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复旦科研团队发现电突触对神经环路发育
及成年小鼠行为的重要作用

来源:脑科学研究院发布时间:2017-03-10

3月7日,《美国国家科学院院刊》(PNAS)在线发表了复旦大学脑科学研究院研究员禹永春课题组题为《出生早期CX26的敲除影响大脑皮层发育并且导致焦虑情绪的提高》(“Neonatal CX26
removal impairs neocortical development and leads to elevated anxiety”, doi:10.1073/pnas.1613237114)的研究论文。该论文报道了大脑皮层发育早期电突触介导的神经元同步化放电活动对脑皮层神经环路的发育和成年行为的重要作用。

(A)在小鼠出生早期敲除兴奋性神经元电突触蛋白CX26。(B)CX26的敲除可显著降低自发同步化放电的频率和规模。(C)CX26的敲除显著降低兴奋性神经元树突复杂度和树突棘的密度。(D)行为学检测(高架十字迷宫)。CX26敲除的小鼠焦虑行为显著增强。

神经环路是大脑神经系统的基础,这些彼此联系的神经元构成一定的神经环路来发挥大脑的高级功能。已有证据表明,在哺乳动物大脑皮层发育早期兴奋性神经元之间存在着大量的“电突触”联系。然而随着大脑皮层不断发育,这些电突触逐渐消失,取而代之的是化学性突触联系。尽管电突触的重要功能逐渐被神经科学家所关注,然而电突触通过何种机制调控脑皮层环路的发育是目前神经科学所面临的重要科学问题。同时,研究表明兴奋性神经元之间的电突触联系参与了脑皮层早期神经网络自发放电同步化震荡。有假说称此同步化震荡对脑皮层神经环路的发育起到了至关重要的作用,然而至今此假说并没有被实验所证实。更为重要的是,发育早期由电突触介导的神经网络是否会影响成年个体的行为目前依然不清楚。

在本项研究中,禹永春课题组利用可诱导的条件性敲除小鼠系统(EMX1-CreER),在小鼠出生早期特异性敲除兴奋性神经元间的电突触蛋白CX26。研究表明,CX26的敲除可显著降低发育早期自发同步化放电的频率和规模。其次,CX26的敲除显著降低兴奋性神经元树突复杂度和树突棘的密度。有趣的是,只有在出生早期而非晚期敲除CX26可显著降低兴奋性神经元mEPSCS的频率,而对mIPSCs的幅度和频率无影响。研究人员进一步证实,CX26敲除对兴奋性神经元形态学和环路的影响可一直持续到小鼠成年时期。更重要的是,研究人员发现CX26敲除的小鼠焦虑行为显著增强。该工作首次证实了发育早期电突触介导的神经元同步化放电活动对脑皮层神经环路的发育起到了至关重要的作用,同时揭示发育早期电突触联系对小鼠成年行为具有重要影响。该研究不仅为深入理解大脑皮层神经元环路发育有着重要意义,同时为脑神经环路发育异常相关疾病的诊断和治疗方面提供了新思路。

该研究在禹永春的指导下,由苏鑫和陈敬敬等完成。苏鑫和陈敬敬为该论文的共同第一作者,禹永春为通讯作者。该课题获得了科技部973项目、国家自然科学基金面上项目、基金委重大研究计划培育项目等资助。

(封面制图 张鹤仪)

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