海馬におけるシナプス伝達の変調における背側-腹側の違い

Dorsal-Ventral Differences in Modulation of Synaptic Transmission in the Hippocampus.

• George Trompoukis
• Costas Papatheodoropoulos

抄録

海馬の縦軸に沿った機能の多様化は、急速に発展している概念である。本研究では、神経伝達物質受容体によるシナプス伝達の変調が、海馬に沿った局所的な内在性ネットワーク機能の特殊化に重要な役割を果たしていると考えられる。本研究では、成体ラットの背側と腹側海馬からの横断スライスとCA1層放射体からの誘発野シナプス後興奮電位（fEPSPs）の記録を使用して、我々は背側と腹側海馬間のシナプス伝達の変調を比較することを目的とした。その結果、一過性異種シナプス性抑圧（tHSD、<2秒）は、CA1野の放射状層への2つの独立した入力のペア刺激によって誘導される興奮性シナプス伝達の調節に生理学的に関連した現象であり、腹側海馬ではその大きさと持続時間が増加しており、おそらく海馬のこのセグメントでの入力分離の増加に寄与していることがわかった。GABA受容体、GABA受容体、アデノシンA1受容体、L型電位依存性カルシウムチャネルは、2つの海馬セグメントでtHSDに異なる寄与をしているようである；GABARは腹側海馬で優勢な役割を果たしているが、GABARとA1Rの両方は背側海馬で重要な役割を果たしている。外因性アゴニストであるバクロフェンによるGABA受容体の活性化は、興奮性シナプス伝達の初期高速成分と後期低速成分の両方を、それぞれfEPSPslopeとfEPSP減衰時定数（fEPSP）で表されるように、頑健かつ可逆的に調節した。具体的には、バクロフェンは背側海馬よりも腹側海馬でfEPSPの傾きを抑制し、腹側海馬よりも背側海馬でfEPSPを増強した。また、バクロフェンは2つの海馬セグメントにおいても同様にペアパルスの円滑化を促進した。GABA受容体を遮断しても、どちらの海馬セグメントでも基底部のペアパルス促進には影響を与えなかった。シナプス伝達の変調における背側-背側の違いが明らかになったことは、局所的なニューロン回路における情報処理の特殊化の手段を提供し、それによって海馬の背側-背側軸に沿ったニューロンネットワーク機能の多様化に大きく貢献している可能性を示唆している。

Functional diversification along the longitudinal axis of the hippocampus is a rapidly growing concept. Modulation of synaptic transmission by neurotransmitter receptors may importantly contribute to specialization of local intrinsic network function along the hippocampus. In the present study, using transverse slices from the dorsal and the ventral hippocampus of adult rats and recordings of evoked field postsynaptic excitatory potentials (fEPSPs) from the CA1 stratum radiatum, we aimed to compare modulation of synaptic transmission between the dorsal and the ventral hippocampus. We found that transient heterosynaptic depression (tHSD, <2 s), a physiologically relevant phenomenon of regulation of excitatory synaptic transmission induced by paired stimulation of two independent inputs to stratum radiatum of CA1 field, has an increased magnitude and duration in the ventral hippocampus, presumably contributing to increased input segregation in this segment of the hippocampus. GABA receptors, GABA receptors, adenosine A1 receptors and L-type voltage-gated calcium channels appear to contribute differently to tHSD in the two hippocampal segments; GABARs play a predominant role in the ventral hippocampus while both GABARs and A1Rs play important roles in the dorsal hippocampus. Activation of GABA receptors by an exogenous agonist, baclofen, robustly and reversibly modulated both the initial fast and the late slow components of excitatory synaptic transmission, expressed by the fEPSPslope and fEPSP decay time constant (fEPSP), respectively. Specifically, baclofen suppressed fEPSP slope more in the ventral than in the dorsal hippocampus and enhanced fEPSP more in the dorsal than in the ventral hippocampus. Also, baclofen enhanced paired-pulse facilitation in the two hippocampal segments similarly. Blockade of GABA receptors did not affect basal paired-pulse facilitation in either hippocampal segment. We propose that the revealed dorsal-ventral differences in modulation of synaptic transmission may provide a means for specialization of information processing in the local neuronal circuits, thereby significantly contributing to diversifying neuronal network functioning along the dorsal-ventral axis of hippocampus.

Copyright © 2020 Trompoukis and Papatheodoropoulos.