Közepes tüskés neuron - Medium spiny neuron

A közepes tüskés idegsejtek ( MSN ), más néven tüskés vetületi idegsejtek ( SPN ) a GABAerg gátló sejtek egy speciális típusa, amely az emberi striatumban , a bazális ganglionokban található neuronok 95% -át képviseli . A közepesen tüskés neuronoknak két elsődleges fenotípusuk van (jellegzetes típusok): a közvetlen útvonal D1-típusú MSN-je és a közvetett út D2-típusú MSN-je. A legtöbb sztrájtos MSN csak D1 típusú vagy D2 típusú dopamin receptorokat tartalmaz , de az MSN egy alcsoportja mindkét fenotípust mutatja.

Közvetlen útvonal Az MSN-ek gerjesztik végső bazális ganglionjaik kimeneti szerkezetét (pl. A thalamus ) és elősegítik a kapcsolódó viselkedést; ezek a neuronok expresszálják a D1 típusú dopamin receptorokat , az adenozin A1 receptorokat , a dinorfin peptideket és a P anyag anyagokat . Indirekt útvonal Az MSN-ek gátolják kimeneti szerkezetüket, és viszont gátolják a kapcsolódó viselkedést; ezek a neuronok expresszálják a D2 típusú dopamin receptorokat, az adenozin A2A receptorokat (A2A), a DRD2 – A2A heterotetramereket és az enkefalinokat . Mindkét típus expresszálja a glutamát receptorokat ( NMDAR és AMPAR ), a kolinerg receptorokat ( M1 és M4 ) és a CB1 receptorokat mindkét MSN típus szomatodendritikus területén. Az MSN-ek egy alcsoportja tartalmazza mind a D1, mind a D2 típusú receptorokat, a striatális MSN-ek hozzávetőlegesen 40% -a expresszálja mind a DRD1, mind a DRD2 mRNS-t. A nucleus accumbensben (NAcc) ezeket a vegyes típusú MSN-eket, amelyek mind a D1, mind a D2 típusú receptorokat tartalmazzák, többnyire az NAcc héj tartalmazza .

A dorzális striatalis MSN kulcsszerepet játszik a test, a végtagok és a szem mozgásának elindításában és ellenőrzésében. A ventrális sztriatális MSN kulcsszerepet játszik a motivációban, a jutalomban, a megerősítésben és az idegenkedésben. A háti és a ventrális közepes tüskés neuron altípusok (azaz a közvetlen D1 típusú és a közvetett D2 típusú) azonos fenotípusok , de kimeneti kapcsolataik eltérnek.

Közepes tüskés neuronok (MSN) konfokális mikroszkópos Z vetülete az egér striatumában. Az idegsejteket az MSN Gpr101-Cre egér egérrel dtTomato (vörös fluoreszcens fehérje) riporterrel kombinálva jelöltük . Ugyanezen idegsejtek 3D vetülete megtekinthető itt .

Megjelenés és elhelyezkedés

A közepes tüskés neuronok közepes méretű idegsejtek (~ 15 mikron átmérőjű, ~ 12-13 mikron az egérben) nagy és kiterjedt dendrites fákkal (~ 500 mikron átmérőjűek). A sztriatális direkt útvonal MSN-ek (dMSN-ek) közvetlenül a globus pallidus belső (GPi) és a substantia nigra pars reticulata (SNpr) felé vetülnek, míg a striatális közvetett út MSN-ek (iMSN-ek) végül a két globális pallidus külső (GPe) közbenső kapcsolaton keresztül vetítenek e két struktúrára. ) és a ventrális pallidum (VP). A GPe és a VP egy GABAerg vetületet küld a szubtalamikus magba , amely aztán glutamaterg vetületeket küld a GPi-nek és az SNpr-nek. Mind a GPi, mind az SNpr gátló vetületeket küld a talamuszon belüli magokba .

Funkció

Az MSN-ek gátló GABAerg neuronok, de a közvetlen MSN-ek (dMSN-k) és a közvetett MSN-ek (iMSN-ek) hatása végső kimeneti struktúrájukra eltérő: a dMSN-ek gerjesztenek, míg az iMSN-ek gátolják a bazális ganglionjaik kimeneti struktúráit (pl. A thalamus ). A bazális ganglionokon belül számos komplex idegsejt-kör van, amelyek mindegyike közepes tüskés neuronokat tartalmaz.

A közepes tüskés idegsejtekhez érkező kortikális, thalamikus és agytörzsi bemenetek óriási divergenciát mutatnak abban, hogy minden bejövő axon sok tüske neuronnal alkot kapcsolatot, és mindegyik tüskés neuron hatalmas mennyiségű bemenetet kap különböző bejövő axonoktól. Mivel ezek a bemenetek glutamatergek, gerjesztő hatást mutatnak a gátló közeg tüskés neuronokra.

A striatumban vannak interneuronok is, amelyek szabályozzák a közepes tüskés neuronok ingerlékenységét. Egy adott GABAerg interneuron, a gyorsan csúszó interneuront expresszáló parvalbumin és a tüskés neuronok közötti szinaptikus kapcsolatok szoros kapcsolatban állnak a tüskés neuronok szómájával vagy sejttestével. Emlékezzünk vissza, hogy serkentő posztszinaptikus potenciálok által okozott glutamát bemeneteket a dendritek a tüskés neuronok csak akkor okoz akciós potenciál , ha a depolarizációs hullám elég erős amint belépnek a sejttestében. Mivel a gyorsan növekvő interneuronok hatása olyan szorosan helyezkedik el a dendritek és a szóma közötti kritikus kapunál, könnyen szabályozhatják az akciós potenciál létrehozását. Ezenkívül más típusú GABAerg interneuronok is kapcsolatot létesítenek a tüskés neuronokkal. Ide tartoznak a tirozin-hidroxilázt és az Y neuropeptidet expresszáló interneuronok .

Dorsalis striatális MSN-ek

Közvetlen útvonal

Anatómia

A bazális ganglionokon belüli közvetlen útvonal gerjesztő bemenetet kap a kéregből, a thalamusból és más agyi régiókból. A közvetlen úton a közepes tüskés idegsejtek a globus pallidus (GPi) vagy a substantia nigra pars reticula (SNpr vagy SNr) belső osztódására vetülnek. Ezek az atommagok a felső kolliculus mélyrétegébe vetülnek, és gyors szemmozgásokat (saccades) irányítanak , valamint a ventrális thalamusra is vetülnek , amely viszont az elsődleges motoros kéregben (precentralis gyrus) a felső motoros idegsejtekre vetül. Az SNr és a GPi kimenet egyaránt tónusosan aktív gátló mag, és így folyamatosan gátolja a thalamus (és így a motoros kéreg) működését. Azonban a (gátló) közvetlen útvonalú közepes tüskés neuronok átmeneti aktivitása végül gátolja a talamusz vetületeit a motoros kéregbe, és lehetővé teszi a mozgást.

Indirekt útvonal

Anatómia

A közvetett út gerjesztő bemenetet kap különböző agyi régiókból is. Az indirekt út közepes tüskés neuronjai a globus pallidus (GPe) külső szegmensébe vetülnek. A GPi-hez hasonlóan a GPe is tónusosan aktív gátló mag. A GPe az excitációs subthalamicus magba (STN) vetül , amely viszont a GPi és az SNr felé vetül. Ha a közvetett út nem aktiválódik, a GPe elnyomja az STN-ben lévő aktivitást, ami lefelé csökkenő SNr / GPi-aktivitásnak és ezáltal megnövekedett thalamicus és motoros kéreg neuronaktivitásnak felel meg. A közvetett útvonalú neuronok tüzelésekor a GPe neuronok gátlódnak, ami gátolja az STN-t. Az STN ezután gerjeszti az SNr / GPi idegsejteket, elnyomva a thalamus / motoros kéreg aktivitását.

Funkcionális különbségek

A striatális funkció klasszikus modelljei azt feltételezték, hogy a közvetlen út aktiválása mozgáshoz vezet, míg a közvetett út aktiválása a mozgás megszűnéséhez vezet. Ezt a modellt alátámasztják olyan kísérletek, amelyek azt mutatják, hogy az optogenetikusan stimuláló, közvetlen útvonalú közepes tüskés neuronok növelik a mozgást , míg a közvetett útú közepes tüskés neuronok stimulálása gátolja a mozgást . A közvetlen / közvetett aktivitás egyensúlyát a mozgásban a neurodegeneratív rendellenességek , köztük a Parkinson-kór (PD) bizonyítékai támasztják alá , amelyet a striatumra vetülő dopaminneuronok elvesztése , a közvetlen útvonal hipoaktivitása és a közvetett útvonalú neuronok hiperaktivitása jellemez. motoros diszfunkció. Ez a normális cselekvési szelekció elvesztését eredményezi, mivel a dopamin elvesztése az indirekt útvonal aktivitását hajtja végre, globálisan gátolva az összes motoros paradigmát. Ez megmagyarázhatja a Parkinson-kórban szenvedő betegeknél a cselekvés megindulásának romlását, a lassult cselekvéseket ( bradykinesia ) és a káros önkéntes motoros iniciációt. Másrészt a Huntington-kór , amelyet a közvetett út közepes tüskés neuronjainak preferenciális lebontása jellemez, nem kívánt mozgásokat ( korea ) eredményez, amelyek a mozgás gátlásának és az uralkodó közvetlen út aktivitásának a következményei lehetnek. Egy alternatív kapcsolódó hipotézis az, hogy a striatum egy „center-surround” architektúrán keresztül szabályozza a cselekvés megindulását és kiválasztását, ahol a közvetlen útvonalú neuronok egy részének aktiválása mozgásokat indít, míg a környező neuronok által szorosan kapcsolódó motoros mintázatokat az indirekt útvonalon keresztüli laterális gátlás gátolja. idegsejtek. Ezt a specifikus hipotézist támasztja alá a közelmúltban végzett kalcium-képalkotó munka, amely azt mutatja, hogy a specifikus akciókat kódoló közvetlen és közvetett útvonalú közepes tüskés neuronok térben szervezett együttesekben helyezkednek el.

Annak ellenére, hogy rengeteg bizonyíték van az iniciációs / befejezési modellre vonatkozóan, a közelmúltbeli bizonyítékok transzgénikus egerek alkalmazásával, amelyek akár közvetlen, akár közvetett úton expresszálják a kalcium-mutatókat, azt mutatták, hogy mindkét út aktív a cselekvés megindításakor, de egyik sem aktív inaktivitás alatt. Ezt a megállapítást megismételték egyidejű kétcsatornás kalcium képalkotás. Ez némileg paradigmaváltáshoz vezetett a sztriatális működés modelljeiben, oly módon, hogy az újabb modellek úgy vélik, hogy a közvetlen út megkönnyíti a kívánt mozgásokat, míg a közvetett út egyszerre gátolja a nem kívánt mozgásokat. Kifinomultabb technikák és elemzések, mint például az állapotfüggő optogenetika, feltárták, hogy mindkét út nagymértékben részt vesz a cselekvési szekvencia végrehajtásában, és hogy konkrétan mindkét striatális útvonal részt vesz az elemszintű cselekvésszabályozásban. Ugyanakkor a közvetlen útvonalú közepes tüskés neuronok többnyire jelzik a szekvencia iniciálását / befejezését, és a közvetett út közepes tüskés neuronjai jelezhetik a váltást egy adott cselekvési szekvencia szekvenciái között. Más bizonyítékok arra utalnak, hogy a közvetlen és közvetett út ellentétesen befolyásolja a mozgás befejezését - konkrétan tevékenységük relatív időzítése határozza meg, hogy egy cselekvés befejeződik-e.

A legújabb kísérletek azt igazolták, hogy a dorsalis striatum közvetlen és közvetett útjai nem kizárólag a mozgásban vesznek részt. Az intrakraniális önstimulációs paradigmában végzett kezdeti kísérletek ellentétes szerepeket vetettek fel a két út megerősítésében ; konkrétan a közvetlen út közepes tüskés neuronok stimulációja erősödött, míg a közvetett út közepes tüskés neuronok stimulációja averzív volt. Egy későbbi tanulmány azonban (fiziológiailag relevánsabb stimulációs paraméterek felhasználásával) azt találta, hogy a közvetlen és a közvetett útstimuláció erősödött, de az út-specifikus stimuláció különböző cselekvési stratégiák kidolgozását eredményezte. Ettől függetlenül ezek a tanulmányok kritikus szerepet játszanak a megerősítésben a háti striatumban, szemben azzal, hogy a striatum csak a mozgásszabályozásban játszik szerepet.

Ventralis striatális MSN-ek

Közvetlen útvonal

A ventrális striatum közvetlen útja a bazális ganglionokban közvetíti a jutalom alapú tanulást és az étvágygerjesztő ösztönzést , amelyet a jutalmazó ingerekhez rendelnek .

Indirekt útvonal

A ventrális striatum közvetett útja a bazális ganglionokban az averziós alapú tanulást és az averzív motivációs szemléletet közvetíti, amelyet az averzív ingerekhez rendelnek .

Hivatkozások

További irodalom

Külső linkek

• NIF keresés - közepes tüskés neuron az idegtudományi információs keretrendszeren keresztül