Molecular and genetic dissection of brain circuits controlling fever

项目摘要 在感染期间，动物表现出适应性的行为和生理变化，旨在提高生存率。 虽然存在许多急性感染的原因，但会出现一系列类似的定型症状，其中包括 体温升高或发热、食欲下降和嗜睡增加。无论是温血还是冷血 动物对感染的反应是发烧，这表明发烧回路是硬连线的， 保守的，但确切地说，神经系统如何改变体温和相关的行为，以回应 感染仍然未知。我们在下丘脑视前区发现了一群神经元 在给予炎性脂多糖（LPS）后高度活化。 由于关闭 终板血管器（OVLT）之间的接近，其中炎性细胞因子 进入大脑影响附近的细胞，以及调节正常体温的视前区神经元， 根据我们的初步数据，我们认为这些新发现的LPS敏感神经元控制发热的发生， 免疫反应我们将使用化学发生激活和细胞消融方法来证明这一点， 人群在增加体温和影响其他发热相关行为方面发挥作用， 注射脂多糖。此外，我们最近开发了新的方法，用于遗传学上的分子表征。 使用单细胞RNA测序（scRNA-Seq）和多重、错误稳健的方法原位定义细胞群体， 荧光原位杂交（MERFISH），以产生一个空间分辨和功能识别的图谱， 视前区我们将应用类似的策略来表征发热诱导神经元以及周围的非发热诱导神经元。 可能通过旁分泌机制在发热中起作用的神经元细胞类型。最后我们 建议使用病毒介导的追踪和功能工具来确定直接和间接回路机制 LPS敏感神经元及其靶细胞通过该通路控制体温和发热相关的 行为。 我们的数据将导致LPS敏感神经元的分子和功能特征， 为了更好地了解视前区和炎症性疾病的症状，如发烧和相关 行为的改变，是由大脑控制的 这些努力对于理解 人类疾病的潜在机制，并可能为治疗发热提供新的治疗策略 和相关症状。

PROJECT SUMMARY ABSTRACT  During an infection, animals exhibit adaptive changes in behavior and physiology aimed at increasing survival.  Although  many  causes  of  acute  infection  exist,  a  similar  set  of  stereotyped  symptoms  occur,  which  includes  increased body temperature or fever, decreased appetite and increased lethargy. Both warm-­ and cold-­blooded  animals  generate  a  fever  in  response  infection  suggesting  that  fever  circuits  are  hard-­wired  and  highly  conserved, yet exactly how the nervous system alters body temperature and associated behavior in response to  infection remains unknown. We have identified a population of neurons in the preoptic area of the hypothalamus  that  are  highly  activated  following  administration  of  inflammatory  lipopolysaccharides  (LPS).  Due  to  the  close  proximity between  the  organum  vasculosum  of  the  laminae  terminalis  (OVLT),  where  inflammatory  cytokines  enter the brain to affect nearby cells, and neurons of the preotpic area regulating normal body temperature, and  our preliminary data, we propose that these newly identified LPS-­sensitive neurons control fever initiation during  an immune response. We will use chemogenetic activation and cell ablation approaches to demonstrate that this  population plays a role in increasing body temperature and in affecting other fever-­associated behaviors upon  LPS injection. Further, we have recently developed new approaches for molecular characterization of genetically  defined  cell  populations  in  situ  using  single-­cell  RNA  sequencing  (scRNA-­seq)  and  multiplex,  error-­robust,  fluorescent in situ hybridization (MERFISH) to generate a spatially-­resolved and functionally-­aware atlas of the  preoptic area. We will apply a similar strategy to characterize fever-­inducing neurons as well as surrounding non-­ neuronal  cell  types  that are  likely  to  play  a  role  in fever generation  through paracrine  mechanisms. Finally,  we  propose to use viral-­mediated tracing and functional tools to determine the direct and indirect circuit mechanisms  by  which  LPS-­sensitive  neurons  and  their  targets  exert  control  over  body  temperature  and  fever-­related  behaviors.  Our  data  will  lead  to  a  molecular  and  functional  characterization  of  LPS-­sensitive  neurons  in  the  preoptic area and to a better understanding of how inflammatory sickness symptoms, such as fever and related  behavioral  changes,  are  regulated  in  the  brain.  These  efforts  have  direct  implications  for  understanding  the  mechanisms underlying  human  sickness, and  may  inform  new therapeutic  strategies for the treatment  of fever  and associated symptoms.