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探究PV+抑制性神经元功能受睡眠/觉醒周期调控的方式、机制与生理意义

批准号:
32070963
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
何凯雯
学科分类:
分子与细胞神经生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
何凯雯

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
我们已发表的工作首次发现皮层锥体神经元的兴奋/抑制平衡在昼夜周期中发生大幅度振荡,依赖于睡眠调控的抑制性神经输入是振荡发生的主要因素。表达PV的抑制性神经元在皮层中数量最多,是锥体神经元抑制性输入的主要来源。因此,我们推测PV神经元的功能在昼夜间被睡眠/觉醒周期紧密调控。我们的初步研究结果显示PV神经元的突触传递及自发神经活动在昼夜间确实发生显著变化。在该项目中,我们将综合运用电生理、光遗传、在体钙成像、行为操控等手段,首先夯实PV神经元功能昼夜间被节律性调控这一全新发现,再深入探究调控的具体机制并阐明其生理意义。目前大量研究都表明PV神经元的功能直接影响脑认知能力,其功能失调与许多脑疾病关系密切。深入阐析睡眠/觉醒周期对PV神经元功能的天然调控作用与机制对我们认识脑功能的自然维持与调控,了解与PV神经元功能异常相关的脑疾病发病机制,促进我们对睡眠的生理功能的认识都有重要意义。
英文摘要
We previously show that the E/I balance of cortical pyramidal neuron is tightly modulated during the light/dark cycle. This is mainly caused by a dynamic and sleep-dependent fluctuation of inhibition. Parvalbumin (PV)+ inhibitory neurons are the most abundant GABAergic interneurons in cortex. They form strong synaptic connections with the surrounding pyramidal neurons. Therefore, we speculate that the function of PV+ neuron is also dynamically modulated by the natural sleep/wake cycle. This hypothesis is supported by our preliminary results showing that both synaptic transmission and spontaneous neural activity of PV+ neuron are rhythmically altered during the 24h day. We propose to further investigate the functional modulation of PV+ neuron by the sleep/wake cycle and its underlying mechanism by applying interdisciplinary methods including electrophysiology, optogenetic, in vivo Ca2+ imaging, behavioral manipulation, et al.,. Many studies have already shown that PV+ neuron plays critical role in brain function. Dysregulation of PV+ neuron is tightly associated with many brain diseases. Hence, our study will provide important information and new insight on PV+ neuron regulation and its associated brain function and diseases. In addition, by understanding how sleep and sleep/wake regulates PV+ neuron, it will expand our knowledge about the critical role of sleep.
表达小清蛋白 parvalbumin (PV) 的γ-氨基丁酸能氨基丁酸能神经元(简称为 PV神经元 )是皮层内数量最多、对周围神经元抑制效率最高的一类抑制性神经元,对维持神经网络稳定与计算能力有重要作用。PV神经元功能改变在许多脑疾病中都被广泛报道,被认为是脑功能紊乱的关键细胞基础。因此,详细了解PV功能的正常调控方式与机制很重要。同时,睡眠和节律的脑功能是重要的基础问题,亟待阐析。.该项目中,我们基于前期发现兴奋性神经元的抑制性输入受到节律与睡眠的调控,提出假设PV神经元作为最主要的神经抑制来源,其功能会收到睡眠/节律的紧密调控。在项目支持下,我们综合运用体内外、药理、遗传等研究技术,首次发现视觉皮层中的PV神经元在24小时光/暗周期中以时间和睡眠依赖的方式,通过突触特异的胆碱能信号经由前突触的M1受体及其下游KCNQ通道调节突触释放,来实现对PV功能的节律性调控。具体来说,我们发现PV神经元的兴奋性和抑制性突触传递在24小时内发生双向反相变化;经验和睡眠分别参与PV神经元的兴奋性和抑制性突触的日常调节;乙酰胆碱Ach通过靶向突触前M1Rs介导PV神经元抑制性突触传递的日常调节。并且与PV神经元的突触调节一致,PV神经元的体外诱发输出和体内自发神经活动都在一天中的不同时间段发生改变,PV神经元的功能变化与V1中周围锥体神经元的自发活动和dLGN诱发的神经活动呈负相关。.我们的研究首次揭示了睡眠和节律是如何调控PV神经元,促进了我们对PV神经元功能调控的了解,以及对睡眠/节律脑功能的认识。该部分工作已正式发表在2023年2月的EMBO journal上(Zong FJ,..., He KW. Circadian time- and sleep-dependent modulation of cortical parvalbumin-positive inhibitory neurons. EMBO J. 2023 Feb 1;42(3):e111 304.)。.在项目的支持下,我们继续开拓了2个方向的前期探索,包括另外一类关键的抑制性SST神经元的功能调控,以及AD早期神经抑制紊乱现象与机制探究。我们将用这些前期结果来申请新的国自然项目,希望能获得新的支持来推动研究的进一步开展。
基于重组突触核蛋白纤维(α-synuclein preformed fibril)诱导类帕金森小鼠模型探究帕金森发病早期神经功能异常及其机制
探究AD早期睡眠及脑电障碍的特征、机制及对脑功能的影响
miR-34a对突触功能及学习与记忆的调控作用及调控机制研究
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