Hipokretin və LC-NE nöronlarının funksional kabellər: arousal üçün xarakteristikalar (2013)

mücərrəd

Yuxu və oyaqlıq, heyvan aləmində həm ultradian, həm də dövran dövrləri ilə dövr edən iki qarşılıqlı müstəsna vəziyyətdir. Oyanıqlıq bir heyvanın ətrafı ilə dərk edib qarşılıqlı əlaqədə olacağı şüurlu bir vəziyyətdir. Uzunmüddətli oyanma müddətindən sonra yuxu təzyiqi artır və stereotipli duruş və daha yüksək hissetmə həddi ilə nisbi hərəkətsizlik dövrü kimi xarakterizə olunan yuxunun başlanmasına səbəb olur.

Məməlilərdə yuxu ümumiyyətlə yavaş dalğalı yuxu (SWS və ya insanlarda NREM yuxusu) və sürətli göz hərəkəti (REM) yuxusuna (“paradoksal yuxu” da deyilir) bölünür. Oyanıqlıq, SWS və REM yuxu, dəqiq elektroansefalografik (EEG) və elektromiyografik (EMG) xüsusiyyətləri ilə müəyyən edilə bilən fərqli davranış vəziyyətləridir. Uyanma zamanı aşağı amplituda, qarışıq tezlikli salınımlar üstünlük təşkil edir. SWS, yüksək amplituda yavaş salınımlarla (0.5-4 Hz) üstünlük təşkil edir (EEG gücünün sıxlığı ilə ölçülür) yuxu dərinliyini əks etdirir. REM yuxu, daha sürətli, qarışıq tezliklərin salınımları ilə xarakterizə olunan tək bir davranış vəziyyətidir, bunların arasında (5-10 Hz) gərginlik əzələ atoniyası ilə müşayiət olunan kemiricilərdə üstünlük təşkil edir, ürək və nəfəs sürətinin dəyişməsi.

Yuxu və oyaqlıq vəziyyətlərini keyfiyyətcə və kəmiyyətcə xarakterizə etmək asan olsa da, "oyanış" anlamının nə olduğunu müəyyənləşdirmək təəccüblü dərəcədə çətindir. Arousal termini adətən oyanma zamanı oyanıqlıq və həssaslıq dərəcəsini ifadə edir, motor aktivliyinin artması, həssaslıq kimi özünü göstərir. sensor girişlərə, emosional reaktivliyə və inkişaf etmiş idrak emalına.

Yuxu-oyanma dövrünün və oyanışın ümumi səviyyəsinin əsasını qoyan beyin mexanizmləri bəlli deyil və bir çox klassik tədqiqatlar fəaliyyətlərinin fərqli davranış vəziyyətləri ilə əlaqəli olan bir neçə nöronun populyasiyasını müəyyən etmişdir. Əvvəlcə davranış keçişlərindən əvvəl aktiv olan neyronların (yəni yuxudan oyanmadan əvvəl neyronların aktiv olması) ehtimal edilirdi. kömək Gələn vəziyyət, müəyyən bir vəziyyət (oyanıqlıq və ya yuxu) dövründə fəaliyyət göstərən neyronların olması vacibdir saxlamaq o. Bu görünüş bir şəbəkədəki neyronların dövlət keçidləri üçün birbaşa məsuliyyət daşımadan digər, daha çox neyron neyronları ilə əlaqəli olması səbəbindən dövlətlə əlaqəli bir fəaliyyət göstərə biləcəyi anlayışı ilə daha da mürəkkəbləşdirilir. Buna baxmayaraq, ümumiyyətlə yuxu və / və ya arousal vəziyyətlərdə səbəbkar rol oynayan sinir populyasiyalarının olduğu müəyyən edilmişdir. Oyanışı təşviq etmək düşünülən populyasiyalara bunlar daxildir: hipokretin (hcrt, həmçinin "orexinlər" deyilir) - yanal hipotalamusda neyronları ifadə edən, noradrenergik lok coeruleus (LC) - beyində beyni təsir edən neyronlar, serotoninergik dorsal zəhər nüvələri (DRN) beyin sistemində, posterior hipotalamusdakı histaminerjik tuberomammilyar nüvə (TMN), orta beyində xolinergik pedunculopontin (PPT) və laterodorsal tegnalal (LDT) nüvələr, həmçinin bazal beyindəki xolinergik neyronlar (Jones, 2003). Bundan fərqli olaraq, ön hipotalamik quruluşların inhibe neyronları SWS zamanı aktivdir, yanal hipotalamusun tərkibindəki melanin-konsentrat hormon (MCH) neyronları, həmçinin beyin sistemindən glutamatergik və GABAergik neyronlar REM yuxu zamanı aktivdir (Fort et al,) 2009).

Son illərdə, biz və digərləri, sualları həll etmək üçün müxtəlif siçan modelləri ilə optogenetik texnologiyadan istifadə etməyə başladıq Arousal sistemləri oyaqlığı və oyanışı necə tənzimləyir?? Xüsusi kontekstlərdə oyanışı təşviq etmək, saxlamaq və genişləndirmək üçün necə funksional şəkildə qarşılıqlı əlaqə qururlar? Son araşdırmalarımızda hcrt ifadə edən neyronlara xüsusi maraq göstərdik (de Lecea et al., 1998; Sakurai et al., 1998). Hcrt iki neyro-həyəcan verici peptiddir (de Lecea et al., 1998; Sakurai et al., 1998) siçanın yan hipotalamusundakı ~ 3200 neyronlarında istehsal olunur (~ 6700 və 50,000 - 80,000, siçovul və insan beynində müvafiq olaraq) (de Lecea və Sutcliffe, 2005; Modirrousta et al., 2005). Bu neyronlar korteksdə, limbik sistemdə, subkortikal bölgələrdə paylanmış çoxsaylı sistemlərdən, hipotalamusun özü, talamus və beyin sistemindəki xolinergik nüvələrdən, retikulyar meydana gəlmədən, orta beyin qabığı nüvələrindən və periaquedüktal bozdan ibarət proqnoza daxil olur. Öz növbəsində, bu neyronlar mərkəzi sinir sistemində, o cümlədən beynin oyanış və mükafat mərkəzlərində, hcrt reseptorlarını (OX1R və OX2R) ifadə edən neyronlara istiqamətlənir. Hcrt neyronlarının afferent və efferent proqnozları yuxu / oyanma dövrünün və hədəfə yönəlmiş davranışların tənzimlənməsi daxil olmaqla bir çox hipotalamik funksiyada rol oynadığını təklif edir. Maraqlıdır ki, hcrt neyronlarından noradrenerjik LC neyronlarına qədər xüsusi bir efferent proyeksiya yuxudan oyanmaq üçün keçişlər və bəlkə də oyanışın daha çox ümumi aspektlərini tapdı.

Burada hcrt və LC neyronlarının arousal dövlət keçidinə və saxlanmasına səbəb olduğu fərziyyəsini sınayan son optogenetik təcrübələri ümumiləşdiririk (Adamantidis et al., 2007; Carter və digərləri, 2009, 2010, 2012). Birincisi, ənənəvi genetik və farmakoloji üsullardan istifadə edərək bu sistemlər haqqında əvvəlki hesabatları qısaca vurğulayırıq və ümumiləşdiririk. Bundan sonra, sərbəst hərəkət edən siçanlarda seçici olaraq stimullaşdırmaq və ya maneə törətmək üçün optogenetik zondlardan istifadə edərək öz nəticələrimizi birləşdiririk. Nəhayət, həll olunmamış sualları müzakirə edirik və gələcək dövrlərdəki anatomik və funksional parçalanmalar barədə fərziyyələr edirik.

Hipokretinlər, oyaqlıq və narkolepsiya

hcrt neyronları səssiz oyanış, SWS və REM yuxu zamanı ümumiyyətlə səssizdirlər, lakin aktiv oyanma və REM yuxudan oyanma keçidləri zamanı yüksək axıdma dərəcələrini göstərir (Lee et., 2005; Mileykovskiy et al., 2005; Takahashi et al., 2008; Hassani et al., 2009). Bundan əlavə, ətraf mühit stimulları (məsələn, bir eşitmə stimulu) tərəfindən yayılan arousal zamanı yüksək axıdma dərəcələrini göstərir (Takahashi et al., 2008) və məqsədyönlü davranış (Mileykovskiy et al., 2005; Takahashi et al., 2008). Bu tədqiqatlar hcrt neyronlarının yuxudan oyanmaya keçidlərində, habelə müxtəlif məqsədyönlü davranışlar zamanı müşahidə edilən artan həssaslıqda iştirak etdiyini göstərir.

Hcrt siqnalının tıxanması və ya ləğvi siçanlar, siçovullar, itlər, insanlar və bəlkə də zebrafişlərdə davranış vəziyyətlərinin bütövlüyü üçün hcrt-in zəruriliyini göstərir (Sakurai, 2007; Yokogawa et al., 2007). Həqiqətən, ən cəlbedici funksiya itkisi dcr hcrt çatışmazlığı və narkolepsi əlamətləri arasındakı əlaqədən irəli gəlir (Peyron et al., 2000; Saper et al., 2010). Kataplexy olan narkoleptik xəstələrdə tamamilə yoxluq var hcrt hipotalamusdakı gen transkriptləri, habelə beyin və onurğaarası mayedəki aşkar edilə bilən hcrt səviyyələri (Thannickal et al., 2000; Sakurai, 2007; Yokogawa et al., 2007). Doberman narkoleptik köpəklər bir mutasiya keçirirlər OX2R, və ya silinməsi ilə bütün genetik olaraq hazırlanmış kemiricilər hcrt, OX2Rvə ya hcrt hüceyrələri narkolepsiyanın əlamətidir olan katapleksiyaya bənzəyən davranış həbslərini təqdim edir (Jones, 2003; Sakurai, 2007; Sehgal və Mignot, 2011). Əhəmiyyətli olan, genetik qurtarma hcrt gen ifadəsi siçanlarda narkolepsiya simptomlarını yüngülləşdirdi (Liu et al., 2011; Blanco-Centurion və s., 2013).

Hcrt peptidləri və ya hcrt agonistlərinin intracerebroventrikulyar (icv) infuziyası oyaq vaxtın artmasına və SWS və REM yuxusunun azalmasına səbəb olur [Sakurayda nəzərdən (2007)]. LC, LDT, bazal beyin və ya yan hipotalamusda peptidin stereotaktik enjeksiyonu oyanıqlığı artırdı və lokomotor fəaliyyət tez-tez SWS və REM yuxusunun nəzərəçarpacaq dərəcədə azalması ilə əlaqələndirilir (Hagan et al., 1999). Bu yaxınlarda, seçilmiş GABA-B reseptoru geninin silinməsindən istifadə edərək hcrt neyronlarının genetik disbiyası, yalnız hcrt neyronlarında həm yüngül, həm də qaranlıq dövrlərdə yuxu / oyanma vəziyyətlərinin ciddi yuxu / oyanma müddətlərində və ya işarələrində bir anormallıq göstərməməsinə səbəb oldu. cataplexy of (Matsuki et al., 2009). Kollektiv olaraq bu məlumatlar hcrt peptidlərinin yuxu və oyanma vəziyyətləri arasındakı sərhədləri müəyyənləşdirmək üçün vacib olduğunu, narkolepsiyanın heyvan modellərində yuxu və oyanma vəziyyətinin parçalanması ilə göstərildiyini göstərir.

Hcrt peptidlərinin bioloji funksiyasının uyğun həyəcan və yuxunu qorumaq üçün lazım olduğu geniş şəkildə sənədləşdirilsə də, hcrt reseptorlarından hansının OX1R və ​​ya OX2R-nin hcrt-un həyəcan və yuxu sabitliyinə təsirlərindən hansının bioloji məsuliyyət daşıdığı bəlli deyil. və əzələ tonuna nəzarət. OX1R mRNA bir çox beyin bölgəsində, xüsusən də LC, rape nüvələri, LDT ilə ifadə edilir OX2R mRNA, beyin qabığında, tük nüvələrində, habelə dorsomedial və posteriorda (tuberomammillary nüvəsində) hipotalamusda (Trivedi et al.,) tamamlayıcı bir ifadə nümunəsi göstərir. 1998; Marcus et al., 2001; Mieda və digərləri, 2011). Beləliklə, uyanıklığın və NREM-in yuxudan oyanmasına nəzarətin kritik olaraq OX2R-dən asılı olması təklif edilmişdir (Mochizuki et al., 2011REM yuxusunun diskretləşməsi (narkolepsi-katapleksiyaya xasdır) həm OX1R, həm də OX2R (Mieda et al.,) vasitəsilə siqnal itkisi ilə nəticələnir. 2011). Bununla birlikdə, narkolepsiyanın tənzimlənməsindəki təsirləri, xüsusən də kataplexiya və yuxu hücumu hələ də aydın deyil. İrsi olan narkolepsi olan itlər içində boş bir mutasiya daşıyır OX2R gen (Lin et al., 1999) və müvafiq siçan modeli, OX2R KO siçanları, köpəklərə nisbətən daha az ağır simptomlar göstərin (Willie et al., 2003). OX1R, oyanmanın tənzimlənməsində iştirak etsə də (Mieda et al., 2011), narkolepsi əlamətlərinə verdiyi töhfə daha da səciyyələnəcəkdir.

Əhəmiyyətli olan, digər arousal sistemlərdə fəaliyyət kataplexiya zamanı güclü şəkildə pozulur. LC neyronları boşalmanı dayandırır (Gulyani et al., 1999) və serotoninergik neyronlar fəaliyyətlərini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır (Wu, 2004), amigdalada yerləşən hüceyrələr (Gulyani et al., 2002) və TMN atəş səviyyəsinin artdığını göstərdi (John et al., 2004). Bu birlik həm OX1R (LC, raf), həm də OX2R (TMN, rape) müvafiq əzələ tonusunun saxlanmasında iştirak etdiyini təklif edir. Son araşdırmalar, dəyişdirilmiş xolinergik sistemlərin narkoleptik siçanlarda katapleksiyanı tetiklemesinde rolunu da vurğuladı (Kalogiannis et al., 2011, 2010). Buna görə vacib, həll olunmamış bir məqsəd, hcrt neyronlarının funksional naqillərini, hcrt terminallarından sinaptik çıxma dinamikasını aşağı axın proqnozlarını dəqiq təyin etməkdir (de Lecea et al., 2012) oyanma, yuxu vəziyyətlərini, əzələ tonunu və hədəfə yönəlmiş davranışları idarə edən.

Lokus coeruleus, norepinefrin və oyaq

LC 4 ilə bitişikdir^th beyin sapındakı mədəcik və monoamin norepinefrin (NE) sintez edən neyronları ehtiva edir. Dörd hüceyrə populyasiyasında da NE (A1, A2, A5 və A7 hüceyrə qrupları) əmələ gəlsə də, LC beynin ümumi NE-nin ~ 50% -ni istehsal edir və korteksin yeganə mənbəyidir. Beyində yerləşən α1 və β reseptorları ümumiyyətlə həyəcan verici postsinaptik potensiala, α2 reseptorları isə inhibitor postsinaptik potensiala səbəb olan bir çox funksional NE reseptoru var. α2 reseptorları LC neyronlarında (Berridge və Waterhouse, 2003) özləri və daxili fəaliyyətin qarşısını almaq üçün inhibitor autoreceptors olaraq xidmət edirlər.

Oyaq davranan heyvanların qeydləri göstərir ki, LC neyronları oyanmış vəziyyətdə 1-3 Hz səviyyəsində tonikcə yanır, SWS yuxu zamanı az yanır və REM yuxu zamanı faktiki olaraq səssizdir (Aston-Jones və Bloom, 1981; Jones, 2003; Saper et al., 2010). LC ayrıca 8-10 Hz qısa bir partlayışlarda, oyanma müddətini artıra bilən güclü stimulların təqdimatı zamanı fasiləsiz atəş açır. Hcrt neyronları kimi, axıdma dərəcəsindəki dəyişikliklər yuxudan oyanan keçidlərdə dəyişikliklərdən əvvəldir (Aston-Jones və Bloom, 1981), bu hüceyrələrin oyanıqlıq və ya diqqət üçün keçid üçün vacib olduğunu irəli sürür.

Maraqlıdır ki, LC-nin fiziki zədələnmələri kortikal EEG və ya arousalın davranış göstəricilərində ardıcıl dəyişikliklərə səbəb olmur (Lidbrink, 1974; Blanco-Centurion və s., 2007). NE sintezi üçün lazım olan bir ferment olan dopamin beta-hidroksilazanın genetik ablasiyası da yuxu vəziyyətini pozmur (Hunsley et al., 2006). Bu, LC quruluşundan kənar, müvafiq olaraq kortikal fəaliyyət və kompensator inkişaf mexanizmlərini dəstəkləyən lazımsız sinir dövranının mövcudluğunu göstərir. Bununla birlikdə α1 və β noradrenergik reseptorların farmakoloji antaqonistlərinin mərkəzi enjeksiyonları (Berridge və España, 2000) və ya inhibe α2 autorepeptorların agonistləri (De Sarro et al., 1987) əhəmiyyətli dərəcədə sedativ təsir göstərir. NE-nin birbaşa mədəciklərə və ya beyin içinə mərkəzi rəhbərliyi oyaqlığı təşviq edir (Segal və Mandell, 1970; Çırtma və Geyer, 1982). Bir xolinergik agonistin (betanechol) yerli mikroiqtisidlərindən istifadə edərək LC-də neyronların stimullaşdırılması halotan-anesteziyalı siçovullarda (Berridge və Foote, 1991). Bu yaxınlarda LC-NE sisteminin yuxu vəziyyətinə nisbətən oyaq vəziyyətdə kortikal neyronların artan membran potensialının qorunması üçün kritik olduğu göstərildi (Konstantinopol və Bruno, 2011). Birlikdə aparılmış bu tədqiqatlar LC-NE sisteminin kortikal aktivliyi sinxronizasiya etdiyini və arousalın artması üçün kortikal membran potensialını artırdığını göstərir.

Hcrt və LC-NE-lərin optogenetik parçalanması

Hcrt və LC-NE neyronlarının aktivliyi yuxudan oyanma keçidləri ilə əlaqədardır, lakin yuxu və ya oyanma epizodları ilə əlaqəli müvəqqəti bir həll ilə xüsusi hcrt və LC-NE populyasiyalarını seçici şəkildə stimullaşdırmaq və ya maneə törətmək çətin olmuşdur. ətrafdakı hüceyrələrə və ya keçid liflərinə təsir etmədən həmin hüceyrələri araşdırmaq üçün məkan seçiciliyi. Uyanıklığın sinir dövranlarının müvəqqəti dinamikasını daha yaxşı başa düşmək üçün bir müddət əvvəl sərbəst hərəkət edən heyvanlarda hcrt və LC neyronlarının fəaliyyətini geri və seçici şəkildə manipulyasiya etmək üçün optogenetikanı tətbiq etdik (Adamantidis et al.) 2007; Carter və digərləri, 2009, 2010, 2012). Optogenetika, aktuator opsin molekullarını (məsələn, kanalhodopsin-2 (ChR2) və ya halorhodopsin-NpHR) genetik olaraq hədəflənmiş hüceyrələri selektiv olaraq aktivləşdirmək və ya susdurmaq üçün müəyyən dalğa uzunluğunda işığa bürünür (Boyden et al., 2005). Optogenetik texnologiya haqqında əlavə məlumatı bir çox digər əla qiymətləndirmələrdə tapa bilərsiniz (Zhang et al., 2006; Miesenbock, 2009; Scanziani və Hausser, 2009; Yizhar et al., 2011; Deisseroth, 2012).

Bu aktuatorları hcrt ya da LC neyronlarına çatdırmaq üçün, hüceyrə tipli xüsusi təbliğatçıların (Adamantidis et al.,) Nəzarəti altında lentiviral və kremdən asılı adenoya bağlı viral (AAV) gen çatdırma vasitələrini istifadə etdik. 2007). Hcrt və ya LC sahəsinə işığı çatdırmaq üçün başqa yerdə təsvir olunduğu kimi optik liflərin siçan kəlləsinə xroniki şəkildə yerləşdirildiyi optik-neyron interfeys hazırladıq (Adamantidis et al., 2005, 2007; Aravanis və başqaları, 2007; Zhang et al., 2010). Bu strategiyanı istifadə edərək, hər ikisini də hcrt sinir fəaliyyətini idarə edə bildik vitro və vivo ilə millisekund dəqiq optik stimullaşdırma ilə (Adamantidis et al., 2007). Siqnalın yüksək müvəqqəti və məkan dəqiqliyi bizə hipokretin neyronunun axıdılması dərəcələrinin (1-30 Hz) fizioloji cəhətini təqlid etməyə imkan verdi (Hassani et al., 2009). Həqiqətən, hcrt neyronlarının həqiqi tezlik analizi parametrlərinə əsaslanan optogenetik stimullaşdırmağımız üçün yüngül nəbz qatarlarından istifadə etdik vivo ilə (bu, aşağıda təsvir olunan LC-NE neyronlarının optogenetik nəzarəti üçün də doğrudur). Hcrt neyronlarının birbaşa birtərəfli optik stimullaşdırılması ya SWS ya da REM yuxusundan oyanma vəziyyətinə keçmə ehtimalını artırdıq. (Şəkil1A) .1A). Maraqlıdır ki, yüksək tezlikli optik stimullaşdırma (5-30 Hz yüngül nəbz qatarları) oyanma müddətini azaltdı, halbuki 1 Hz qatarları neyrotransmitterin (glutamat) və neyromodulyatorların, o cümlədən terminallardan hcrt və ya dynorphin-in tezliyə bağlı bir sinaptik sərbəst buraxılmasını təklif etdi. Daha sonra göstərdik ki, stimullaşdırıcı hcrt neyronlarının təsiri bir OX1R antaqonistinin inyeksiya yolu ilə və ya hcrt geninin genetik silinməsi ilə bloklana bilər və bu da hcrt peptidlərinin, ən azı qismən optogenetik olaraq yuxudan oyanmaq üçün keçid etdiyini təklif edir. Bu nəticələr göstərir ki, hcrt ifadə edən neyronlardan hcrt sərbəst buraxılması bu neyronların oyanan xüsusiyyətləri üçün lazımdır. Əhəmiyyətli olan bu nəticələr, əvvəlki korrelyativ tədqiqatlara uyğun hcrt neyron aktivləşməsi və yuxudan oyanma keçidləri arasında bir səbəbli əlaqə nümayiş etdirir. Bu, hcrt neyronlarının optik susdurulmasının SWS təşviq etməsi (Tsunematsu et al., 2011).

 

Şəkil 1

Beynin arousal sxemlərinin optogenetik parçalanması. (A) Hcrt neyronlarının ChR2 ilə stimullaşdırılması 10 Hz-də yuxudan oyanma gecikməsinin azalmasına səbəb olur, lakin 1 Hz deyil (Adamantidis et al., Məlumatları, 2007). (B) LC neyronlarının ChR2 ilə stimullaşdırılması dərhal səbəb olur ...

Bu nəticələr bu yaxınlarda Sasaki və tərəfdaşlar tərəfindən təsdiqləndi (Sasaki et al., 2011), hcrt sinir fəaliyyətini aktivləşdirmək və boğmaq üçün Dizayner Dərmanları (DREADDs) tərəfindən aktivləşdirilmiş Dizayner Reseptorları adlı farmakogenetik bir yanaşmadan istifadə edənlər. DREADD texnologiyası bir neçə saatlıq müvəqqəti qətnamə ilə sinir fəaliyyətinin bimodal modulyasiyasına imkan verir (Dong et al., 2010). Hcrt sinir fəaliyyətinin aktivləşməsi SWS-in yayılmasına hcrt fəaliyyətinin yatırılması zamanı oyanıqlığı artırdığını təsbit etdilər.

İkinci bir araşdırmada (Carter et al., 2009), yuxu-oyanma keçişlərinin hcrt nəzarətinin yuxu homeostazı proseslərindən asılı olduğunu göstərdik, çünki hcrt vasitəçiliyi ilə yuxudan oyanmağa keçidlər yuxu təzyiqinin artması (yuxu məhrumiyyətinin səbəb olduğu) tərəfindən bloklanır. Bununla birlikdə, histamin dekarboksilazasının sökülmə siçanlarında (histamin sintez edə bilməyən siçanlar) hcrt-in optogenetik stimullaşdırmalarının təsiri, histaminergik sistemin başqa bir hədəfin hcrt təsirinə cavabdeh olduğunu irəli sürdü. Nəhayət, LC neyronları kimi aşağı axan arousal mərkəzlərin hcrt optogenetik stimullaşdırılmasına cavab olaraq fəaliyyətlərini (c-Fos ifadəsi ilə ölçülən kimi) artırdığını göstərdik. Əvvəlki iş hcrt-in LC NE neyronlarına həyəcan verici təsir göstərdiyini göstərdi (Bourgin et al., 2000), hcrt-LC bağlantısını araşdırdıq və eksperimental araşdırmalarımızı optogenetik manipulyasiya üçün yeni bir hədəf olaraq noradrenergik LC-yə yönəltdik.

Üçüncü bir araşdırmada (Carter et al., 2010), genetik olaraq LC-NE neyronlarını Cre recombinase-dən asılı adeno ilə əlaqəli bir virusun (rAAV) tirozin hidroksilaza (TH) neyronlarında (Atasoy et al., 2008; Tsai və digərləri, 2009). Həm NpHR, həm də ChR2-nin işlək olduqlarını və müvafiq olaraq LC-NE neyronlarını inhibə edə və aktivləşdirə bildik. vitro və vivo ilə (Şəkil (Şəkil1B) .1B). LC-NE neyronlarının optogenetik aşağı tezlikli (1-10 Hz) stimullaşdırılması həm SWS, həm də REM yuxusundan yuxudan oyanan keçidlərə səbəb oldu. Oyanıqlıq zamanı LC neyronlarının stimullaşdırılması lokomotor aktivliyi artırdı və oyanıq vaxtın ümumi vaxtı güclü arousal effektini təsdiqlədi. Bunun əksinə olaraq, LC-NE neyronlarının NpHR vasitəçiliyi ilə oyanma epizodlarının müddəti azaldı, ancaq heyvanlar yuxuda olduqda yuxudan oyanmağa keçidi maneə törətmədi. Birlikdə aparılmış bu araşdırma, LC-NE neyronlarının aktivləşdirilməsinin normal oyanış müddətini (NpHR təcrübəsi) saxlamaq üçün zəruri olduğunu və dərhal yuxudan oyanmağa, davamlı oyanışa və artan lokomotor oyanışa səbəb ola biləcəyini göstərdi. Beləliklə, LC-NE neyronlarının yuxudan oyanma və ümumi oyanışı təşviq etmək üçün sürətli tənzimləmə sistemi kimi fəaliyyət göstərməsini təklif etdik. Maraqlıdır ki, LC-NE neyronlarının davamlı optik aktivləşdirilməsi lokomotor tutulmasına səbəb oldu (Carter et al., 2010). Bu cür davranış həbsləri həm heyvan modellərində, həm də insan xəstələrində cataplexy, catatonia və ya davranış dondurma ilə ümumi simptomları bölüşür (Scammell et al., 2009). Mümkün mexanizmlər LC-NE sinaps terminallarından NE-nin tükənməsini və ya iflicə səbəb olacaq beyin motoru nüvələrinin LC-NE-nin həddən artıq aşınmasını ehtiva edə bilər. Əsas mexanizmləri açmaq üçün əlavə araşdırma tələb olunur.

Ən son araşdırmamızda (Carter et al., 2012), LC aktivliyinin hcrt nöronunun yuxudan oyanma keçişlərinə təsirləri barədə fərziyyəsini test etdik. Hcrt və LC sinir populyasiyaları fərqli beyin bölgələrində yerləşdiyindən fiziki olaraq eyni heyvanda hər iki quruluşa eyni vaxtda çatmaq mümkündür. Bu səbəbdən SWS yuxusu zamanı noradrenerjik LC neyronlarını eyni vaxtda inhibə edərkən və ya stimullaşdırarkən hcrt nöronlarını stimullaşdırmaq üçün ikili optogenetik bir yanaşma etdik. Hcrt stimullaşdırılması zamanı LC nöronlarının susdurulmasının hcrt vasitəçiliyi ilə yuxudan oyanma keçişlərini blokladığını gördük (Şəkil (Şəkil1C) .1C). Bunun əksinə olaraq, hədəf hüceyrələrin artmasına səbəb olan fəaliyyət göstərən opsin (SFO) aktivləşdirmə yolu ilə LC neyronlarının həyəcanlılığını artırdıq (Berndt et al., 2009) - hcrt stimullaşdırılması (yuxudan oyanmaq üçün keçidi artırmayan LC stimullaşdırma protokolundan istifadə edərək) hcrt vasitəçiliyi ilə yuxudan oyanmağa keçid (Şəkil (Şəkil1D) .1D). Birlikdə götürülən nəticələrimiz göstərir ki, LC hərəkətsiz dövrdə hcrt vasitəçiliyi ilə SWS-a uyanmaq üçün zəruri və kifayət qədər aşağı axın effekti rolunu oynayır.

hcrt və LC-NE sistem dinamikası

Təcrübəli tədqiqatlarımızda hcrt və LC-NE neyronlarının optogenetik manipulyasiyasının kəskin dərəcədə fərqli müvəqqəti dinamika ilə yuxudan oyanmaya keçidlərini təsir etdiyini müşahidə etdik (Adamantidis et al., 2007; Carter və digərləri, 2009, 2010, 2012). Hcrt neyronlarının kəskin optik aktivləşdirilməsi 10-30 s müddətində yuxudan oyanmağa və 5 s-dən az müddətdə yuxudan oyanmaya səbəb olur. Bir izahat budur ki, hcrt neyronları hipotalamik ilə əlaqəli funksiyalar zamanı oyanışın yuxarı inteqratoru kimi çıxış edə bilər, LC-NE sistemi isə oyanma, stress və diqqət üçün əsas effekt verən rol oynayır. Bununla birlikdə, nöron effekt sistemləri ehtimal ki, artıqdır və fərqli giriş dəstləri ilə aktivləşdirilir. Buna görə, mərkəzi histaminergik və xolinergik sistemlər kimi digər arousal sistemlərin bloklanmasının digər eksperimental şəraitdə hcrt-in yaratdığı davranış vəziyyətinin keçidinə də ciddi təsir göstərə biləcəyini istisna edə bilmərik.

Bu qısamüddətli təsirlərdən əlavə, hcrt neyronlarının ~ 1-4 h hcrt neyronlarının davamlı (yəni yarı xroniki) fotostimulyasiya təcrübələri, oyanmanın ümumi müddətini dəyişdirmədən yuxudan oyanma hərəkətlərini artırması da maraqlıdır. LC-NE neyronlarının fotostimulyasiyası oyanma müddətini xeyli artırdı. Bu nəticələr hcrt sisteminin yuxu rejiminin tənzimlənməsini, LC-NE neyronlarının isə kortikal membran potensialını artıraraq kortikal EEG-ni sinxronlaşdıraraq oyanma müddətini tənzimlədiyini göstərir.

Hcrt neyronlarının hipotalamik lokalizasiyası, bu hüceyrələrin cinsi davranış, qidalanma, stressə qarşı reaksiya və motivasiya daxil olmaqla, homeostatik proseslər zamanı gözə çarpan rol oynadığını göstərir. Oyanıqlığı idarə etməklə yanaşı, oyanış sistemləri, mükafat axtaran davranışlarda, cinsi fəaliyyətdə, uçuş və ya döyüş reaksiyalarında və s. İştirak edir. Bu azalma təkamül boyunca konsolidasiya edilmiş arousal funksiya və oyanıqlığı və oyanma ilə əlaqəli davranışları dəstəkləyən beyin mexanizmlərini birləşdirə bilər. yaşamaq. Məsələn, LC-NE sisteminin aktivləşməsi oyanışı artır və narahatlıq kimi davranışlara səbəb olur (Itoi və Sugimoto, 2010). Bundan fərqli olaraq, LC-yə məhdud bir nöronal populyar ventral tərəfindən istehsal edilən bir peptid olan nöropeptid S (NPS) sistemi də oyanış artır. azalır narahatlıq (Pape et al., 2010). Beləliklə, bu cür müxtəlif davranış funksiyalarını dəstəkləmək üçün arousal sxemlər, ehtimal ki, onların afferent və efferent əlaqələrinin seçici bölmə yolu ilə, ötürücülər / modulyatorların sərbəst buraxılması imkanları və digər arousal sxemləri ilə əlaqəli fəaliyyət yolu ilə yüksək səviyyəyə çatmış olmalıdır.

Perspektivləri

Son beş ildə optogenetik, genetik cəhətdən hazırlanmış siçan modelləri və yuxunun EEG / EMG analizi birləşməsi hcrt və LC sistemlərinin oyanışa verdiyi töhfələri daha da dərk etmək üçün bənzərsiz və güclü bir alət dəsti təmin etdi. yuxu və oyaqlıq dərəcələrini tənzimləyən digər neyron populyasiyaları. Optogenetik probları beyindəki digər neyron populyasiyalarına yönəltmək, yuxu / oyanma sərhədlərindəki fərdi və birləşmiş rollarını təyin edəcəkdir. Bundan əlavə, bu vasitələr anatomik proyeksiyalara, sinaptik nörotransmissiyaya və ötürücü sərbəst buraxılma dinamikasına əsaslanan uyanma vəziyyətlərinin altında yatan beyin mexanizmini təyin etməyə imkan verəcəkdir. Bu dövrələri yüksək müvəqqəti dəqiqliklə hədəfləmək və seçici şəkildə idarə etmək bacarığı, daha çox qida qəbulu, asılılıq, stres, diqqət və cinsi həyəcan kimi davranışlarda rollarını araşdırma imkanı verir. Nəticədə, bu tədqiqatlar, xroniki narahatlıq, bağımlılık, diqqət çatışmazlığı və depressiya kimi psixiatrik xəstəliklərin patofizyolojik mexanizmlərini aça bilər.

Minnətdarlıq

References