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杜久林研究组发现视网膜自发活动波的起源
发布日期:2016-09-03    浏览次数:268

9月3日,《自然-通讯》期刊在线发表了中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、上海生命科学研究院神经科学研究所杜久林研究组题为《双极细胞通过突触前NMDA自受体放大机制介导视网膜波的发生》的研究论文。该研究发现谷氨酸能视网膜自发活动波的发生是由双极细胞轴突末梢NMDA自受体依赖的放大机制所介导。

在发育早期的视网膜中,相邻神经节细胞(视网膜的第三级细胞)会发生波状传播的自发神经活动,这种现象被称为视网膜波。对于视网膜波的研究已有近30年,人们已知道视网膜波能通过视神经传递到中枢视觉系统,对视觉系统中拓扑投射样神经通路的精确形成至关重要。在发育的不同阶段,视网膜波会从乙酰胆碱能转变为谷氨酸能。目前,已知乙酰胆碱能视网膜波是由星状无长突细胞所介导的,但谷氨酸能视网膜波的来源以及具体机制仍不清楚。

为研究谷氨酸能视网膜波的来源,研究者以斑马鱼为模式动物,首先运用在体双光子钙成像技术,发现谷氨酸能视网膜波起始于双极细胞(视网膜的第二级细胞)的轴突末梢。为解析其机制,研究者结合在体全细胞膜片钳、光遗传学、谷氨酸成像等方法,发现双极细胞轴突末梢通过NMDA自受体,发起视网膜波。进而,发现双极细胞上的视网膜波能传递至神经节细胞以及视顶盖(即视觉中枢)。进一步地,研究人员发现视网膜波的产生阈值在颞侧视网膜区域是最低的,因此导致视网膜波偏向于在颞侧发起。终上所述,本工作首次发现双极细胞轴突末梢通过NMDA自受体依赖的方式起始谷氨酸能视网膜波。

这项工作是在杜久林研究员指导下,主要由张荣伟副研究员独立完成,同时得到李小泉博士和日本国立遗传学研究所川上浩一教授的大力支持。该工作得到中国科学院战略性先导科技专项(XDB02040003)、科技部国家重点基础研究发展计划(2011CBA00400, 2012CB945101) 、国家自然基金杰出青年项目(31325011)、上海市优秀学术带头人项目(14XD1404100)和青年科学基金(13ZR1446800)以及中国科学院青年促进会等项目的支持。

图注:(a)在3天斑马鱼幼鱼的双极细胞上发生的自发钙波。不同颜色指示不同时间点时钙波的位置。(b)谷氨酸能视网膜波起始模式图。单个双极细胞释放的谷氨酸会激活其自身轴突上的NMDA受体,从而导致细胞膜进一步去极化、打开低阈值钙通道,释放大量的谷氨酸进入视网膜内网状层。通过游离的谷氨酸以及间隙连接,临近的双极细胞轴突末梢被激活,从而导致视网膜波在内网状层的侧向传播。另一方面,谷氨酸还会作用到神经节细胞上的突触后AMPA和NMDA受体,从而导致视网膜波从双极细胞传递至神经节细胞。