FV3000助力中科院腦智卓越中心杜久林團隊揭示突觸發(fā)育的晝夜節(jié)律性

 

本研究的研究人員在前期的工作中建立了特異標記視網膜-視頂蓋突觸的轉基因斑馬魚模型[9]，在本研究中則是利用該模型來探究突觸發(fā)生是否具有晝夜節(jié)律性。

首先，研究人員將出生后的斑馬魚幼魚放在正常亮暗光照條件下，經過四天的訓練或牽引（entrainment）后，開展以6小時為時間間隔、持續(xù)兩天的長時程成像。分析發(fā)現(xiàn)突觸數量的增長速率存在白天快、夜晚慢的晝夜振蕩（圖1a,b）。這一振蕩現(xiàn)象在亮暗光照牽引后轉入持續(xù)亮或持續(xù)暗的光照條件（圖1c），或者經過反向的暗亮光照條件（圖1d）牽引后都能保持，而在生物鐘基因突變體（clocka^-/-）中消失（圖1e），提示這一振蕩受到內源生物鐘系統(tǒng)調節(jié)，具有晝夜節(jié)律性。

進一步，研究人員通過高時間分辨率成像分析突觸發(fā)育的動態(tài)過程，發(fā)現(xiàn)這一節(jié)律是由突觸形成（synapse formation）而非突觸消除（synapse elimination）速率的晝夜差異造成的（圖1f）。

接著，研究人員發(fā)現(xiàn)突觸生長速率的節(jié)律性在下丘腦食欲素能（hypocretin/orexin）神經系統(tǒng)（圖1g）功能阻斷后消失（圖1h），提示該系統(tǒng)參與調節(jié)突觸發(fā)育節(jié)律現(xiàn)象。最后，研究人員通過生物鐘基因突變或食欲素能神經元受體突變破壞突觸發(fā)生的節(jié)律性，發(fā)現(xiàn)可以造成視網膜神經節(jié)神經元軸突分枝變大、復雜度降低，突觸數量減少、在軸突分枝區(qū)域中的密度降低和排布不均衡的結構變化（圖1i）；同時通過檢測突觸后視頂蓋神經元的感受野，發(fā)現(xiàn)其感受野發(fā)生了與突觸前神經元軸突分枝變大相呼應的增大現(xiàn)象（圖1j），即其視銳度功能發(fā)育受到影響。

圖1 發(fā)育早期突觸發(fā)生的晝夜節(jié)律性工作的主要結果和工作模型

此研究工作一方面揭示了生物鐘對生物體早期發(fā)育過程也具有調節(jié)作用，擴展了生物鐘的功能譜；另一方面，揭示了神經系統(tǒng)環(huán)路發(fā)育過程中的一種新的調節(jié)機制。工作中發(fā)現(xiàn)的參與睡眠-覺醒調節(jié)的下丘腦食欲素能神經元作為生物鐘的下游參與調節(jié)此節(jié)律現(xiàn)象，為研究生物鐘與睡眠-覺醒的相互作用以及生物鐘的輸出路徑提供了新的研究思路（圖1k）。

FV1000正置

FV3000正置

原文：

Circadian regulation of developmental synaptogenesis via the hypocretinergic system | Nature Communications

參考文獻

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