過分極誘導AD促進
我々は、まずシナプス伝達におけるシナプス前細胞の短時間の過分極の発生率を測定した。 単シナプス的に接続されたCA3ニューロンのペアは、in vitro(DIV)21で8-10日後にラット海馬の有機型培養で記録されました。 シナプス前スパイクの前に送達された200msの過分極前パルスは、シナプス強度を≧20%増加させることが見出された(図10B)。 1a)。 この増加は、シナプス後応答の振幅または電荷のいずれかを測定したときに観察された(補足図4)。 1). これらの実験では、シナプス前安静電位は-74±3mV(n=10)であった。 シナプス前過分極が−8 4または−1 0 2mVに達したとき、h−ADFは同等であった(それぞれ、1 2 4±8%対1 1 9±5%、n=1 0;Wilcoxon test P<div id=“cc3 3 2 2 5d4 2”></div>0)。1)、≥10mVのシナプス前過分極が飽和h-ADFを得るのに十分であることを示唆しています。 h−ADFは、減少した対パルス比(PPR、9 9±7から8 8±5%、n=1 2;Wilcoxon test P<div id=“7 1 0 8a8 3 0 5 7”></div>0. 1)、グルタミン酸放出のシナプス前増加に起因することを示す。
200ミリ秒の長さの過分極は、生理学的な文脈では起こりそうにありません。 したがって、我々は短い過分極(15、50、100および200ミリ秒)のためのh-ADFの時間経過を調べた。 h−ADFは、試験した過分極の全持続時間について観察された(1 5m s:1 1 1±3%、5 0m s:1 1 6±4%、1 0 0m s:1 0 9±4%、2 0 0m s:1 2 0±6%Wilcoxon,P<div id=“7 1 0 8a8 3 0 5 7”></div>0. 1b)。 この結果によれば,h-ADFは生理的過分極によって誘導される可能性が高い。
CA3錐体ニューロンは、Kv1.1チャネル(時定数:3.3秒)の遅い不活性化に起因する脱分極誘導AD促進(d-ADF)を発現する13。 我々は、このようにd-とh-ADFの両方が同じCA3–CA3接続で発現したかどうかを調べた。 シナプス前Apは、休止膜電位(−7 8mV対照)、長い閾値以下の脱分極(1 0秒、−6 2.6mV、d−ADF)後、短い過分極(2 0 0ms、−9 6.1mV、h−ADF)後、または長い脱分極と短い過分極(d−およびh−ADF; 1c、左)。 実際には、ADFの2つの形態の組み合わせは、同じ接続において、より大きな促進を生じた(1 1 3±3%、n=1 6;図1 4A)。 (D−ADF単独:1 0 5±3%、n=1 6、h−ADF単独:1 0 8±4%、n=1 1;図1C)各プロトコルによって別々に生成されたものよりも(d−ADF単独:1 0 5±3%、n=1 6、h−ADF単独:1 0 8±4%、n=1 1;図1C)。 1c)。 特に,平均したh-およびd-ADFは直線的に合計され,二つの独立した分子機構を示唆した。 さらに、同じ対で測定されたd-およびh-ADFは正の相関を示した(補足図。 1)、軸索に沿ってアナログ信号の伝播は、相馬とシナプス前端子間の距離に依存するため、いくつかのシナプス接続は、おそらく、AD促進の影響を受けやすい これらのデータは、H-とd-ADFがCA3錐体ニューロンに共存し、基礎となるメカニズムが独立している可能性が高いことを示しています。
h-ADFは若いCA3ニューロン(DIV8–10P5–P7ラットから調製)で観察されたため、主に電圧ゲートイオンチャネルの低密度または未熟な特性に起因する可 したがって、h-ADFはまた、成熟したCA3錐体細胞で発見されたかどうかを決定しました。 接続されたCA3ニューロンのペアの記録は、DIV24–DIV32スライス培養で得られた。 簡単なシナプス前過分極(200ミリ秒)が大幅にシナプス強度を増加させた(104。2±1.1%n=25;Wilcoxon,P<0.01;補足図。 2). 成熟細胞で測定されたh−ADFは、発達中のニューロンで測定されたものより小さかった(Mann−Whitney,P<div id=“7 1 0 8a8 3 0 5 7”></div>0. 2). したがって、h-ADFは、IN vitroでCA3ニューロンで発達的に調節されていると結論づけている。
すべての記録は、シナプス強度を最適化するために、高い細胞外カルシウム(3mM)で得られた。 これらの条件下では,シナプス前放出確率が高く,h-ADFのようなシナプス前促進が過小評価される可能性がある。 したがって、成熟したCA3ニューロン(DIV24-DIV32)生理学的細胞外カルシウム(1.3mM)22で記録されたh–ADFを測定しました。 これらの条件下では、h−ADFは約+1 6. 2). H-ADFは,生理的細胞外カルシウム中に記録された成熟ニューロンで頑健に発現していると結論した。
h-ADFは、シミュレートされたIPSPsと振動によって誘導されます
h-ADFの役割を調べるために、ダイナミッククランプを用いてシナプス前ニューロンにGABAA様のコンダクタンスを導入しました(図。 2a、左)。 図に示す結果と一致する。 図1では、IPSC様電流の注入に先行するApは、休止膜電位から誘発されるApと比較して、シナプス後ニューロンにおいてより大きな応答を生成した(Wilcoxon P<div i d=” グルタミン酸放出のシナプス前上昇と一致して、シミュレートされたGaba作動性IpspがApに先行したとき、PPRは減少した(対照では1 2 1%から9 6%;Wilcoxon P<div id=“7 1 0 8a8 3 0 5 7”></div>0. 興味深いことに、シナプス増強のサイズは、シミュレートされたIPSPのサイズ(R2=0.39、P<0.05)に依存することが判明し、h-ADFが休止膜電位(-74mV)と10mV過分極(-84mV;図 2a、右)。 実際には、この範囲の促進因子は、過分極のmVあたり1.8%であることが判明しました。図2:h-ADFの生理学的誘導。
(a)シナプス前Ipspは、h−ADFを誘導する。 左、シナプス前ニューロンにおけるGaba作動性入力を模倣する動的電流を注入するために使用されるシステムの模式図。 中間、制御条件でCA3ニューロンの接続されたペアからの電気生理学的記録の例(黒のトレース)とシミュレートされたGaba作動入力がシナプス前細胞(青のトレース) 右は、シミュレートされたシナプス前IPSPのピーク値の関数として正規化EPSP/Cを示す散布図である。 明確な線形相関が観察された(y=-1.8x+101.8、PearsonのR2=0.39、P<0.05、n=11)。 (b)H-ADF CA3ニューロンのしきい値下σ振動中に誘導されます。 左、代表例。 シナプス前スパイクは、4Hzでの膜電位のしきい値以下の振動の間に異なる相でトリガされます。 振動の過分極相の間にスパイクがトリガされると、促進が観察されることに注意してください。 右、定量的データ(n=8)。 星:有意な変化(Wilcoxon、P<0.05)。
我々は、次のシナプス前膜電位振動中のシナプス強度の変調を調べました。 4Hzでのシナプス前膜電位の振動は、正弦波電流を注入することによって生成され、単一のシナプス前スパイクは、振動の異なる位相で誘発された。 以前の結果と一致して、振動の過分極相の間に細胞が焼成されたときにh-ADFが観察された(0ms:124.3±7%、250ms:122±7%、Wilcoxon P<0.05、n=8;図 2b)。 他の段階では、シナプス強度は変化しない(56ms:112.2±6%、163ms:95.8±5%、211ms:110.5±6%、Wilcoxon P>0.1、n=8)。 特に、D-ADFはKv1.1チャネルを不活性化するにはその持続時間が短すぎるため、脱分極では観察されない13。 我々は、π範囲の振動がca3ニューロンにおけるh-ADFを誘導すると結論付けている。
h-ADFは軸索スパイク振幅の増加に関連付けられています
次に、h-ADFの基礎となるメカニズムを調べました。 H-ADFの可能な機構は,過分極によって誘導されるシナプス前スパイク振幅の変調である。 そこで,軸索で測定したスパイク振幅に対する過分極の結果を調べた。 CA3ニューロンにAlexa488(50μ m)を充填して軸索の樹状突起を可視化し、60〜240μ mの範囲の距離で軸索から細胞付着記録を得た(図10B)。 3a)。 体細胞過分極では、軸索スパイクの振幅が増強された(対照振幅の106±1%、n=6、Wilcoxon、P<0.05;図12A;図12B;図12C;図12C;図12C;図12C;図12C;図12C;図12C;図12C;図12C;図12C;図12C;図12C; 3b)。 しかし、軸索スパイク促進の大きさは、212μ mの空間定数を有する軸索距離とともに減少することが見出された(図。 3b)。 結論として、CA3ニューロンのh-ADFは、軸索のスパイク振幅の局所的な増加に関連付けられています。