細胞外GABA波は興奮性回路における同時計数検出を調節する

Extracellular GABA waves regulate coincidence detection in excitatory circuits.

• Sergiy Sylantyev
• Leonid P Savtchenko
• Nathanael O'Neill
• Dmitri A Rusakov

抄録

キーポイント:

ニューロンネットワーク活動の急激な変化は、海馬神経管の細胞外GABAの広範な波を引き起こす 細胞外GABAの上昇は、CA1錐体細胞への興奮性入力のための一致検出ウィンドウを狭める GABAトランスポーターは、一致検出上の細胞外GABAの効果を制御する 樹状突起興奮性電流の運動学の小さな変化は、ソーマに到達したときに増幅される。

KEY POINTS: Rapid changes in neuronal network activity trigger widespread waves of extracellular GABA in hippocampal neuropil Elevations of extracellular GABA narrows the coincidence detection window for excitatory inputs to CA1 pyramidal cells GABA transporters control the effect of extracellular GABA on coincidence detection Small changes in the kinetics of dendritic excitatory currents amplify when reaching the soma.

ABSTRACT:

主要ニューロンによる興奮性入力の同時検出は、脳内の信号統合とヘブの可塑性のルールを支えています。海馬回路では、検出の忠実度はフィードフォワード抑制回路を介したGABA作動性シナプス入力に依存していると考えられている。しかし、求心性接続はフィードフォワード回路をバイパスすることが多く、このような場合には異なるGABA作動性メカニズムが偶然性検出を制御する可能性があることを示唆している。細胞外GABA濃度[GABA]の変動がここで制御的役割を果たすことができるかどうかをテストするには、我々はラットの急性海馬スライスでGABA 'スニッファー'パッチを使用して、ネットワークの活動に[GABA]の強い依存性を文書化します。我々は、GABAの取り込み遮断を通じて[GABA]を増加させると短くなるのに対し、GABA作動性シグナリングをブロックすることで、錐体細胞への直接的な興奮性入力の同時検出ウィンドウを強く広げることを発見した。その基礎となるメカニズムは、膜シャント性の強直性GABA受容体電流が関与しており、それはIに依存する必要はなく、神経細胞のGABAトランスポーターGAT-1に強く依存している。我々は樹状突起-ソーマデュアルパッチクランプ記録を用いて、偶然検出における膜シャントの強い効果が、樹状突起シナプス電流がソーマに到達したときの減衰の変化の非線形増幅に依存していることを示す。我々の結果は、細胞外GABAを動的に調節することにより、脳ネットワーク活動が局所的な興奮性回路における信号統合ルールを最適化できることを示唆している。この記事は著作権で保護されています。すべての権利を保有しています。

ABSTRACT: Coincidence detection of excitatory inputs by principal neurons underpins the rules of signal integration and Hebbian plasticity in the brain. In the hippocampal circuitry, detection fidelity is thought to depend on the GABAergic synaptic input through a feed-forward inhibitory circuit also involving the hyperpolarization-activated I current. However, afferent connections often bypass feed-forward circuitry, suggesting that a different GABAergic mechanism might control coincidence detection in such cases. To test whether fluctuations in the extracellular GABA concentration [GABA] could play a regulatory role here, we use a GABA 'sniffer' patch in acute hippocampal slices of the rat and document strong dependence of [GABA] on network activity. We find that blocking GABAergic signalling strongly widens the coincidence detection window of direct excitatory inputs to pyramidal cells whereas increasing [GABA] through GABA uptake blockade shortens it. The underlying mechanism involves membrane-shunting tonic GABA receptor current; it does not have to rely on I but depends strongly on the neuronal GABA transporter GAT-1. We use dendrite-soma dual patch-clamp recordings to show that the strong effect of membrane shunting on coincidence detection relies on nonlinear amplification of changes in the decay of dendritic synaptic currents when they reach the soma. Our results suggest that, by dynamically regulating extracellular GABA, brain network activity can optimise signal integration rules in local excitatory circuits. This article is protected by copyright. All rights reserved.

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