重复梳理与挖掘,背后有不同的细胞活动时序
小鼠缺少NLGN1后,背侧纹状体D2细胞更易兴奋,梳理与挖掘增多。研究发现,两种行为与活动时序的关系不同,PKC相关变化参与其中。
梳理毛发、翻动垫料,本是小鼠日常生活的一部分。当这些动作过于频繁,研究者便能从中追问:一个行为为什么会被反复启动?2024年发表于 Advanced Science 的研究,围绕与自闭症相关的突触蛋白神经连接蛋白1(NLGN1),把这个问题带到背侧纹状体。团队发现,缺少NLGN1会改变表达多巴胺D2受体的中型棘状神经元(D2-MSN)的兴奋性;但梳理与挖掘并不是同一个细胞活动模式的两种简单表现。
背侧纹状体D2-MSN中降低或缺失NLGN1,使梳理和挖掘增多;抑制这群细胞可减少两种行为。激活方式及行为前后的钙信号,显示两者具有不同活动时序,PKC抑制也能减轻受测异常。
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变化首先体现在行为更常发生
Nlgn1缺失小鼠的梳理、挖掘总时间和次数增加。这些变化在雌雄小鼠中均可见。研究进一步在不同脑区降低NLGN1,纹状体干预也产生类似变化,将全身基因缺失的行为线索落实到一个具体区域。
纹状体的主要细胞是抑制性中型棘状神经元。进一步区分D1与D2受体标记群后,D2群中的NLGN1降低增加两种行为,D1群中相应干预未见显著增加。这里的D2指受体表达,不是细胞自身产生多巴胺;研究由此锁定了一群接收调节信号的纹状体细胞。
来源:Lv D et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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背侧D2群的变化更突出
在背侧纹状体D2细胞中降低NLGN1,两种行为增加;腹侧纹状体相同类型的干预,未见显著变化。条件性基因删除与Drd2-Cre群体中的敲低,得到相近方向。不同区域的D2细胞,在这项蛋白调节中并不承担相同角色。
随后,在成年基因缺失小鼠的背侧D2细胞中重新表达NLGN1,过多梳理和挖掘减少。另一组D2细胞敲低实验中,运动、开放场及三箱社交指标未显著改变,说明本次定位得到的行为效应有其具体范围。
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更容易发放,不等于每个读出都升高
脑片中,缺少NLGN1的D2细胞在相同电流刺激下发放更多动作电位,静息膜电位却相近。活体钙记录也显示事件更频繁,单个事件幅度未显著升高。细胞的响应倾向改变了,但变化不是所有活动指标一起增加。
敲低后的微小兴奋性突触电流频率升高,幅度及微小抑制性电流频率、幅度未显著改变。阻断谷氨酸受体后,脑片中的异常兴奋性差异仍存在;活体干预对梳理与挖掘的影响也不同。突触输入变化之外,还需要看细胞内部怎样调节响应。
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同样激活,梳理与挖掘的结果不同
抑制基因缺失小鼠的背侧D2细胞,两种行为的时间和次数均减少。反方向,在正常小鼠中通过化学遗传方式提高活动,梳理增多,挖掘却未显著增加。这种激活条件下,移动时间也未见显著改变。
光激活进一步显出时序差别:较高频活动期间并未增加梳理,结束后梳理才明显增多;挖掘则在较高频激活期间和之后都可增加。推动行为的不只是“更活跃”,还与活动如何展开、动作何时出现有关。
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一次梳理开始前,钙信号已经变化
自由活动记录中,正常小鼠的D2钙事件频率与梳理时间、次数正相关,合并两组分析也有相关;只看基因缺失组,相关却不显著。高背景活动之下,事件频率与行为的关系没有延续同样模式。
对齐梳理起点后,两组都显示开始前信号高于开始后。正常组的梳理前信号还高于全程平均,缺失组这一比较不显著。结合激活结束后的行为增加,研究提出活动升高与随后回落可能共同关联梳理启动。
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换一个活动指标,挖掘的联系更清楚
有垫料环境中,单纯钙事件频率与挖掘时间、次数的合并相关未显著。团队换成综合事件信号的累积指标后,正常组及合并分析出现正相关;挖掘开始前的累积指标也高于全程平均。
梳理更突出地伴随起点前后的活动转折,挖掘则与前期活动积累相联系。两种重复动作共享D2细胞,却保留不同的动态线索;累积分析是对信号的另一种观察,尚未单独证明某个下游回路怎样把积累变成动作。
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PKC把蛋白缺失与兴奋性变化联系起来
单核转录分析给出了细胞内信号线索,组织检测发现PKC、PKA和ERK磷酸化标记升高。PKC抑制可减少缺失小鼠两种行为,并使D2细胞的异常放电差异减弱;PKA抑制的行为效果有所不同,ERK抑制未减少受测过多行为。
重新表达完整NLGN1或缺少PDZ结合域的版本,都能降低PKC相关标记与过多行为,L269P突变版本未产生同样效果。研究把突触蛋白、细胞兴奋性和动作时序连接起来:NLGN1相关重复行为并非单一的活动升高,而是同一细胞群以不同动态参与不同动作。
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