研究人员在老鼠描述机制,构成当地大脑中多巴胺的释放

当我们启动一个动作在我们日常lives-chasing餐巾或走出汽车失控后的大脑就会释放一种叫做多巴胺的化学信使,帮助调节大脑区域控制这一行动。

多巴胺信号是一个高度复杂的过程,和一个科学家渴望理解特别是鉴于其作用运动障碍如帕金森症。

现在,哈佛大学医学院的一个团队已经确定了一个新的机制构成多巴胺在大脑中释放。在老鼠身上进行的研究,发表在3月24日科学显示,另一种称为乙酰胆碱的化学信使可以触发多巴胺神经元的放电绑定到这些神经元不是之前所知的一部分开始射击。

发现揭示更多关于如何在大脑中乙酰胆碱、多巴胺系统互动,和挑战现有的教条信号启动神经元的一端流向另一端,促使化学信使的释放。更具体地说,研究表明,神经元的轴突,传统上被认为是一个输出结构,还可以启动信号。

如果在进一步的动物实验证实,然后在人类中,发现可以通知治疗帕金森氏症等疾病的新策略,其中多巴胺信号是破坏。

“定义交互的多巴胺和乙酰胆碱是理解的基础所执行的行为在我们的日常生活中是如何产生和调制,”资深作者说帕斯卡凯瑟尔教授在Blavatnik学院哈佛医学院神经生物学。

发送信号

神经元是专业神经细胞发送和接收信号在整个身体。的信号传输从神经元接收化学信号在其一端支触角称为树突。接下来,附近的细胞———细胞center-integrates诱导的信号发射的命令,发送电子脉冲,或动作电位,沿着一条细长的投影称为细胞轴突的远端。那里,动作电位提示释放神经递质,流到附近的神经元的化学信使,携带的信息从一个细胞到另一个。多巴胺和乙酰胆碱在体内最重要的神经递质。它们参与生命机能的调节,包括自愿和非自愿的运动,疼痛处理,快乐,心情,平滑肌收缩,血管扩张,和其他很多。

空和他的团队研究纹状体,一个集中的大脑神经元集群整合其他大脑区域的信息规范日常行为。研究人员感兴趣的多巴胺神经元,大脑的坐在另一个区域,中脑,但轴突,项目到纹状体,与纹状体调节其功能。

Kaeser解释说,这一过程的经典模型是多巴胺神经元接收化学信号在中脑的树突细胞和他们的身体发送动作电位轴突到纹状体,引发多巴胺释放,调节日常行动。然而,以前的研究证实,这并非总是如此。有时,乙酰胆碱发起直接在纹状体多巴胺的释放,看似跳过信号过程的几个步骤。

“我们着迷于这个,因为它是一个非常强大的机制,但实际上它如何运作原理乙酰胆碱能刺激大脑释放多巴胺,这个非常重要的调制器调节命令在纹状体,是未知的,“空说。

找当地的

调查这种现象在老鼠身上,空和他的团队使用显微镜来分析脑组织的纹状体分开的其它地区。他们看到火花多巴胺的组织,即使树突和中脑多巴胺神经元的细胞体被切断从轴突在纹状体。

“这是真的发生了引人注目的,因为它没有细胞体,所以神经元没有他们的指挥中心,和它发生无刺激;它只是发生在自己的,”Kaeser说。“这是自发的地方引发的多巴胺释放。”

团队建立,有更少的纹状体的多巴胺信号比乙酰胆碱的信号,但每个多巴胺信号更加强大和息差brain-indicating的一个更大的区域,有一个传播信号当地多巴胺释放乙酰胆碱时触发。

在另一组实验中,研究人员探索涉及的机械。先前的研究显示,对多巴胺神经元轴突对多巴胺释放一些网站,用于当胞体启动一个动作电位。空和他的团队表明,这些网站是负责当地的多巴胺释放由乙酰胆碱引起。

接下来,研究人员进行了实验,他们要么激活乙酰胆碱神经元或膨化的药物就像多巴胺乙酰胆碱直接到轴突。当他们这样做时,乙酰胆碱诱导的多巴胺神经元动作电位信号传播,促使多巴胺的释放。乙酰胆碱发起这些动作电位与乙酰胆碱受体结合多巴胺神经元的轴突。

“这是真正的核心机制:它告诉你提供乙酰胆碱是足以引发动作电位轴突,所以你不需要神经元的树突,“空说。

在最后一组实验中,研究小组研究了大脑中多巴胺和乙酰胆碱的信号环境中的老鼠搬家。研究人员发现,这两个信号与老鼠的头的方向移动,和乙酰胆碱的信号发生之前的多巴胺信号。当研究人员干扰乙酰胆碱受体多巴胺神经元干扰信号,小鼠纹状体的多巴胺水平下降。

“这提供了证据,该机制在体内,虽然还需要更多的研究来理解它如何影响纹状体功能和鼠标行为,“空说。

大局

虽然这三种类型的局部机制只有一个大脑中的多巴胺神经元的激活,Kaeser认为它是重要的因为它挑战传统思维不至少神经元如何发送和接收信号。

“我认为最重要的见解,来自这个工作是一个当地的信号系统可以启动一个动作电位在轴突,空说:“这是一个输出结构。“这是一个非常古老,核心原则的神经元是如何工作的。”

Kaeser补充说,这是可能的,可以使用相同的机制由其他轴突在整个大脑,特别是那些与乙酰胆碱受体。“我们还没有直接证据,但我确实认为我们可能不得不重新考虑神经元信号集成基于这项工作。”

“现在我们有了明确的证据表明,这正在发生,我们可以进一步的提问是否实际发生这种类型的信号比我们想象的更常见。我们可能会看到的只是冰山的一角,”研究员补充说作者Changliang Liu在HMS神经生物学。刘想明白为什么这个局部的多巴胺释放机制是必要的,它提供了什么优势多巴胺的释放由胞体。

Kaeser也感兴趣探索是否可以完全颠覆的方向性多巴胺神经元轴突通过发送一个信号到胞体和树突。如果这种可能发生逆转,这将进一步颠覆经典的神经元功能的方法。

虽然这项研究是在老鼠身上做的,指出空压机制的组件是守恒的跨物种和人类存在,这表明可能存在的机制。

如果确认机制在人类,这些发现可能最终通知开发新的治疗神经退行性疾病,影响运动,如帕金森氏症。帕金森病的多巴胺神经元开始分解及多巴胺水平降低,导致行走困难,平衡,和协调等症状。研究人员可以算出,例如,如何使用乙酰胆碱神经元的纹状体多巴胺,一个策略可以用来恢复多巴胺水平下降。

“如果我们可以定义如何多巴胺和乙酰胆碱系统交互,我们一定会更好地了解发生了什么当你取出多巴胺神经元,“Kaeser说一步”是非常重要的对于理解和治疗帕金森病”。

额外的作者包括Xintong Cai、客座研究生在神经生物学HMS;莱比锡大学的Andreas Ritzau-Jost和Stefan Hallermann;保罗·克雷默和Zayd Khaliq国立卫生研究院;和李玉龙北京大学。

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