体性感覚迂回回路の形成は、背柱損傷後の機能回復を媒介している

Formation of somatosensory detour circuits mediates functional recovery following dorsal column injury.

• Charlène Granier
• Julian Schwarting
• Evangelia Fourli
• Fabian Laage-Gaupp
• Alexandru A Hennrich
• Anja Schmalz
• Anne Jacobi
• Marta Wesolowski
• Karl Klaus Conzelmann
• Florence M Bareyre

抄録

解剖学的に不完全な脊髄損傷は、部分的には脊髄内迂回回路の形成を媒介とした機能回復に続く可能性がある。ここで、我々は成体マウスが片側性背側柱損傷後に触覚と予知機能を回復することを示した。そこで我々は、この回復のメカニズムを解明するために、背側柱-中殿筋経路の可塑性に焦点を当てて研究を行った。その結果、脊柱後根神経節上行軸索（DRG）が脊髄灰白質に分岐し、損傷後にはこれらの神経節の数が大幅に増加することを明らかにした。これらの感覚線維はシナプシン陽性の静脈性を示し、脊髄ネットワークに統合されていることを示している。狂犬病ウイルスを楔状核に注入した単シナプス回路のトレースを用いて、DRG軸索の元の標的領域への迂回経路を提供する脊髄ニューロンの存在を示す。脊髄ニューロンとDRG軸索との接触数は、損傷後に300％以上増加することが明らかになった。次に、これらのニューロンを特徴づけ、損傷が接続パターンのリモデリングを誘発することを示した。最後に、最初の接続パターンのリモデリング後の再接続実験を用いて、これらの迂回回路が触覚・予知機能の回復に関与していることを示した。以上のことから、この迂回回路は損傷後の軸索再配線の共通の青写真であることが明らかになった。

Anatomically incomplete spinal cord injuries can be followed by functional recovery mediated, in part, by the formation of intraspinal detour circuits. Here, we show that adult mice recover tactile and proprioceptive function following a unilateral dorsal column lesion. We therefore investigated the basis of this recovery and focused on the plasticity of the dorsal column-medial lemniscus pathway. We show that ascending dorsal root ganglion (DRG) axons branch in the spinal grey matter and substantially increase the number of these collaterals following injury. These sensory fibers exhibit synapsin-positive varicosities, indicating their integration into spinal networks. Using a monosynaptic circuit tracing with rabies viruses injected into the cuneate nucleus, we show the presence of spinal cord neurons that provide a detour pathway to the original target area of DRG axons. Notably the number of contacts between DRG collaterals and those spinal neurons increases by more than 300% after injury. We then characterized these interneurons and showed that the lesion triggers a remodeling of the connectivity pattern. Finally, using re-lesion experiments after initial remodeling of connections, we show that these detour circuits are responsible for the recovery of tactile and proprioceptive function. Taken together our study reveals that detour circuits represent a common blueprint for axonal rewiring after injury.