Compartmentalized versus global synaptic plasticity on dendrites controlled by experience

doi:10.1016/j.neuron.2011.09.036

比较研究

.2011年12月22日；72(6):1001-11.

doi:10.1016/j.neuron.2011.09.036。

经验控制树突上的分区与整体突触可塑性

Hiroshi Makino先生¹, 罗伯托·马利诺

附属公司

PMID： 22196335
PMCID公司： PMC3310180型
内政部： 10.1016/j.neuron.2011.09.036

比较研究

由经验控制的树突的分区突触可塑性与全局突触可塑性

Hiroshi Makino先生等。神经元. 2011.

.2011年12月22日；72(6):1001-11.

doi:10.1016/j.neuron.2011.09.036。

作者

Hiroshi Makino先生¹, 罗伯托·马利诺

附属

¹美国加州大学圣地亚哥分校生物系和神经科学系神经生物学部神经电路与行为中心，邮编：92093。

PMID： 22196335
PMCID公司： PMC3310180型
内政部： 10.1016/j.neuron.2011.09.036

摘要

大脑中的突触不断被经验改变，但其机制尚不清楚。体外和理论研究表明，邻近突触之间的阈值降低相互作用有利于树突分支内突触可塑性的聚集。在这里，开发了一种基于荧光标记AMPA受体的光学方法，允许检测小鼠皮层中的单突触可塑性。感官经验优先在邻近树突状突触上产生突触增强。磷酸-突变AMPA受体的表达显著降低了这种聚集性，该受体对塑性驱动突触结合的阈值降低调节不敏感。与经验相反，感觉剥夺导致树突上的整体内稳态突触增强。经验产生的簇状突触增强能将行为相关信息绑定到树突状亚室；剥夺引起的全球突触放大可以使所有树突状区域对未来突触输入同样敏感。

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数字

**图1。桶皮层L2/3金字塔细胞单个脊髓经验驱动突触可塑性的鉴定**
（A）表达式系统。4-羟基他莫昔芬（4OHT）的I.P.注射驱动Cre重组酶的表达，该重组酶通过去除位于感兴趣基因前面的转录终止盒来诱导AMPA受体亚基和DsRed（细胞质标记物）的表达。（B）实验设计。DNA质粒在子宫内的E15处电穿孔于右侧大脑皮层。当动物达到P11时，注射4OHT，保持胡须完整或每天修剪胡须。在P13，制备急性切片，并用双光子显微镜对L2/3锥体细胞的基底树突进行成像。（C）桶状皮层L2/3锥体细胞中SEP-GluR1和DsRed的稀疏表达示例。（D）左：触须动物和触须边缘动物中SEP-GluR1和DsRed表达神经元的示例。右：触须动物和触须边缘动物中SEP-GluR2和DsRed表达神经元的示例。箭头表示丰富的棘，而箭头表示非丰富的棘。（E）在胡须完整（n=2701个棘，23个细胞，11只动物）和胡须修剪（n=1878个棘，17个细胞，7只动物）的动物中，SEP-GluR1的棘富集值（p＜10⁻¹⁷Kolmogorov-Smirnov试验）。（F）触须动物（n=1057个脊椎，8个细胞，5只动物）和触须边缘动物（n=1226个脊椎、8个细胞、4只动物）（p<10）中SEP-GluR2的脊椎富集值⁻⁹，Kolmogorov-Smirnov检验）。（G）从（E）和（F）中获得的脊柱富集值，以说明SEP-GluR1和SEP-Glu R2脊柱富集之间的差异（平均值±sem）。

**图2。AMPA受体的脊髓富集作为突触定位的指标**
（A）表达SEP-GluR1的脊椎光漂白后荧光恢复的示例。上图：两个脊髓同时进行光漂白，并在25分钟时监测SEP-GluR1荧光，以测量受体的不动性。底部：图像中2个脊椎的富集值和GluR1固定分数。（B） SEP-GluR1脊椎富集值与脊椎SEP-Glu R1固定部分之间的相关性（r=0.58，p<0.001，n=16个脊椎，4个细胞，4只动物接触胡须，n=13个脊椎、3个细胞，2只动物接触到胡须）。（C）脊柱大小与脊柱SEP-GluR1的不动部分之间没有相关性（r=0.12，p=0.53，n=与（B）相同）。（D） SEP-GluR2脊椎富集值与脊椎SEP-Glu R2固定部分之间的相关性（r=0.66，p<0.003，n=10个脊椎，3个细胞，3只动物接触到胡须，n=9个脊椎、2个细胞，2只动物接触胡须动物）。（E）脊椎大小与脊椎SEP-GluR2的固定分数之间没有相关性（r=0.14，p=0.56，n=与（D）相同）。（F）在具有高SEP-GluR1富集的脊柱处进行全细胞记录和谷氨酸解封的实例。未折叠诱发的AMPA受体介导的突触后电流如（G）脊柱b所示。（G）左侧：SEP-GluR1脊柱富集值与矫正指数之间的相关性（r=-0.59，p<0.03，n=14个脊柱，9个细胞，5只动物）。校正指数测量为：+40 mV时AMPA电流的振幅/−60 mV时的AMPA电流振幅。右：具有不同SEP-GluR1富集值的脊椎处谷氨酸非激活AMPA受体介导的突触后电流的痕迹示例。

**图3。经验依赖性突触电位聚类和感觉剥夺驱动的整体突触上调**
（A）分布式突触增强和集群突触增强示意图。（B）触须动物L2/3锥体细胞基底树突中聚集突触GluR1-SEP富集的示例。（C） SEP-GluR1脊柱沿枝晶富集的剖面如（B）所示。线表示运行平均值。（D）触须接触中表达SEP-GluR1的树突（n=95个树突，23个细胞，11只动物）和触须边缘动物（n=68个树突、17个细胞，7只动物）（**p<0.009，用Bonferroni校正的t检验，平均值±sem）的相邻突触的相关系数，以及触须中表达SEP-GluR2的树突胡须边缘动物（n=45个树突，8个细胞，4只动物）（平均值±sem）。（E）触须动物（n=95个树突，23个细胞，11只动物）中表达SEP-GluR1的树突相邻突触的相关系数直方图。对于每个树突，其相关系数的p值是通过计算从该树突的随机打乱的棘获得这种相关系数的可能性来获得的。（F）树突的自相关与（E）中的p<0.05作为脊椎滞后的函数（平均值±sem）。

**图4。单个神经元的重建**
（A）左：从触须动物中重建表达SEP-GluR1的神经元。插图是树枝状节段的示例。右图：15%富集度最高的脊椎显示为红色（n=161个脊椎），其余为灰色（n=917个脊柱）。（B）左图：胡须修剪动物表达SEP-GluR2的神经元的重建。插图是树枝状节段的示例。右图：15%富集度最高的脊椎显示为红色（n=150个脊椎），其余为灰色（n=851个脊椎。（C） GluR1（***p<0.0003，Kolmogorov-Smirnov检验）和GluR2-表达神经元（**p<0.005，Kolmagorov-Simrnov检验。（D）从打乱的刺中获得的具有高SEP-GluR1富集度的相邻对的数量的直方图。原始数据中有50对这样的数据（虚线；p<0.001）。（E）从洗牌棘获得的SEP-GluR2富集度高的相邻对数量直方图。原始数据中有24个这样的对（虚线；p=0.29）。

**图5。异聚AMPA受体的簇状突触电位**
（A）在含有GluR1/2异聚AMPA受体的脊椎上进行全细胞记录和谷氨酸开盖的示例。（B）左图：在表达GluR1/1和GluR1/2的脊椎处，谷氨酸非激活AMPA受体介导的突触后电流的示例痕迹。右：GluR1/1同源物（n=15个棘，10个细胞，8只动物）和GluR1/2异源物（n=33个棘，8个细胞，5只动物）AMPA受体在单个棘的校正指数（***p<0.00003，t检验，平均值±sem）。校正指数测量为：+40 mV时AMPA电流的振幅/−60 mV时的AMPA电流振幅。（C）触须动物中GluR1/2异聚AMPA受体的集群突触增强示例。箭头表示脊椎丰富。（D）触须动物中GluR2/3异聚AMPA受体表达神经元的示例。（E） GluR1/2（n=1865个棘，11个细胞，8只动物）和GluR2/3（n=1390个棘，14个细胞，5只动物）异聚AMPA受体的棘富集值（p<10⁻¹⁶⁶Kolmogorov-Smirnov试验）。（F）脊椎富集值与异聚AMPA受体脊椎不动部分的相关性（r=0.72，p<10⁻⁵，n=16个脊椎，3个细胞，3只动物的GluR1/2，n=15个脊椎、3个细胞、3只动物GluR2/3）。（G）脊椎大小与异聚AMPA受体脊椎不动部分之间没有相关性（r=0.04，p=0.85，n=与（F）相同）。（H） SEP-GluR1/2脊椎沿树枝晶富集的剖面如（C）所示。线表示运行平均值。（一）表达GluR1/2（n=59个树突，11个细胞，8只动物）和GluR2/3（n=47个树突、14个细胞，5只动物）异聚AMPA受体的树突相邻突触的相关系数（**p<0.005，t检验，平均值±sem）。（J）触须动物（n=59个树突，11个细胞，8只动物）中表达SEP-GluR1/2的树突相邻突触的相关系数直方图。P值如图3 E所示进行计算。（K）树突的自相关，P<0.05 in（J）是脊椎滞后的函数（平均值±sem）。

**图6。调制不敏感控制簇状突触电位**
（A）通过单棘增强降低可塑性的异突触阈值示意图。GluR1AA对异突触生化信号不敏感，因此异突触阈值降低最小。（B）触须动物中SEP-GluR1AA（n=1584个棘，11个细胞，5只动物）和SEP-Glu R1（n=2701个棘，23个细胞，11只动物）的脊柱富集值（p=0.14，Kolmogorov-Smirnov试验）。“GluR1wt”数据来自图1E。（C） SEP-GluR1AA脊椎富集值与脊椎SEP-Glu R1AA固定部分之间的相关性（r=0.87，p<0.00003，n=15个脊椎，3个细胞，2只动物）。“GluR1wt”数据来自图2B。回归线适用于这两种情况。（D）脊柱大小与脊柱SEP-GluR1AA的不动部分之间没有相关性（r=0.29，p=0.29，n=与（C）相同）。“GluR1wt”数据来自图2C。回归线适用于这两种情况。（E）表达SEP-GluR1wt的树突（n=95个树突，23个细胞，11只动物）和SEP-Glu R1AA的树突相邻突触的相关系数（n=62个树突、11个细胞，5只动物，*p<0.04，经Bonferroni校正的t检验，平均值±sem）。“GluR1wt”数据来自图3D。

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中的注释

集群突触可塑性和高度结构化输入模式的观察。
马吉JC。马吉JC。神经元。2011年12月22日；72(6):887-8. doi:10.1016/j.neuron.2011.12.009。神经元。2011. PMID：22196323

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