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.2009年1月28日；29(4):939-50.
doi:10.1523/JNEUROSCI.3251-08.2009年。

离子型谷氨酸受体在大鼠海马CA1-oriens-lacunosum分子中间神经元长时程增强中的作用

艾丽斯·奥伦 1, 威布克·尼森, 迪米特里·M·库尔曼, 彼得·索莫吉, 卡里·兰萨
附属公司

离子型谷氨酸受体在大鼠海马CA1-oriens-lacunosum分子中间神经元长时程增强中的作用

艾丽斯·奥伦等。 神经科学. .

摘要

海马的一些中间神经元表现出NMDA受体依赖性长时程增强（LTP），这是突触前谷氨酸释放引起的突触后膜电位超极化。这种“抗希伯来”型LTP可通过突触后去极化或阻断AMPA和红藻氨酸受体来阻止。尽管AMPA和红藻氨酸受体都在海马中间神经元表达，但它们在抗希伯来LTP中的相对作用尚不清楚。由于中间神经元的多样性潜在地隐藏了不同形式可塑性的简单规则，我们将重点放在中间神经元子集上的谷氨酸能突触上，中间神经元的树突位于oriens层，主要的上升轴突投射到腔隙分子层，即oriens-lacunosum moleculare（O-LM）细胞。我们发现O-LM中间神经元中的抗Hebbian LTP具有一致的诱导和表达特性，并通过选择性抑制AMPA受体来阻止。在这些细胞中，大多数离子性谷氨酸能突触电流是由向内整流的Ca（2+）通透性AMPA受体介导的。尽管含有GluR5的红藻氨酸受体在高刺激频率下对突触电流有贡献，但它们不是LTP诱导所必需的。因此，O-LM细胞上的谷氨酸能突触表现出均匀的行为，并表现出LTP依赖于Ca（2+）通透性AMPA受体。

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数字

图1。
图1。
O-LM中间神经元的长时程增强是在负突触后膜电位下诱导的。A类，以穿孔补片模式记录显示，O-LM细胞上的谷氨酸能突触不显示NMDA受体依赖性Hebbian LTP。该图显示了EPSP对靶向O-LM细胞的两条谷氨酸能途径（固体和开放符号）的胞外刺激的初始斜率。基线检查后，在一条通路（实体符号）中进行1 Hz刺激（120脉冲），同时突触后膜电位同时去极化至0 mV。这并没有改变EPSP斜率。在配对前（5分钟）和配对后（25分钟）两条路径中的二十条连续EPSP轨迹显示在每个图的上方。配对协议如插图所示，时间由箭头指示。B类，穿孔补片中研究的三个O-LMs细胞基线正常化EPSP的平均值±SEMA类.两条路径重叠；实心和开放符号表示配对和控制路径，如A类示意图显示了细胞外刺激电极的实验设计和定位。C类当细胞膜电位被钳制在负电位时，如果发生高频传入刺激，则在O-LM细胞上的谷氨酸能突触中诱导鲁棒LTP。记录在穿孔补片中；该图显示了EPSP初始斜率对靶向O-LM细胞的两条谷氨酸能途径（固体和开放符号）刺激的响应。基线检查后，HFS（100 Hz；时间由箭头指示）在一条通路中传递（实心符号），而膜电位在训练期间被电压钳制到−70 mV。这种抗Hebbian配对诱导了EPSP强大的路径特异性LTP。开放符号表示控制通路中的EPSP。HFS发生前（5分钟）和发生后（35分钟）两条途径中的EPSP如上所示。缩放比例如所示A类刺激协议如插图所示。APV表明NMDAR阻滞剂持续存在数字图书馆-APV（100μ米).天，穿孔补片中研究的16个O-LMs细胞基线正常化EPSP的平均值±SEMC类，HFS期间突触后膜电位被钳制到−70至−90 mV。P（P）表示两种途径之间的显著性（未配对t吨测试）。E类在穿孔的补片中，将100 Hz传入刺激与0 mV去极化配对，无法在O-LM细胞中诱导LTP。实心和开放符号代表了强韧化和控制路径。配对协议如插图所示；箭头表示时间。APV表示NMDAR被阻止100μ米 数字图书馆-APV。上述显示了基线检查（5分钟）和配对后（35分钟）两条路径中的连续EPSP。缩放比例如所示A类.F类，在穿孔斑块的八个O-LM细胞中测试的两条路径中EPSP斜率的平均值±SEM，并绘制为B类和天.G公司，荧光显微照片显示mGluR1α（中间；红色）和生长抑素（中间；蓝色）在记录的和生物胞蛋白（左；绿色）标记的O-LM细胞（箭头）的胞体中的免疫反应性，如E类右侧显示了mGluR1α免疫阳性和生物素标记的远端树突（绿色、红色）。注意未记录的细胞免疫反应（箭头）。比例尺：左侧，中间面板，20μm；右侧面板，10μm。
图2。
图2。
抗Hebbian LTP在O-LM细胞中的表达显示出系统通路特异性和EPSP变异系数的一致性变化。A类，抗Hebbian LTP诱导测试O-LM细胞中EPSP斜率。在所有研究的16个细胞中，强直化和对照路径中基线正常化EPSP斜率的平均值相互绘制，如图1所示天数据点表示高频传入刺激后15-20分钟EPSP的平均值。最接近同一直线（虚线）的三个细胞没有LTP。其余13个细胞破伤风化途径中的LTP表现出通路特异性。B类，简历−2EPSP初始斜率与路径中的平均值相对应。数值来自高频刺激后15-20分钟的EPSP，并根据其自身基线进行标准化。数据点的位置表明，在强直化路径（实体符号）中带有LTP的EPSP伴随着CV的系统性增加−2，而没有增强作用的EPSP则没有。控制路径用开放符号表示。C类在高频传入刺激伴随去极化的O-LM细胞中，EPSP斜率为无LTP。基线正常EPSP斜率的平均值绘制如下A类数据包括图1所示的所有八个单元格F类.天，简历−2根据两条路径中的平均值绘制，如B类在没有LTP的情况下，表示路径的数据点的分布没有差异。
图3。
图3。
O-LM中间神经元的快速谷氨酸能输入主要通过CP-AMPAR介导，但红藻氨酸受体在高频刺激期间被激活。A类在穿孔补片中采用LTP方案后，O-LM细胞的全细胞电压灯记录显示，破伤风化和控制途径中的EPSC均呈强烈内向整流（数据取自HFS 20–60分钟）。顶部，EPSCs在不同保持电位下诱发的一个细胞中追踪（平均5个）。底部，规格化I–V型EPSCs之间的关系表明，与LTP（实体符号）的突触和控制通路（开放符号）的纠正没有差异。我在每个细胞中，通过EPSC平均值在−60 mV下进行标准化。数据来自10个O-LM细胞，显示LTP具有良好的访问阻力。B类，直方图显示了在本研究中，在所有重新修补的细胞中，有LTP（实心）和没有LTP（开放）的突触中整流指数的分布。RI表示EPSC修正指数。除了中显示的10个单元格A类，数据包括两个未诱导LTP的O-LM细胞和六个在本研究后期测试不同药物的细胞。C类在全细胞电压钳中对O-LM细胞的单独研究表明，单次电击刺激诱发的EPSC被GYKI53655阻断，GYKI53655是AMPA受体的选择性拮抗剂。额外施加50μ米NBQX没有进一步抑制残余内向电流。右图，应用GYKI53655前后一个O-LM细胞中五个EPSC的平均轨迹。天GYKI53655（50μ米)诱导对选择性红藻氨酸受体拮抗剂敏感的EPSCs。该图显示了六个O-LM单元中列车激励响应的振幅（列车第五次脉冲的振幅）。UBP-302（25μ米)，一种针对含GluR5的红藻氨酸受体的选择性拮抗剂。NBQX的后续应用（50μ米)没有进一步显著抑制内向电流振幅。对，来自一个O-LM细胞的痕迹（平均5-7）显示由序列诱导的GYKI不敏感EPSCs，UBP-302的抑制，以及随后应用NBQX（50μ米). 虚线显示第五个脉冲的EPSC振幅。
图4。
图4。
O-LM中间神经元中的微型EPSCs通过整流AMPA受体介导。A类，mEPSCs在O-LM细胞中表现出广泛的动力学变化。左侧，在存在TTX（1μ米). GABA和谷氨酸NMDA受体始终被阻断。记录道中显示了两秒钟的连续记录。检测到的mEPSC由箭头指示。对，14个O-LM细胞mEPSC衰变时间常数的累积概率和平均归一化直方图，显示了O-LM电池中mEPSC衰减时间常数的动力学分布。直方图根据每个细胞中检测到的事件数进行标准化。B类，mEPSC频率在去极化膜电位下显著降低。左，上述同一单元格中mEPSC的极性反转，保持在+50 mV。箭头表示mEPSC。右，该图显示了超极化电位（−60 mV）和去极化电位（+40至+50 mV）下的mEPSC频率和振幅。图中所示为与线路相连的负电位和正电位下记录的单个电池的数据点。每个条件下数值的平均值±SEM显示为开放符号。C类，O-LM细胞中的mEPSC被选择性AMPA受体拮抗剂阻断。左，应用选择性AMPA受体阻滞剂GYKI53655（50μ米). 对，Plot显示了在对照条件下以及在选择性AMPAR拮抗剂GYKI53655或NBQX（1μ米).
图5。
图5。
O-LM中间神经元中的LTP需要AMPA，但不需要红藻氨酸受体。A类低浓度NBQX（1μ米)在HFS阻止LTP之前。EPSP斜率绘制在两条路径中，如图1所示A类在基线期之后，NBQX被冲洗，并且高频刺激被递送到一个通路（实心符号）。HFS后立即开始清洗NBQX。洗脱过程中EPSP在破伤风化和对照途径中的恢复相似，表明未诱导LTP。NBQX的应用以横条显示，HFS的计时以箭头显示。对，基线检查期间、HFS后以及NBQX洗脱20–25分钟后两条路径中的平均EPSP（20个事件）。图中所示为更换后标记的O-LM电池的重建（如示意图所示）。比例尺，100μm。B类，中四个类似实验的归一化平均值±SEMA类.数据基线在池化之前在实验中正常化。的值第页两种途径之间没有显著差异。C类，在红藻氨酸受体拮抗剂UBP-302存在下的LTP。图中所示为UBP-302（25μ米). 开始基线采集前20分钟清洗UBP。如示意图和指示刺激时间的箭头所示，HFS被传递到一条通路（实心符号）。对，EPSP（平均为20）在两条路径的不同时间点。图中所示为重新贴标后的电池重建（如示意图所示）。比例尺，100μm。天，所示为五个O-LM细胞的归一化平均值±SEM，研究如下A类.
图6。
图6。
当AMPAR被选择性阻断时，HFS不足以在O-LM细胞中诱导LTP。A类在O-LM细胞中记录的两条通路中的EPSP。基线后，用选择性AMPAR拮抗剂GYKI53655（25μ米; 用横条表示）。HFS（100 Hz；箭头）传递到一条通路（实心符号），同时膜电位被钳制到−90 mV。HFS后立即开始GYKI冲洗。破伤风化途径中EPSP的恢复略慢于对照途径。右侧，EPSP（20）的平均值显示在两个通道中。所示为示意图，指示对同一单元格进行重新填充和重建。比例尺，100μm。B类，对五个O-LM细胞的平均值±SEM进行了类似研究。的值第页显示破伤风路径（固体符号）的恢复明显慢于控制路径EPSP。C类GYKI53655在一个细胞中记录并阻断了两条通路中的EPSPA类但现在，Hebbian配对协议（如插图所示，HFS期间细胞去极化至0 mV）被传递至一条通路（GYKI53655存在下的实体符号）。天，在六个O-LM细胞中进行的类似实验的平均值±SEM。在记录的不同阶段，插入两条路径中的平均EPSP（20）。药物洗脱后，强直通路中EPSP的恢复稍慢，但这种差异不显著。E类，AMPA和红藻氨酸受体拮抗剂对O-LM细胞LTP的影响总结。该图显示了在HFS和拮抗剂冲洗（20-25分钟）后，在每个实验中两种途径的基线标准化EPSP初始斜率恢复。
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