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比较研究
.2010年8月1日；588（第15部分）：2859-78。
doi:10.1113/jphysiol.2010.190868。 Epub 2010年6月14日。

表达CXC趋化因子受体4的Cajal-Retzius细胞与出生后海马GABA能中间神经元的差异性

伊万·马奇奥尼 1, 维拉格·塔卡奇, 玛丽亚·格拉齐亚·努齐, 恩里科·穆格奈尼, 理查德·米勒, Gianmaria Maccaferri公司
附属公司
比较研究

表达CXC趋化因子受体4的Cajal-Retzius细胞与出生后海马GABA能中间神经元的差异性

伊万·马尔基奥尼等。 生理学杂志. .

摘要

趋化因子（C-X-C基序）配体12/基质细胞衍生因子-1α（CXCL12/SDF-1α）的CXC趋化因子受体4（CXCR4）在出生后的CA1层腔隙分子中高度表达。然而，SDF-1α在该微电路中触发的网络事件和该趋化因子的细胞靶点实际上尚未探索。在这里，我们通过直接比较表达CXCR4的Cajal-Retzius细胞与不表达CXCR4-的中间神经元的特性，并通过记录SDF-1α对任一细胞类型的应用所引起的电生理效应，研究了SDF-1对腔隙层分子的神经调节。我们证明，SDF-1α通过回极化显著减少了Cajal Retzius细胞的自发放电，并且CXCR4特异性拮抗剂AMD3100阻止了放电的停止。相反，暴露于趋化因子后，未观察到对同一层中间神经元兴奋性的影响。我们还提供证据表明，尽管功能性谷氨酸受体表达，Cajal-Retzius细胞通过兴奋性GABA能量输入整合在腔隙层分子的突触网络中。此外，我们发现Cajal-Retzius细胞的轴突专门针对腔隙分子层和齿状回，但缺乏与轴突静脉曲张相反的突触后特化。这些结果，再加上我们观察到SDF-1α减少了内嗅皮质-CA1突触的诱发场反应，表明Cajal-Retzius细胞产生一种扩散输出，可能影响腔隙层分子的信息处理。我们认为局部SDF-1α或CXCR4表达水平的病理改变可能影响重要海马微电路的功能。

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数字

图8
图8。4-AP存在时Cajal–Retzius细胞（红色）和层腔隙分子中间神经元（蓝色）GABA能量输入的同步性
A类，同时记录的微型计算机神经元的解剖恢复。注意Cajal–Retzius细胞与多极中间神经元的典型外观。B类左：Cajal–Retzius细胞和中间神经元电压灯中记录的自发癫痫样电流(V（V）持有=0毫伏）。请注意，同时记录的神经元中的大型事件似乎是时间锁定的。插图显示癫痫样电流在较慢的时间尺度上。右：两种电池类型中测量的电流的交叉相关图。C类，在电流灯条件下也观察到了同步现象：请注意在一对同时记录的Cajal–Retzius细胞和中间神经元中记录到的大脉冲。另请参见补充图S2和S3。
图7
图7。NMDA树突状施用（50μ米)和红藻氨酸（50μ米)Cajal–Retzius细胞树突不产生电生理反应
A类这幅漫画展示了实验配置，使用相同的吸管交替向同一切片中的Cajal–Retzius细胞（红色）和中间神经元（蓝色）输送药物。B类，总结图显示Cajal–Retzius细胞的平均反应（红色，n个=7）和中间神经元（蓝色，n个=7）至NMDA。灰色带表示±s.e.m（标准电气）。应用的时间由记录道上方的黑线指示。注意Cajal–Retzius细胞缺乏反应，但中间神经元没有反应。C类，类似于B类，但用于kainate应用(n个=7 Cajal–视网膜细胞和7中间神经元）。河豚毒素（1μ米)存在是为了防止网络驱动的响应，而ACSF没有MgCl2和3米米氯化钙2用于增强对NMDA应用的响应。
图6
图6。Cajal–Retzius细胞中离子型谷氨酸受体的低表达（红色）与。中间神经元（蓝色）
A类、NMDA的外源体细胞应用（50μ米)和红藻氨酸（50μ米)在Cajal–Retzius细胞中产生小的内向电流。这幅漫画展示了实验的结构，两个吸管指向一个全细胞记录神经元的躯体。上部面板显示单个细胞的四个响应的平均值，下部面板显示总体平均值±s.e.m.公司。（灰色带）(n个=14 Cajal–Retzius细胞）。应用的时间由记录道上方的黑线指示。B类，在层腔隙-分子中间神经元中进行的相同实验：注意反应的大小要大得多(n个＝12个细胞）。河豚毒素（1μ米)存在是为了防止网络驱动的响应，而ACSF没有MgCl2和3米米氯化钙2用于增强对NMDA应用的响应。
图11
图11。SDF-1α超极化Cajal–Retzius细胞
A类上图：总结图，显示了全细胞记录条件对Cajal–Retzius细胞膜电位的影响。底图：根据周期性注入细胞的小超极化电流阶跃的响应计算的归一化膜输入电阻的总图。插图显示了一段录音：请注意最初的自发放电，几分钟后就会停止。箭头1表示突破后立即开始全细胞状态；箭头2表示我们认为膜电位达到稳态条件的时间点。B类，与相同A类，在镀液中添加SDF-1α（黑色条）。注意与膜输入电阻降低相关的渐进超极化。突触阻滞剂（NBQX（20μ米）,d日-AP5（50μ米），加巴津（12.5μ米）)出现在A类和B类.
图10
图10。SDF-1α通过CXCR4调节Cajal–Retzius细胞的自发放电
A类，总结图显示了1n浴的应用效果米SDF-1α（黑条）在细胞连接模式下记录的动作电流归一化频率。插图显示了在SDF-1α（2）存在和被冲刷（3）后，在控制（1）中记录的无间隙记录和动作电流。注意与动作电流振幅增加相关的触发活动减少。B类，类似于A类，但SDF-1α在50 n时使用米.C类，与中的实验相同B类，但在CXCR4特异性拮抗剂AMD3100（1μ米). 注意，在这些实验条件下，SDF-1α缺乏作用。D类，SDF-1α在层腔隙分子中间神经元上的应用总结图：注意缺乏调制。小组组织方式(A类,B类和C类). 在整个实验中都存在着离子性谷氨酸能和GABA能传递的拮抗剂。外部钾增加到10米米在里面D类触发自发活动。
图3
图3。Cajal–Retzius细胞（红色）和层腔隙分子中间神经元（蓝色）的独特电生理特性
A类Cajal–Retzius细胞和中间神经元对超极化电流阶跃的膜反应（5 pA阶跃中的-25至5 pA）。注意Cajal–Retzius细胞中的大电流凹陷和超极化大小的差异。B类，总结图显示Cajal–Retzius细胞膜电容的累积分布与。中间神经元。注意这两个种群之间的明显分离。C类，显示Cajal–Retzius细胞膜输入阻力累积分布的人口图与。中间神经元。注意Cajal–Retzius细胞的膜输入电阻要大得多。D类Cajal–Retzius细胞和中间神经元中的放电模式显示为注射不同强度的电流步长（持续1s）。注意，与中间神经元相比，Cajal–Retzius细胞的兴奋性更强。E类，总结图，将第一动作电位的潜伏期与当前注入的步骤相关联。请注意，Cajal–Retzius细胞在每一电流注入水平下的延迟较短。F类，总结图绘制了增加电流步长诱发的放电模式中从第一对和最后一对动作电位测得的瞬时频率。
图4
图4。Cajal–Retzius细胞中的自发突触后电流仅由GABA介导A类受体
A类，Cajal–Retzius细胞（红色）和中间神经元（蓝色）在保持电位为-70 mV的高氯细胞内溶液中记录的自发突触后电流。注意事件振幅平均累积分布的相似性和事件间频率平均累积图的差异。B类，记录在Cajal–Retzius细胞上的自发突触后电流被GABA完全消除A类受体拮抗剂加巴静（12.5μ米)，而残留事件则留在中间神经元中(C类). 生物细胞填充Cajal–Retzius细胞突触前终末的直接可视化。D类，光学显微镜：注意从胞体中出现的丝状足类结构（黑色箭头）。E类和F类电子显微镜：不同的突触前终末(t吨)白色箭头表示形成突触结构。白色小箭头分隔核心(n个). m、 线粒体。G公司，所示正方形的电子显微镜视图D类与该细胞接触的突触终末总密度计算为16/100μm2，与26/100μm的值相比2，31/100微米2和59/100μm2报道了表达钙调素、钙结合蛋白和小白蛋白的大鼠海马中间神经元（Gulyás等。1999年）。中由方框指示的图像部分G公司以更高的放大倍数显示E类.
图5
图5。出生后第三周GABA在腔隙层分子中的细胞类型特异性兴奋/抑制作用
A类，外源GABA应用（100μ米，50 ms持续时间）在Cajal–Retzius细胞上产生放电。通过微螺旋体应用GABA后Cajal-Retzius细胞动作电流相对频率的总结图（箭头）。虚线表示所有计数事件在时间上均匀分布时的预期水平。插图显示了来自电池的3个叠加记录扫描（红色）以及微螺旋粉碎机阀门的打开/关闭（上/下）状态。细胞外ACSF中没有其他药物。B类，在层腔隙分子中间神经元（蓝色）中进行了相同的实验。注意点火活动的抑制。C类，同一单元格中记录的细胞贴附反应的比较（上面板）与。全细胞（配置）。注意点火的相似性。三次扫描叠加在一起（红色），显示了微螺旋发生器阀门的打开/关闭。计算出30m的解决方案米吸管中使用氯化物浓度。D类，在中间神经元中进行了相同的实验。注意在细胞附着条件下观察到的抑制作用的分离与。以全细胞模式记录的兴奋，表明中间神经元中的氯化物水平低于30m米.E类，实验总结图类似于A类包括CGP55845（5μ米)在ACSF中。记录移液管中也充满了细胞外溶液。注意GABA应用程序持续存在兴奋性反应。插图显示了叠加的3次扫掠以及picospritzer阀的打开/关闭状态。F类，GABA介导Cajal–Retzius细胞中GABA依赖性兴奋A类受体。与中的单元格相同E类加巴静（12.5μ米)：注意GABA触发的点火被完全阻断。
图2
图2。Cajal–Retzius细胞的基本解剖和生理特性
A类，重建充满生物胞素的Cajal–Retzius细胞。注意，单个树突（红色）和轴突（黑色）从躯体的对侧出现。还要注意腔隙分子层和齿状回的轴突定位。l-m，地层腔隙分子；m、 分子层；g、 颗粒层；h、 希卢斯。插图显示了整个切片。B类Cajal–Retzius细胞在缺乏谷氨酸能和γ-氨基丁酸能离子传递的情况下自发放电。细胞贴附记录显示不同出生后发育阶段切片神经元的动作电流。C类，总结图显示了自发频率的累积分布（左），以及实验中所用动物的自发频率与出生后年龄之间缺乏相关性。另请参见补充图S1。
图1
图1。共焦荧光显微镜显示P24 CXCR4-EGFP小鼠CA1海马中EGFP识别的Cajal–Retzius细胞
A类EGFP标记细胞位于CA1腔隙分子层和齿状筋膜分子层中的海马裂隙中，具有先前证实的Cajal–Retzius细胞的形态学特征。大多数神经元都有一个树突，它与轴突起始段相对延伸，并朝向不同的方向。EGFP标记细胞的轴突在腔隙分子层中形成密集的网络。o、 地层定向；p、 金字塔层；r、 辐射层；l-m，地层腔隙分子；m、 分子层。B类，这一排面板显示所有EGFP标记的细胞共定位于卷轴，在单个树突（箭头）的底部富集。Reelin阳性/EGFP阴性细胞是假定的中间神经元（*）。C类，这一排面板表明EGFP阳性细胞也表达钙调素，这突出了Cajal–Retzius细胞轴突丛的密度。
图9
图9。Cajal–Retzius细胞轴突静脉曲张形成的突触和非突触连接
A类在光学显微镜水平上部分重建Cajal–Retzius细胞的轴突。箭头指示Soma（灰色）。在以红色突出显示的轴突部分的EM水平上检查了连续切片。插图显示了细胞在整个切片中的位置。l-m，地层腔隙分子；m、 分子层；g、 颗粒层。B类1，生物素标记的静脉曲张（红色）和未标记的树突（蓝色）之间接触的三维重建。B类2，EM图像显示了识别假定突触的单个部分。注意箭头标记的突触后密度。C类1–9，系列切片揭示了与标记的静脉曲张相反的突触后专门化的缺乏。然而，请注意，在同一视野中，未标记终端之间存在多个突触（箭头）。
图12
图12。SDF-1α通过CXCR4激活降低内嗅皮层-CA1突触的诱发场反应
A类，总结图显示SDF-1α应用（黑条）对诱发场电位的影响。刺激直接内嗅皮层-CA1通路后，在腔隙分子层中记录场反应。插图显示了在应用SDF-1α（2）和叠加（1，2）期间，对照组（1）的平均场响应。B类，如中所示A类但在CXCR4拮抗剂AMD3100的持续存在下。注意SDF-1α的应用缺乏效果。加巴静贯穿全身（12.5μ米)两者都在A类和B类.
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中的注释

  • 趋化因子信号系统在大脑中做什么？
    迈尔斯·R。 迈尔斯·R。 生理学杂志。2010年11月1日；588（第21部分）：4059。doi:10.1113/jphysiol.2010.199489。 生理学杂志。2010 PMID：21037310 免费PMC文章。 没有可用的摘要。

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