An ultrastructural connectomic analysis of a higher‐order thalamocortical circuit in the mouse
An ultrastructural connectomic analysis of a higher‐order thalamocortical circuit in the mouse
复制标题
小鼠高阶丘脑皮质回路的超微结构连接组学分析
DOI：
10.1111/ejn.15092
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发表时间：
2021
影响因子：
3.4
通讯作者：
Kasthuri, Narayanan
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Sampathkumar, Vandana;Miller‐Hansen, Andrew;Murray Sherman, S.;Kasthuri, Narayanan
许多研究都是关于初级感觉皮层中的丘脑皮层突触，但关于高级丘脑皮层投射到高级皮层区域的研究却少之又少。我们开始使用遗传标记结合大体积连续电子显微镜来解决这个缺口（即，“connectomics”）来研究小鼠中从丘脑后内侧核到次级躯体感觉皮层的投射。我们将一种混合物注射到丘脑核中，该混合物将表达acre的病毒和一种表达cre依赖性抗坏血酸过氧化物酶的病毒结合在一起，该抗坏血酸过氧化物酶提供了一种电子致密的细胞质标记。这种“交叉”病毒方法特异性标记了丘脑皮质轴突和突触，在皮质的所有层中没有逆行标记。标记的丘脑皮质突触占皮质体积中所有突触的14%，与先前对一阶丘脑皮质输入的估计一致。我们发现，标记的丘脑皮质终端，相对于未标记的：更大，更有可能包含一个神经元，更频繁地针对多刺树突和避免多刺树突，并经常支配较大的脊柱与脊柱装置，在其他差异。此外，标记的终端更普遍的2/3层和标记和未标记的终端之间的突触差异最大的2/3层。这里报道的层状差异与初级感觉皮层中的一级丘脑皮层连接的报道形成对比，例如，在初级感觉皮层中，第4层中的标记终末大于第2/3层（Viaene等人，2011年a）。这些数据提供了对高阶丘脑皮质突触超微结构的第一次一瞥，并指出需要进行更多的分析，因为这种连接可能代表了大多数丘脑皮质回路。
Many studies exist of thalamocortical synapses in primary sensory cortex, but much less in known about higher‐order thalamocortical projections to higher‐order cortical areas. We begin to address this gap using genetic labeling combined with large volume serial electron microscopy (i.e., “connectomics”) to study the projection from the thalamic posterior medial nucleus to the secondary somatosensory cortex in a mouse. We injected into this thalamic nucleus a cocktail combining acre‐expressing virus and one expressingcre‐dependent ascorbate peroxidase that provides an electron dense cytoplasmic label. This “intersectional” viral approach specifically labeled thalamocortical axons and synapses, free of retrograde labeling, in all layers of cortex. Labeled thalamocortical synapses represented 14% of all synapses in the cortical volume, consistent with previous estimates of first‐order thalamocortical inputs. We found that labeled thalamocortical terminals, relative to unlabeled ones: were larger, were more likely to contain a mitochondrion, more frequently targeted spiny dendrites and avoided aspiny dendrites, and often innervated larger spines with spine apparatuses, among other differences. Furthermore, labeled terminals were more prevalent in layers 2/3 and synaptic differences between labeled and unlabeled terminals were greatest in layers 2/3. The laminar differences reported here contrast with reports of first‐order thalamocortical connections in primary sensory cortices where, for example, labeled terminals were larger in layer 4 than layers 2/3 (Viaene et al., 2011a). These data offer the first glimpse of higher‐order thalamocortical synaptic ultrastructure and point to the need for more analyses, as such connectivity likely represents a majority of thalamocortical circuitry.
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