Molecular and Circuit Mechanisms of Neurexin1-Mediated Goal-Directed Dysfunction

Neurexin1 介导的目标导向功能障碍的分子和电路机制

基本信息

  • 批准号:
    10058775
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 46.1万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-11-15 至 2022-10-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary Synaptic adhesion molecules (SAMs) are implicated in the formation, specification and maintenance of neuronal connections. Pathway analyses of mutations associated with neuropsychiatric disease implicate synaptic dysfunction as a pathophysiological mechanism, making SAMs important candidates for deeper functional exploration. Studies in humans suggest that Neurexin1α (Nrxn1α), a presynaptically-localized organizer of synaptic architecture, is a partially penetrant genetic risk factor for multiple neuropsychiatric diseases displaying altered goal-directed processing. We demonstrate that Nrxn1α mutants exhibit robust changes in how rewards shape future choices, and may provide a neural circuit framework for understanding inflexible and perseverative actions associated with many neuropsychiatric disorders. This proposal therefore employs genetic, viral, electrophysiological and behavioral approaches in mice to explore how Nrxn1α mutations lead to neural circuit changes capable of altering reward processing. Nrxn1α is widely expressed in brain, but exhibits peak levels throughout cortex and thalamus, sites whose extensive projections to striatum regulate reward processing. Using retrograde-transported viruses or region-specific Cre transgenic mice, together with our Nrxn1α conditional allele, we will ablate Nrxn1α from cortex, thalamus or projection neurons targeting specific striatal compartments. Mice will be tested in our goal-directed tasks to reveal neural circuits wherein Nrxn1α dysfunction precipitates reward abnormalities. To elucidate how these circuits are physiologically altered in Nrxn1α mutants, we will electrophysiologically probe the synaptic strength of cortical and thalamic inputs to the DMS. Preliminary results suggest enhancements in basal excitatory synaptic drive onto both DMS spiny neuron subtypes. Using optogenetic-mediated afferent recruitment and field-normalized synaptic efficacy measures, we will determine input-specific synaptic strength changes in Nrxn1α mutants. Furthermore, we will employ sparse infections of a fused channelrhodopsin-Cre virus into our Nrxn1α conditionals together with acute slice electrophysiology to permit selective recruitment of Nrxn1α-null terminals, thereby gaining mechanistic insight into the cell-autonomous anatomical and synaptic abnormalities caused by Nrxn1α loss-of-function. The mere presence of circuit-specific physiological changes in Nrxn1α mutants does not functionally implicate them in goal-directed dysfunction. To prove this, and broaden our analyses of Nrxn1α disruption to a circuit level, we will use viral-based techniques for activity modulation to see whether mimicking Nrxn1α-associated physiological changes in wildtype mice can produce mutant-like GDB performance or whether counteracting these physiological alterations in mutant mice can suppress the mutant behavioral phenotype. Together, the proposed work investigates how goal-directed neural systems are altered by the synaptic and circuit changes accompanying Nrxn1α perturbation, and may provide a foundation for understanding common circuit changes in reward processing - a key step for circuit-specific intervention.
项目摘要 突触粘附分子(SAM)在形成,规范和维护中实施 神经元连接。与神经精神疾病有关的突变的途径分析 突触功能障碍是一种病理生理机制,使SAMS成为重要的候选者 功能探索。对人类的研究表明,神经毒素1α(NRXN1α),一种突触前定位的 突触结构的组织者是多个神经精神病学的部分渗透遗传危险因素 显示改变目标导向处理的疾病。我们证明了NRXN1α突变体暴露了鲁棒 奖励如何塑造未来选择的变化,并可能提供一个神经电路框架以理解 与许多神经精神疾病相关的僵化和毅力。因此,该建议 在小鼠中采用遗传,病毒,电生理和行为方法来探索NRXN1α 突变会导致能够改变奖励处理的神经回路变化。 NRXN1α在 大脑,但在整个皮质和丘脑中都表现出峰值水平,其广泛的纹状体项目 调节奖励处理。使用逆行传播病毒或特异性的CRE转基因小鼠, 与我们的NRXN1α条件等位基因一起,我们将从皮质,丘脑或投影神经元中消除NRXN1α 针对特定的纹状体室。小鼠将在我们的目标指导任务中进行测试,以揭示神经回路 其中NRXN1α功能障碍会沉淀出奖励异常。阐明这些电路的方式 在生理上改变了NRXN1α突变体,我们将在电生理上探测皮质的突触强度 和DMS的丘脑输入。初步结果表明基本兴奋性突触驱动器的增强 在两个DMS刺神经元亚型上。使用光遗传学介导的传入募集和现场归一化 突触效率措施,我们将确定NRXN1α突变体的输入特异性合成强度变化。 此外,我们将在我们的NRXN1α中采用融合通道Ropopsin-Cre病毒的稀疏感染 条件与急性切片电生理学一起允许选择性募集NRXN1α无效末端, 从而获得对细胞自治的解剖和突触异常的理解。 NRXN1α功能丧失。 NRXN1α突变体中的电路特异性生理变化仅存在 在功能上没有将它们牵涉到目标指导的功能障碍中。证明这一点,并扩大了我们对NRXN1α的分析 破坏电路水平,我们将使用基于病毒的技术进行活动调制,以查看是否模仿 野生型小鼠中与NRXN1α相关的身体变化可以产生类似突变的GDB性能或 在突变小鼠中抵消这些身体改变是否可以抑制突变体行为 表型。拟议中的工作一起研究了目标指导的神经系统如何改变 发生NRXN1α扰动发生的突触和电路变化,可能为 了解奖励处理中的通用电路变化 - 特定电路干预的关键步骤。

项目成果

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