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.2004年6月17日;429(6993):761-6。
doi:10.1038/nature02617。 Epub 2004年6月9日。

单个树突棘长期增强的结构基础

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单个树突棘长期增强的结构基础

松崎正男等。 自然. .

摘要

大脑皮层锥体神经元的树突棘经历活动依赖性结构重塑,这被认为是学习和记忆的细胞基础。结构重塑如何支持突触可塑性,如长时程增强,以及这种可塑性是否在单个脊柱水平上是输入特异性的,目前尚不清楚。我们使用笼状谷氨酸在海马CA1锥体神经元单棘的双光子光解研究了长期增强的结构基础。在这里,我们表明,谷氨酸的重复量子样光释放(非鞘化)可诱导受刺激脊椎的快速选择性扩大,这在大型蘑菇脊椎中是暂时的,但在小型脊椎中持续存在。脊髓扩大与受刺激突触AMPA受体介导的电流增加有关,并依赖NMDA受体、钙调蛋白和肌动蛋白聚合。长时脊柱扩大还需要钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶II。因此,我们的结果表明,脊椎个体遵循Hebb的学习假设。他们进一步表明,小棘是长期增强诱导的优先位置,而大棘可能代表长期记忆的物理痕迹。

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利益冲突声明

竞争利益声明作者声明,他们没有相互竞争的经济利益。

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图1
图1
重复去壳MNI-谷氨酸引起的脊髓膨大。a、 表达eGFP的海马CA1锥体神经元树突棘的时间推移图像。箭头表示MNI-谷氨酸双光子去壳的点,这是通过以1 Hz的频率刺激1分钟,从时间零点开始,在缺乏镁的沐浴液中实现的。图像沿z轴堆积。比例尺,1μm。b、 a.c中显示的受刺激(黑色圆圈)和相邻(绿色钻石)脊椎的棘头体积的时间进程,根据叠加图像估算,树突上脊椎的时间推移图像受突触前纤维2 Hz电刺激影响1分钟;d、 头部容积的时间进程。e、 在−3分钟(黑圈)和81分钟(红圈)时,沿着穿过受刺激脊椎头部中心的线显示的荧光强度。平滑的黑色和红色线条分别表示对直径为0.46和0.59μm的球体的z堆叠图像所做的预测(参见补充方法)。虚线是从平滑的黑色线缩放而来的。f、 h,MNI-谷氨酸(圆圈,n=40)、相邻脊柱(h中的绿色菱形,n=34)、无镁情况下2Hz电刺激(蓝色开放三角形,n=19)或有镁情况下100Hz电刺激的双光子去盖棘头体积的平均时间进程(蓝色闭合三角形,n=14)。误差条表示+/-s.e.m.g,脊椎荧光的初始时间进程。对通过脊椎中心绘制的单个平面的强度进行采样;显示了11个脊椎的平均值。虚线表示与平均值+/-s.d.相对应的时间进程,水平条表示重复不加套管的周期。
图2
图2
棘头扩大的特性。a、 c,初始头部体积>0.1μm的大(a)和小(c)脊柱的平均头部体积时间过程(+/-s.e.m.)(n=20)和<0.1μm(n=20)。ΔV瞬态表示刺激后1-5分钟和70-100分钟之间的脊椎体积差异,而ΔV long表示刺激后70-100 min和刺激前0-20分钟之间的差异。b、 大脊柱扩大的例子。箭头表示MNI-谷氨酸双光子去壳点。d、 小型和大型脊椎的ΔV瞬态和DV长平均值(n=20)。e、 50μM AP5或4μM KN62对小脊椎棘头体积平均时间进程(+/-s.e.M.)的影响。f、 小脊柱头部增大的短暂和长期阶段的药理学特性。所检测的拮抗剂为1 mM MCPG(n=15)、50μM AP5(n=7)、20μM W7(n=11)、4μM KN62(n=12)和20 nM(n=1 2)或100 nM latrunculin A(n=7)*P<0.05,**P<0.01(Mann-Whitney U检验)。d和f中的错误条显示s.e.m。
图3
图3
脊柱头部扩大的结肠化和AMPA受体介导电流的增强。a、 b,显示短暂(a)或长期(b)放大(上部面板)和增强AMPA电流(下部面板)的小棘的示例。对以穿孔补片模式钳制的神经元进行AMPA电流的三维映射。AMPA电流的振幅是伪彩色编码的,并通过最大强度方法沿z轴堆叠。神经元去极化至0 mV,箭头所示的小棘在0至60 s之间以2 Hz的MNI-谷氨酸双光子去盖刺激。下部面板中的白线表示树突的轮廓。比例尺,1μm。c、 d,小(c)和大(d)脊椎的示例,其头部在配对刺激下未能扩大。
图4
图4
脊髓头膨大与AMPA受体介导电流增强之间的关系。a、 将尖头体积(V,开放符号)和最大AMPA电流(I,填充符号)的时间进程(+/-s.e.m.)归一化为原始值。数据来源于所有小棘(n=9),这些小棘在配对刺激后立即出现增大,并且在穿孔膜片记录模式下配对刺激后30分钟以上可以获得电流图。圆圈和钻石分别代表受刺激的脊椎和相邻的脊椎。b、 大小脊椎早期(刺激后1-5分钟)和长时相(30-120分钟)头部扩大的标准化幅度(ΔV)与AMPA电流增强(ΔCurrent)之间的关系。连续线和虚线分别是早期和长期阶段的回归线;相关系数分别为0.72(n=24,P<0.0001)和0.95(n=9,P<00001)。红十字和黄十字分别表示在AP5(n=5)或全细胞记录(n=7)下获得的数据。黑色和蓝色虚线分别为0%和30%。

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引用人

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