymu AnkG, o kitas - GABAerginiu pastolių baltymu gefirinu. Tačiau naujausi duomenys apie hipokampo neuronus parodė, kad AnkG paprastai randamas greta GABAerginių sinapsių somatodendritiniame skyriuje ir iš tikrųjų sąveikauja su ja jungiantis GABARAP (32). Manoma, kad sąveika su AnkG stabilizuoja GABAergines sinapses, priešindamasi GABA endocitozei (32). Nors mes nustatėme, kad po AIS perkėlimo AnkG lygiai erdvėje tarp AIS ir somos buvo labai sumažėję arba visai nebuvo, daugelyje mūsų vaizdų vis dar matome silpnai pažymėtas AnkG dažymo grupes, kurių gali pakakti stabilizuoti likusias sinapses. atsiliko po AnkG perkėlimo. Arba šioms konkrečioms sinapsėms gali neprireikti AnkG, kad jos išliktų stabilios. Pavyzdžiui, Purkinje ląstelėse nėra AnkG etiketės somoje (32), tačiau jos vis tiek gauna slopinamąjį poveikį, o tai rodo, kad AnkG buvimas ne visada yra būtina sąlyga stabiliai GABAerginei sinapsei. Bet kokiu atveju mūsų duomenys neatskleidė aksoaksoninių sinapsių skaičiaus pasikeitimo, nors dar reikia nustatyti, ar pasikeitė šių sinapsių stiprumas (33 ⇓ –35). Ankstesnis darbas parodė, kad traukuliai smegenyse gali sukelti tiek aksoaksoninių, tiek aksosomatinių GABAerginių įėjimų praradimą, o tai gali sukelti sunkiai įveikiamas epilepsijos formas (36, 37). Daugumą to galima paaiškinti interneuronų praradimu dėl eksitotoksinės žalos, kurią greičiausiai sukelia didelis tinklo aktyvumas. Mūsų eksperimentinė procedūra užtikrino, kad aktyvumas padidėjo tik atskirose piramidinėse ląstelėse, naudojant farmakologiškai izoliuotų neuronų optogenetinę stimuliaciją. Dėl to būtų sukelti tik ląstelių autonominiai įvykiai, kurie apeitų tinklo hiperaktyvumą ir taip išvengtų interneuronų eksitotoksiškumo.

AIS plastiškumas ir neuronų išvestis.

Pastebėjome, kad po ilgalaikės stimuliacijos CA1 neuronai sumažino savo jaudrumą. Tikėtina, kad toks rezultatas atsirado dėl AIS padėties pasikeitimo, taip pat dėl ​​sumažėjusio Rin. Taip pat nustatėme, kad pasikeitė AP forma. Antrasis AP darinys kontroliniuose neuronuose parodė dvi aiškias smailes, atitinkančias aksoninį ir somatinį AP, ir šios dvi smailės buvo aptiktos toliau viena nuo kitos stimuliuotuose neuronuose, kurių AIS yra labiau nutolęs (S5 pav. C ir D). Paprasčiausias šio antrojo piko vėlavimo paaiškinimas yra didesnis atstumas, kurį AP turi nukeliauti, kai jis sklinda atgal į somą. Tiesą sakant, atsižvelgiant į 12 μm distalinį AIS perkėlimą, išmatuotą struktūriškai, kartu su 60 μs pailgėjimu tarp smailių, AP sklidimo greitis yra 0, 2 m/s. Šis atradimas atitinka ankstesnius AP plitimo išilgai nemielinizuotus aksonus hipokampe (38 ⇓ –40) ir buvo patvirtintas mūsų modelyje, kur AIS perkėlimas sukėlė panašų antrojo smailės vėlavimą (S6 pav.A).

AP forma stimuliuojamuose ir kontroliuojamuose CA1 piramidiniuose neuronuose. (A) Vidutinis AP sekimas (Kairė), pirmasis vedinys (centras), ir fazės diagrama (Teisingai). (B) Vidutinis AP sekimas (Kairė), pirmasis vedinys (centras), ir fazės diagrama (Teisingai) pirmojo AP, sukelto reaguojant į 500 ms srovės injekcijas. (C) Vidutinis pirmojo AP antrasis išvestinis, gautas reaguojant į 10 ms (Viršutinė) arba 500 ms srovės įpurškimas (Žemesnis). (D) Vėlavimas tarp pirmosios ir antrosios smailės antrojoje AP bangos formos išvestinėje (vidurkis ± SEM**P < 0,01 n = 14 ChR2 ir ChR2 stimuliuojama, n = 16 Kaimynas).

Skaičiavimo modelio AP išvesties apibūdinimas. (A) AP bangos forma, jos pirmoji išvestinė, fazių diagrama ir antroji išvestinė dviem skirtingomis sąlygomis: AIS proksimalinis (AIS atstumas iki somos 3,5 μm) ir AIS distalinis (AIS atstumas 15 μm). (B) Įvesties-išvesties kreivė dviem skirtingoms sąlygoms, kaip aprašyta A, reaguojant į 800 ms srovės injekciją į somą.

Svarbu tai, kad mūsų skaičiavimo modelis taip pat leido mums ištirti GABAerginės sinapsės padėties pasekmes neuronų išeigai ir ištirti skirtingus scenarijus. Tai atskleidė, kad AIS perkėlimas distaliai gali turėti priešingą poveikį AP generavimui, priklausomai nuo aksoaksoninių sinapsių padėties. Kai AIS perkeliama distaliai, paliekant aksoaksonines sinapses arti somos, AP amplitudė sumažėjo, o latentinis laikotarpis iki pirmojo AP, taip pat srovės slenkstis padidėjo, visa tai rodo, kad jaudrumas sumažėjo, palyginti su kontrolinėmis grupėmis. Tačiau, jei sinapsės persikeltų kartu su AIS, toldamos nuo somos, mes nustatėme priešingą poveikį šiems parametrams, o tai rodo padidėjusį jaudrumą, palyginti su kontrolinėmis medžiagomis. Vienas iš galimų šio stebinančio rezultato paaiškinimų yra tas, kad proksimalinės sinapsės sukuria šuntą, kuris iš dalies užkirs kelią membranos įkrovimui reaguojant į depoliarizuojančius įėjimus ir paveiks tiek aksonines, tiek šalia esančias somatines membranas. Dėl to bus paveikti natrio kanalai abiejuose skyriuose. Tačiau, jei sinapsės perkeliamos distaliai, manevravimo efektas taip pat pasislenka nuo somos, todėl moduliacija vyksta daugiausia AIS, o mažiau - somoje. Nors mūsų modelio AP inicijuojamas distaliniame AIS gale, kur membranos sąlygos yra idealios smailės inicijavimui, somatiniai natrio kanalai taip pat prisideda prie AP susidarymo ir AP formos somoje. Taigi proksimalinės sinapsės neleis suaktyvinti tiek somatinių, tiek AIS natrio kanalų, o distalinės sinapsės pirmiausia veiks tik AIS kanaluose, todėl šiame tyrime parodytas priešingas poveikis AP savybėms.

Apibendrinant galima pasakyti, kad distalinis AIS perkėlimas kartu su proksimaliu aksoaksoninių sinapsių pasiskirstymu sukuria idealią konfigūraciją, kad sumažintų CA1 piramidinių neuronų neuronų jaudrumą, taigi ir homeostatinį atsaką į ilgalaikę stimuliaciją.


Bendras slopinamųjų ir sužadinamųjų sinapsių skaičius ir pasiskirstymas hipokampo CA1 piramidinėse ląstelėse

Neuronų integracinės savybės labai priklauso nuo jų gaunamų sužadinamųjų ir slopinamųjų sinapsinių įėjimų skaičiaus, proporcijų ir pasiskirstymo. Šiame tyrime buvo išmatuota trimatė dendritinių medžių geometrija ir simetriškų bei asimetrinių sinapsių tankis skirtinguose žiurkių hipokampo CA1 srities piramidinių ląstelių skyriuose, siekiant apskaičiuoti bendrą sužadinamųjų ir slopinamųjų įėjimų skaičių ir pasiskirstymą vienoje ląstelėje.

Viena piramidinė ląstelė turi ~12 000 μm dendritų ir gauna apie 30 000 sužadinimo ir 1700 slopinančių įvesties, iš kurių 40% yra sutelkta perizomatinėje srityje, o 20% - dendrituose stratum lacunosum-moleculare. Išankstinės ir posinapsinės savybės rodo, kad CA1 piramidinių ląstelių dendritai yra nevienalyčiai. Strata radiatum ir oriens dendritai yra panašūs ir skiriasi nuo stratum lacunosum-moleculare dendritų. Proksimaliniai viršūniniai ir baziniai sluoksniai radiatum ir oriens dendritai yra be stuburo arba retai spygliuoti. Distaliniai radiatum sluoksniai ir oriens dendritai (sudarantys 68,5% piramidinių ląstelių dendritinio medžio) yra tankiai dygliuoti, jų sužadinimo įėjimai baigiasi tik dendritiniuose spygliuose, o slopinamieji įėjimai nukreipti tik į dendritinius velenus. Slopinamųjų įėjimų dalis ant distalinių spygliuočių radiatum sluoksnių ir oriens dendritų yra maža (∼ 3%). Priešingai, proksimaliniai dendritiniai segmentai gauna daugiausia (70–100%) slopinančių įvesties. Tik slopinantys įėjimai inervuoja somatos (77–103 ląstelėje) ir aksono pradinius segmentus. Lacunosum-moleculare sluoksnio dendritai turi nuo vidutinio iki nedidelio dyglių kiekio. Sužadinimo sinapsės sluoksnio lacunosum-moleculare dendrituose yra didesnės nei kitų sluoksnių sinapsės, dažnai perforuotos (∼ 40%) ir gali būti dendritinių velenų. Slopinamieji įėjimai, kurių procentas yra gana didelis (∼ 14–17%), taip pat baigiasi dendritiniuose spygliuose.

Mūsų rezultatai rodo, kad: (i) labai konvergentinis sužadinimas, patenkantis į piramidinių ląstelių distalinius dendritus, pirmiausia yra kontroliuojamas proksimaliai esančio slopinimo būdu (ii) sužadinimo ir slopinimo įvesties organizavimas sluoksniuose, gaunančius Schafferio įnašą (radiatum / oriens), palyginti su perforantu. kelio įvestis (lacunosum-moleculare) gerokai skiriasi.


Skirtingi mechanizmai reguliuoja GABAA receptorių ir gefirino klasterizaciją CA1 piramidinių ląstelių perizominėse ir aksoaksoninėse sinapsėse

Piramidinės ląstelės ekspresuoja įvairius GABA(A) receptorių (GABA(A)R) potipius, galbūt tam, kad atitiktų įvestis iš funkciškai skirtingų interneuronų, nukreiptų į specifinius tarpląstelinius domenus. Postsinapsinį GABA(A)R įtvirtinimą užtikrina sudėtinga pastolių baltymo gefirino, neuroligino-2 ir kolibistino sąveika. Tiesioginė šių baltymų ir GABA(A)R subvienetų sąveika gali prisidėti prie specifinio GABA(A)R potipių pasiskirstymo sinapse. Be to, distrofino ir glikoproteino kompleksas, daugiausia lokalizuotas perizomatinėse sinapsėse, reguliuoja GABA (A) R postsinapsinį grupavimą šiose vietose. Čia mes ištyrėme, kaip GABAerginių sinapsių funkcinė ir molekulinė organizacija CA1 piramidiniuose neuronuose pasikeičia pelėms, kurioms trūksta GABA (A) R α2 subvieneto (α2-KO). Pranešame apie ryškų, sluoksniui būdingą postsinapsinio gefirino ir neuroligino-2 klasterių praradimą, nepakeitus GABAerginių presinapsinių terminalų. Viso ląstelių įtampos gnybtų įrašai α2-KO pelių pjūviuose rodo, kad GABAerginis mIPSC dažnis sumažėjo 40%, amplitudė ir kinetika nepakito. Mažos / didelės zolpidemo koncentracijos taikymas, siekiant atskirti α1- ir α2/α3-GABA(A)Rs, rodo, kad likusieji mIPSC α2-KO pelėse yra tarpininkaujami α1-GABA(A)R. Imunofluorescencinė analizė atskleidžia α1-GABA(A)R ir neuroligino-2 klasterių, bet ne gefirino grupių, palaikymą pelių mutantų perizomatinėse sinapsėse, taip pat visišką šių trijų žymenų praradimą pradiniame aksono segmente. Šis ryškus tarpląstelinis skirtumas koreliuoja su distrofinų grupių, kolokalizuotų su neuroliginu-2 ir α1-GABA(A)R, išsaugojimu pelių mutantų piramidinių ląstelių kūnuose. Distrofinas nebuvo aptiktas pradiniame aksono segmente nei vieno genotipo atveju. Visi šie radiniai atskleidžia specifinį GABA (A) R įsitvirtinimą sinapse postsinapsinėse vietose ir rodo, kad distrofino ir glikoproteino kompleksas prisideda prie α1-GABA (A) R ir neuroligino-2, bet ne gefirino, stabilizavimo perizominiame postsinapsiniame tankyje.

Figūros

1 pav. α2-KO pelių apibūdinimas

1 pav. α2-KO pelių apibūdinimas

2 pav. Morfologinis GABAerginių komponentų apibūdinimas...

2 pav. GABAerginių komponentų morfologinis apibūdinimas α2-KO pelėse

3 pav. Poveikis Gabra2 ištrynimas…

3 pav. Poveikis Gabra2 GABAerginių mIPSC ištrynimas ir jų jautrumas zolpidemui…

4 pav. Diferencialiniai postsinapsinio žymeklio pokyčiai...

4 pav. Diferencialiniai postsinapsinio žymenų pasiskirstymo pokyčiai α2-KO pelių CA1 neuronuose, kaip…

5 pav. Nepažeistas distrofinas, α1 subvienetas ir…

5 pav. Nepažeistas distrofinas, α1 subvienetas ir NL2 grupuotė CA1 piramidės perizomatinėse sinapsėse…

6 pav. GABAerginių postsinapsinių žymenų praradimas...

6 pav. GABAerginių postsinapsinių žymenų praradimas mutantinių CA1 piramidinių ląstelių AIS...

7 pav. Presinapsinių gnybtų išsaugojimas…

7 pav. Presinapsinių galų išsaugojimas perisomatinėse ir aksoaksoninėse sinapsėse CA1 neuronuose…


Nuorodos

  1. Chen XW
  2. Feng YQ
  3. Hao CJ
  4. Guo XL
  5. Jis X
  6. Zhou ZY
  7. Guo N
  8. Huang HP
  9. Xiong W
  10. Zheng H
  11. Zuo PL
  12. Zhang CX
  13. Li W
  14. Džou Z
  1. Fjorback AW
  2. Jūrininkas M
  3. Gustafsenas C
  4. Mehmedbasic A
  5. Gokool S
  6. Wu C
  7. Milicas D
  8. Schmidtas V
  9. Madsenas P
  10. Nyengaardas JR
  11. Willnow TE
  12. Christensenas EI
  13. Mobley WB
  14. Nykjær A
  15. Andersen OM
  1. Harterink M
  2. Port F
  3. Lorenowicz MJ
  4. McGough IJ
  5. Silhankova M
  6. Betist MC
  7. van Weering JR
  8. van Heesbeen RG
  9. Middelkoop TC
  10. Basler K
  11. Cullen PJ
  12. Korswagen HC
  1. Hu JH
  2. Park JM
  3. Park S
  4. Xiao B
  5. Dehoff MH
  6. Kim S
  7. Hayashi T
  8. Schwarz MK
  9. Huganir RL
  10. Seeburg PH
  11. Linden DJ
  12. Worley PF
  1. Jaworski J
  2. Kapitein LC
  3. Gouveia SM
  4. Dortland BR
  5. Wulf PS
  6. Grigoriev I
  7. Camera P
  8. Spangler SA
  9. Di Stefano P
  10. Demmers J
  11. Krugers H
  12. Defilippi P
  13. Akhmanova A
  14. Hoogenraad CC
  1. Munsie LN
  2. Milnerwood AJ
  3. Seibler P
  4. Beccano-Kelly DA
  5. Tatarnikov I
  6. Khinda J
  7. Volta M
  8. Kadgien C
  9. Cao LP
  10. Tapia L
  11. Klein C
  12. Farrer MJ
  1. Wang Z
  2. Edwards JG
  3. Riley N
  4. Provance DW
  5. Karcher R
  6. Li XD
  7. Davison IG
  8. Ikebe M
  9. Mercer JA
  10. Kauer JA
  11. Ehlers MD
  1. Wassmer T
  2. Attar N
  3. Harterink M
  4. van Weering JR
  5. Traer CJ
  6. Oakley J
  7. Goud B
  8. Stephens DJ
  9. Verkade P
  10. Korswagen HC
  11. Cullen PJ

Synaptic Transmission at the CA3-CA1 Glutamatergic Synapse

We reconstructed a 6x6x5 μm3 piece of the rat CA1 hippocampal neuropil containing 465 synapses and parts of 450 axons, 150 dendrites and a single astrocyte (Fig. 1), and used MCell to study the dynamics of transmitter release at presynaptic terminals (Modchang, Nadkarni et al. 2010 Nadkarni, Bartol et al. 2010), the diffusion and spillover of glutamate in extracellular space (ECS) (Kinney Submittted) and the dynamics of calcium in postsynaptic spines (Keller, Franks et al. 2008). An HD video of the reconstruction can be viewed online at: http://www.youtube.com/watch?v=FZT6c0V8fW4.


Fig 1. Frame from an MCell movie shortly after release of glutamate (yellow) from an axon (gray) opposed to a dendritic spine (blue) in reconstructed CA1 neuropil in which only a few of the axons and dendrites are shown (Scientific American, March 2011).

We used MCell to model the entry and diffusion of calcium in the presynaptic terminal and calcium binding to calcium sensors on synaptogamin. We identified three time scales for synchronous and asynchronous vesicle release that were insensitive to the spatial details of the synaptic ultrastructure and accounted for a wide range of experimental results. The model predicted that approximately 64 High-Voltage Calcium Channels were needed in the terminal at an average distance of 300 μm from the calcium sensors to account the range of release probabilities and paired-pulse facilitation (Modchang, Nadkarni et al. 2010 Nadkarni, Bartol et al. 2010).

The 3D geometry of the extracellular space is visualized in Fig. 2 as a solid. In contrast to the accepted value of 20 nm for the extracellular spacing, the reconstruction revealed an interconnected network of large diameter (60 nm) tunnels, formed at the junction of three or more cellular processes, spanned by sheets between pairs of cell surfaces with nearly uniform width (Kinney Submittted).

We used MCell to simulate the entry of calcium through NMDA receptors in the postsynaptic spine and showed that at normal calcium pump densities, the calcium dynamics in spines is almost independent of the spine neck length. This implies that spines can change the length of their neck to make synaptic connections with nearby axons without affecting the critical timing of the calcium signals that control synaptic plasticity (Keller, Franks et al. 2008).


Fig 2. The geometry of extracellular space (ECS) has thin sheet-like surfaces between networks of wide tunnels. (B) ECS vertices were classified as sheet-like or tunnel-like according to the number of neighboring objects. (C) Cross-section through the raw reconstruction showing approximate location of vertices identified as being tunnel-like (blue) and sheet-like (red). Scale bar: 500 nm. (D) One cubic micron showing the ECS as a solid with the intracellular space invisible. ECS width is color coded. (Kinney Submittted)

Filialai

Pasteur Institute Rome-Department of Physiology and Pharmacology, Sapienza University of Rome, Italy

Giampaolo Milior, Maria Amalia Di Castro, Livio Pepe’ Sciarria, Stefano Garofalo, Davide Ragozzino, Cristina Limatola & Laura Maggi

Inserm U1127, CNRS UMR7225, Sorbonne Universités, UPMC UMR S1127, Institut du Cerveau et de la Moelle épinière, Paris, 75013, France

Department of Cell Biology and Neurosciences, Section of Behavioural Neurosciences, Istituto Superiore di Sanità, Rome, Italy


Žiūrėti video įrašą: 2-Minute Neuroscience: Long-Term Potentiation LTP (Sausis 2023).