Hippocampal neurons respond to brain activity with functional hypoxia.
Hippocampal neurons respond to brain activity with functional hypoxia.
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DOI：
10.1038/s41380-020-00988-w
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发表时间：
2021-06
影响因子：
11
通讯作者：
Ehrenreich H
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Butt UJ;Steixner-Kumar AA;Depp C;Sun T;Hassouna I;Wüstefeld L;Arinrad S;Zillmann MR;Schopf N;Fernandez Garcia-Agudo L;Mohrmann L;Bode U;Ronnenberg A;Hindermann M;Goebbels S;Bonn S;Katschinski DM;Miskowiak KW;Nave KA;Ehrenreich H
身体活动和认知挑战是已建立的非侵入性方法，用于诱导全面的脑激活，从而改善健康受试者和患者的整体脑功能，包括情绪和情感健康。然而，这种实验和临床观察以及广泛开发的治疗工具的机制仍然非常模糊。在这里，我们表明，在行为的大脑，生理（内源性）缺氧可能是一个各自的领导机制，通过自适应基因表达调节海马可塑性。一种改进的小鼠转基因方法，利用与CreERT 2重组酶融合的HIF-1α的氧依赖性降解（ODD）结构域，使我们能够在常氧和运动认知挑战下证明大脑中的缺氧细胞，并通过光片显微镜对其进行空间映射，所有这些都与吸气性缺氧作为强阳性对照进行比较。我们报告说，一个复杂的运动认知的挑战，导致缺氧基本上所有的大脑区域，缺氧神经元特别丰富的海马。这些数据表明了一个有趣的神经可塑性模型，其中特定任务相关的神经元活动触发轻度缺氧作为局部神经元特异性以及全脑反应，包括间接激活的神经元和非神经元细胞。
Physical activity and cognitive challenge are established non-invasive methods to induce comprehensive brain activation and thereby improve global brain function including mood and emotional well-being in healthy subjects and in patients. However, the mechanisms underlying this experimental and clinical observation and broadly exploited therapeutic tool are still widely obscure. Here we show in the behaving brain that physiological (endogenous) hypoxia is likely a respective lead mechanism, regulating hippocampal plasticity via adaptive gene expression. A refined transgenic approach in mice, utilizing the oxygen-dependent degradation (ODD) domain of HIF-1α fused to CreERT2 recombinase, allows us to demonstrate hypoxic cells in the performing brain under normoxia and motor-cognitive challenge, and spatially map them by light-sheet microscopy, all in comparison to inspiratory hypoxia as strong positive control. We report that a complex motor-cognitive challenge causes hypoxia across essentially all brain areas, with hypoxic neurons particularly abundant in the hippocampus. These data suggest an intriguing model of neuroplasticity, in which a specific task-associated neuronal activity triggers mild hypoxia as a local neuron-specific as well as a brain-wide response, comprising indirectly activated neurons and non-neuronal cells.
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