Ex Vivo optogenetische Dissection of Fear Circuits in Brain Slices

Nauwkeurige instrumenten voor visualisatie en gelijktijdige activering van specifieke verbindingen tussen hersengebieden en specifieke typen neuronen worden steeds belangrijker in het begrijpen van de functionele connectiviteit onderliggende gezonde hersenfunctie en ziektebeelden. Idealiter dit met zich meebrengt fysiologisch onderzoek naar nauwkeurige synaptische eigenschappen waarmee geïdentificeerde neuronen communiceren. Dit geldt met name voor verbindingen tussen hersengebieden die in één enkele plak acute hersenen kan worden behouden. In het verleden is dit grotendeels bereikt in afzonderlijke experimenten. Enerzijds, neurale tracers geïnjecteerd in vivo zijn gebruikt in combinatie met daaropvolgende licht- of elektronenmicroscopische analyse van pre- en postsynaptische partners. Anderzijds, wanneer zenuwbanen van het gebied van herkomst bewaard en toegankelijk in de slice voorbereiding, elektrische stimulatie is gebruikt om synaptische communicatiemechanismen ervan met cellen in het doelgebied.

Met de komst van optogenetics, de gerichte expressie van licht-gated kation-kanalen, zoals Channelrhodopsins (CHR) gefuseerd aan fluorescerende eiwitten, zodat nu activatie van neuronen en hun axonale trajecten terwijl voor de visualisatie en post-hoc analyse anatomische ^{1- 4.} Omdat CHR-expressie axonen ook kan worden gestimuleerd wanneer gescheiden van ouder somata ^5, kan in de hersenen plakjes: 1) beoordelen input van hersengebieden die niet toegankelijk zijn met gebruikelijke elektrische stimulatie genoemd, omdat zenuwbanen niet splitsbaar of specifieke traject is niet bekend; 2) ondubbelzinnig de regio van herkomst voor specifieke inputs die werden vooropgesteld, maar onvolledig begrepen te identificeren; en 3) het onderzoeken van de functionele connectiviteit tussen gedefinieerde celtypes, zowel lokaal als in de lange-afstands projecties. Door een aantal voordelen, heeft deze optogenetic mapping circuits in hersenplakken breed gewordenly gebruikt in de afgelopen jaren, en verschillende virale vectoren voor expressie van fluorescent-gelabeld CHRS zijn verkrijgbaar bij commerciële leveranciers. Enkele belangrijke voordelen van optogenetic activering via conventionele elektrische stimulatie geen schade aan het weefsel door de plaatsing van de stimulatie-elektroden, specificiteit vezels stimulatie omdat elektrische stimulatie ook vezels van doorgang of andere nabijgelegen cellen, en een even snelle en temporeel precieze stimulatie werven. Bovendien kan stereotactische injectie van virale vectoren gemakkelijk worden gericht op specifieke hersengebieden ⁶ en voorwaardelijke of celtype specifieke expressie kan worden verkregen door Cre-afhankelijke expressie en / of specifieke promoters ^7. Hier, wordt deze techniek toegepast voor het in kaart brengen van de lange afstand en de plaatselijke omlopen in de vreze systeem.

De amygdala is een belangrijke regio voor het verwerven en expressie van angst, en de opslag van angst en emotionele herinneringen ^8,9. Apart weerm de amygdala, de mediale prefrontale cortex (mPFC) en hippocampus (HC), structuren die onderling zijn verbonden met de amygdala, zijn betrokken bij aspecten van acquisitie, consolidatie en ophalen van angst en extinctie geheugens ^10,11. Activiteit in de deelsectoren van de mPFC lijkt een dubbele rol te spelen bij de bestrijding van zowel hoge als lage angst verklaart ^12,13. Dit kan voor een deel worden veroorzaakt door rechtstreekse verbindingen vanuit mPFC naar de amygdala dat de amygdala-activiteit en de output zou controleren. Daarom is in de afgelopen jaren hebben verschillende studies begonnen in ex vivo experimenten slice synaptische interacties tussen mPFC afferenten en specifieke doelcellen te onderzoeken in de amygdala ^14-17.

Tijdens angst leren, sensorische informatie over airconditioning en ongeconditioneerde stimuli bereikt de amygdala via projecties van specifieke thalamische en corticale gebieden. Plasticiteit van deze ingangen neuronen in het laterale deel (la) van de Basolateral amygdala (BLA) is een belangrijk mechanisme dat ten grondslag vreesconditionering ^9,18. Steeds meer bewijs suggereert dat parallelle plastic processen in de amygdala te betrekken remmende elementen om angst geheugen ¹⁹ te controleren. Een groep van geclusterde remmende neuronen zijn de GABAergic mediale paracapsular ingelast cellen (mpITCs), maar hun precieze verbinding en de functie is onvolledig begrepen ^20-22. Hier wordt optogenetic circuit mapping gebruikt om afferente en efferente connectiviteit van deze cellen en hun impact op de doelgroep neuronen in de amygdala te beoordelen, waaruit blijkt dat mpITCs ontvangen directe zintuiglijke input van thalamus en corticale relay stations ^23. Specifieke expressie van CHR in mpITCs of BLA neuronen maakt het in kaart brengen van de lokale interacties, waaruit blijkt dat mpITCs remmen, maar ook onderling geactiveerd door, BLA opdrachtgever neuronen, ze te plaatsen in de roman van feed-forward en feedback remmende circuits die effectief BLA activiteit te controleren23.