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Neuron:西安交大李燕团队揭示丘脑网状核调控社交记忆的神经机制

2024-05-06 16:41
来源:澎湃新闻·澎湃号·湃客
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2024年5月2日,西安交通大学李燕团队在Neuron发表“The thalamic reticular nucleus orchestrates social memory”,揭示了丘脑网状核调控社交记忆的神经机制。

社交记忆对动物的生存和繁殖至关重要。作者证明了感觉丘脑网状核感觉亚区(sTRNPvalb)中的PV阳性神经元对于小鼠记忆是十分重要的。接收来自后顶叶皮层(PPC)的谷氨酸能投射的sTRNPvalb神经元通过抑制丘脑束旁核(PF)来传递个体信息。PPCCaMKII/sTRNPvalb/PF回路被抑制的小鼠表现出区分熟悉同种和新同种的能力被破坏。这些发现阐明了sTRNPvalb神经元通过皮质丘脑回路和抑制性记忆痕迹来调节社交记忆。

图一 社交记忆需要sTRNPvalb神经元

作者首先探究社交记忆是否在TRN(TRNPvalb)活动动态中与PV+神经元耦合。记录了TRNPvalb神经元种群,当小鼠遇到一个新小鼠(NM)、一个熟悉小鼠(FM)、一个新物体(NO)或一个熟悉物体(FO)时神经元的Ca2+活动。与NM和FO相互作用时相比,受试小鼠与FM社交时,TRNPvalb神经元的Ca2+信号明显增加。然而,在FO研究和NO研究中,受试者小鼠的TRNPvalb神经元显示出相似水平的钙信号。这些结果表明TRNPvalb神经元对社交记忆有特异性反应,但对物体记忆没有反应。

作者采用病毒注射抑制社交记忆任务中的TRN神经元,注射病毒3周后,小鼠在腹腔注射CNO后进行社交记忆任务。通过10分钟间隔的三箱社交互动测试(TCT)对NM与FM的偏好表明在sTRN(sTRNPvalb)神经元中,在PV+神经元中表达hM4Di的小鼠具有完整的短期(10 min)社交记忆。当受试者小鼠、FM和NM是雌性时,或在小鼠昼夜节律的光阶段进行行为测试时,sTRNPvalb神经元抑制后也发生类似的社交记忆抑制。然而,sTRNPvalb神经元的化学生成抑制并没有改变社交性和物体记忆。综上所述,这些结果表明sTRNPvalb神经元对社交记忆调节的必要性。

图二 PPCCaMKII/sTRNPvalb/PF回路介导社交记忆

以上结果表明,sTRNPvalb/PF和PPCCaMKII/sTRN回路参与了社交记忆。因此,作者进一步探究位于sTRN上游的PPC中的神经元是否可以直接调节PF投射的sTRNPvalb神经元。将AAV2/9-CaMKIIaChR2-eYFP注射到PPC中,并将逆转录标记上游神经元的病毒AAV2/逆转录-hSynmCherry注射到PF中。结果发现,PPCCaMKII神经元与PF投射的sTRN神经元之间存在功能联系。接下来,将AAV2/9-CaMKIIa-eGFP注入PPC中。在PF中只观察到稀疏的PPC轴突终末,而在sTRN中PPC轴突终末的密度较高。CTB555注入PF后,PPC中几乎没有明显的阳性荧光信号。通过全细胞记录,在谷氨酰胺能PPC神经元轴突末端光遗传激活的同时,sTRN神经元中记录了大量的oEPSCs,而PF神经元中没有记录到oEPSCs。运用病毒注射到PPC和sTRN中,选择性诱导sTRN投射的PPC神经元凋亡。

作者随后采用社交记忆测试探究PPCCaMKII/ sTRNPvalb/PF回路在社交记忆中的作用。观察到当暴露于熟悉的同种小鼠时,社交互动的持续时间逐渐减少。PPCCaMKII/sTRN回路的光遗传激活增强了对社会接触的习惯化;然而,在PF中进行PTX干预后,这种社交记忆的增加明显减弱。各组间的物体识别记忆没有发生改变。这些发现表明,PPCCaMKII/sTRNPvalb/PF回路激活诱导了PF中GABA的释放,对社交记忆是必要的。

图三  重新激活sTRNPvalb印迹细胞可以检索无法通过自然线索唤起的社交记忆

接下来,作者研究了sTRN中社交记忆的单细胞机制。使用TRAP2;Ai14小鼠在sTRN中的SMECs。首先使用4-羟基他莫昔芬(4-OHT)来标记与社交编码相关的神经集合。在第一次社会暴露中,用活性群体靶向重组(TRAP)策略标记细胞后,将受试小鼠和刺激小鼠分离。随后,受试者小鼠与FM或NM之间的第二次社交接触启动。相比暴露于FM的小鼠中, c-Fos信号重新激活神经元的比例明显高于暴露于NM的小鼠,表明sTRN中存在印记细胞。重新激活的细胞主要位于sTRN的视觉和躯体感觉区域。重新激活TRAPed细胞的小鼠获得了社交记忆信息,因为它们在TCT和SDT期间表现出对NMs的偏好和增加的辨别指数。sTRN中SMECs的重新激活并没有明显改变物体记忆。这些结果表明,社交记忆被保留在sTRN中,并可以通过人工重新激活sTRNSMECs来恢复。将AAV2/9-CaMKIIa-ChR2-eYFP和AAV2/retro-DIO-mCherry病毒分别注射到TRAP2小鼠的PPC和PF中。为了标记sTRNSMECs,作者对TRAP2小鼠注射4-OHT,它们可与同种小鼠相互社交。标记后,光遗传激活PPCCaMKII神经元的ChR2轴突末端后记录oEPSCs,发现 sTRNSMECs参与了PPCCaMKII/sTRNPvalb/PF回路。综上所述,这些发现表明,sTRN作为一个交叉节点,协调了社交记忆背后的回路和细胞机制。

总之,该研究揭示:sTRN中的PV阳性神经元介导对熟悉的同种物的识别;社交记忆的编码和检索需要PPC/ sTRN和sTRN/PF回路;GABA释放受PPC/sTRN/PF回路控制,参与社会记忆;sTRN中的抑制性印迹细胞可以存储个体信息。

找实验方法,上脑声常谈。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.neuron.2024.04.013

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