腹侧海马Htr2c神经元功能及其相关神经环路的研究

发布时间：2020-04-28 04:32

【摘要】：背景:海马体结构位于大脑颞叶内侧的基底部,是大脑边缘系统的重要组成部分。海马体对于人类、灵长类动物以及啮齿类动物学习与记忆起到至关重要的作用。海马体由多个亚区组成,其中CA1区被认为是海马体中的核心区域,因为这一区域是海马体向外投射的主要脑区,且功能最为复杂,与空间及场景的学习记忆均相关,并在记忆的编码、检索以及召回等多个阶段发挥着重要的作用。根据解剖背-腹侧关系,可以将CA1分为背侧CA1(d CA1)和腹侧CA1(v CA1)。这两个区域的神经元有着截然不同的神经投射和功能,d CA1主要与大脑皮层形成相互联系,是学习与记忆的核心脑区,而v CA1的功能目前还不十分明确。根据细胞的基因表达,可以将小鼠v CA1的椎体神经元分为三个亚群(Wfs1、Trpc4和Htr2c)。在这三个v CA1的神经亚群中,Htr2c神经元的相关环路与功能仍未被研究。目的:研究小鼠v CA1区域Htr2c神经元的结构、环路以及功能。方法:采用CRISPR/Cas9系统制作背景为C57BL/6的转基因敲进小鼠Htr2c-i Cre(Serotonin Receptor Type-2c,Improved Cyclization Recombination Enzyme),并以3月龄的Htr2c-i Cre转基因雄性小鼠为研究对象。采用脑立体定位注射的方法注射Cre重组酶依赖的腺相关病毒,标记双侧v CA1的Htr2c阳性神经元,通过免疫荧光染色确定被标记的神经元的具体类型及分布特性。抑制Htr2c神经元活性,通过行为学实验检测小鼠的学习记忆能力、注意力以及运动能力等。使用顺/逆行神经环路示踪病毒寻找v CA1区Htr2c神经元特异的下游脑区。采用离体电生理结合光遗传的手段验证环路是否存在功能性连接。使用病毒激活/损伤神经环路并进行行为学实验。结果:通过免疫荧光染色,确定被标记的神经元为Htr2c阳性神经元,是v CA1区域的一个兴奋性神经元亚群,分布在靠近多形层的锥体细胞层的深层部分。抑制Htr2c神经元活性,导致小鼠的注意力下降。而激活该群神经元可以提高小鼠的注意力。通过钙成像观察及在体单细胞记录,确定Htr2c神经元在小鼠注意过程中被激活。利用神经环路示踪病毒,顺/逆双向示踪,发现Htr2c神经元可以投射到中脑的EW核团,形成单突触连接。离体电生理验证,确认Htr2c-EW环路为单突触兴奋性神经环路。EW细胞特异表达CCK基因,利用i CCK-Cre小鼠结合病毒特异降低EW神经元活性并检测小鼠注意力,与Htr2c神经元相似,抑制EW神经元活性,降低小鼠的注意力。使用光遗传技术,特异激活Htr2c-EW环路,发现激活该环路,小鼠注意力上升,而失活EW神经元可抑制激活该环路所致的注意力提升。结论:1、Htr2c神经元为v CA1兴奋性神经元的一个亚群;2、Htr2c神经元调控注意;3、Htr2c神经元直接投射到EW,建立单突触连接,并通过这种连接调控注意。
【图文】：

示意图,示意图,阶段,多通道记录

图 1: 5-CSRTT 时程示意图当小鼠完成第五阶段训练之后，进入检测阶段。将 SD 调整为 1.5,1.0,0.5 s，每个SD 检测 4 天，每天 50 次任务或时间达到 60min。完成每个 SD 的检测后，将 SD调为 2.0 s（第五阶段），训练两天。再调为下一个 SD，进行检测。统计检测阶段的 correct，omission、premature、incorrect 的次数以及小鼠的奖励获取时间（reward collection latency, RCL）和触屏反应时间(response latency, RL)。13.在体多通道记录1. 电极：本实验使用 16 导的步进式 tetrode 光电极，购买自杭州纽顿公司。实验中使

海马,灵长类,啮齿类,人类

图 1：不同物种（啮齿类、灵长类以及人类）海马的解剖位置海马的功能（1）认知和记忆：1953 年，H.M.（Henry Gustav Molaison）为了治疗癫痫，不得不切除颞叶内侧（包括海马），随后他被发现失去了很多记忆。此后几十年，研究人员将海马与人类、灵长类和啮齿类动物的记忆联系在一起(3, 4)。大量的病历显示，病人在切除海马后会患有失忆症，比如瞬时逆行性失忆，这种海马损伤伴随失忆的现象在不同种类的动物模型上均可观察到(5, 6)。海马参与了多种形式的记忆，尽管关于具体某种形式的记忆是否单独依赖与海马仍然存疑，但是切除海马后会出现多种形式的记忆(如情景记忆、空间学习或陈述性记忆)受损，，这一点不存在争议。大多数关于动物的行为学检测都需要一定程度的积极或消极情绪(例如，饥饿/食物)来驱使动物做出反应。例如，评估啮齿类动物海马功能的常见测试情景
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R338

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