2022年05月09日发布 | 880阅读

Neuron等 | 催产素三大进展:让雄鼠甘愿成为奶爸;与奖赏环路共同促进社交行为;受体磷酸化贡献于长时程记忆的巩固

爱大脑就AiBrain


「领域快报」是AiBrain筹备的特别栏目,是由海内外知名高校的一线青年科研工作者(博士后、PI)精选的领域科研动态,旨在为学科融合、交叉合作提供平台和机遇。

作者:柯蔚 复旦大学博士后



015

「领域快报」社交及语言


Neuron

催产素与雄鼠的育婴行为

影响因子:15.33

发表时间:2022.4.19


雄鼠会攻击幼鼠,然而雄性小鼠在性成熟后却会表现出育婴行为。因此,育婴行为的出现,可能是由于神经系统在特定阶段发生了适应性的变化,从而改变了雄鼠的行为模式以保证后代的成功延续。有研究表明,催产素(Oxytocin,OT)对雄性小鼠的育婴行为有重要影响。


例如,有研究者发现,利用OT-/-转基因小鼠,敲除PVH(Paraventricular hypothalamic nucleus)神经元的催产素基因,可以显著减少雄鼠爸爸的育婴行为。而对于母胎单身雄鼠(Virgin males,处男雄鼠),利用化学遗传学兴奋其PVH oxytocin神经元便可以增加育婴行为,同时抑制对幼鼠的攻击行为。


为了探究催产素释放在其中的权重,作者分别在WT(控制组,OT+/+)和OT-/-(母胎单身)雄鼠上兴奋PVH 催产素神经元,发现兴奋OT-/-鼠的这群神经元仅仅使育婴行为稍稍增加,不能达到兴奋WT鼠PVH 催产素神经元同样程度的变化;说明催产素作为神经肽对于育婴行为非常重要。


随后,作者利用逆向跨单极突触示踪和光遗传学,发现外侧下丘脑LHVglut2→PVHoxytocin的突触强度在雄鼠爸爸中显著增强,同时兴奋LH Vglut2神经元可以显著抑制母胎单身雄鼠对幼鼠的的攻击行为。


综上,PVH 催产素神经元及其释放的催产素在雄鼠的育婴行为中是不可或缺的,同时LH→PVH环路的增强可能通过抑制雄鼠的攻击行为参与促进育婴行为。


(1)OT is indispensable for the parental caregiving behaviors of male mice.

(2) OT neurons evoke caregiving behaviors in virgin males partly via the OT ligand.

(3)Trans-synaptic tracing shows enhanced connectivity from LHA/OT neurons in fathers.

(4)This structural plasticity can support behavioral plasticity.


  • Kazunari Miyamichi Lab  RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research


  • 利用病毒基因工具,Kazunari Miyamichi 实验室系统试图解析与社会行为相关的的下丘脑神经元的上下游,以及小鼠在不同状态下神经环路的可塑性变化。并致力于研究不同性别小鼠中,与社交行为相关的神经环路突触连接模式的差异。同时该实验室将CRISPR介导的原位基因敲入和病毒工具箱相结合,以便在非模型哺乳动物物种中实现细胞类型特异性操作。他们将分析哺乳动物物种中进化上同源的神经环路的结构和功能。这种比较连接组学有望为神经环路的进化提供一个综合平台。


  • https://www.bdr.riken.jp/en/research/labs/miyamichi-k/index.html

评语: 

本文利用化学遗传学兴奋雄鼠的PVH 催产素神经元,发现攻击幼鼠行为相关的脑区PeFA中cfos信号的显著减少,这个现象与行为学相一致。在后文中作者发现LH与抑制攻击幼鼠行为有关,我很好奇PeFA与LH是否具有协同作用。同时本文利用rabies virus逆向示踪的方法筛选发生环路可塑性变化的上游脑区,这种方法虽然新颖但其敏感性和可靠性需要更多的检验。直接兴奋LH ÚPVH环路仅能看到微弱的行为学效应,可能通过增强该环路的突触传递才能看到更明显的行为学效应。


关键词: 

PVH, oxytocin, parental behavior, aggression, LH


文章链接DOI: 

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.03.033


Abstract

The adult brain can flexibly adapt behaviors to specific life-stage demands. For example, while sexually naïve male mice are aggressive to the conspecific young, they start to provide caregiving to infants around the time when their own young are expected. How such behavioral plasticity is implemented at the level of neural connections remains poorly understood. Here, using viral-genetic approaches, we establish hypothalamic oxytocin neurons as the key regulators of the parental caregiving behaviors of male mice. We then use rabies-virus-mediated unbiased screening to identify excitatory neural connections originating from the lateral hypothalamus to the oxytocin neurons to be drastically strengthened when male mice become fathers. These connections are functionally relevant, as their activation suppresses pup-directed aggression in virgin males. These results demonstrate the life-stage associated, long-distance, and cell-type-specific plasticity of neural connections in the hypothalamus, the brain region that is classically assumed to be hard-wired.


iScience

是什么影响了社交牛逼和社交恐惧

影响因子:4.95

发表时间:2022.4.7


作者研究了群居性(Spiny mouse)和非群居性(Mongolian gerbil)小鼠的同性社交行为。在群体选择实验中,作者发现群居性小鼠偏好更大的同性群体(8只)而不是小的群体(2只),而非群居小鼠则没有群体数量的偏好性。在两两交互实验中,群居小鼠展现出了更多的亲社会行为,而非群居小鼠则展现出了更多的攻击行为。


相比于新颖物体(非社交刺激),与同性小鼠(社交刺激)交互后,群居和非群居的小鼠PVH 催产素神经元均产生了更多的cfos阳性信号;并且,群居小鼠的VTA TH神经元产生了更多的cfos信号,而非群居小鼠VTA TH神经元对非社交刺激和社交刺激的响应没有差异。


此外,群居小鼠PVH 催产素神经元的cfos数量与VTA TH神经元的cfos数量呈正相关,且两者都与社会交互的时间呈正相关。


综上,VTA的TH神经元在群居性动物中更多地被社交刺激激活,与PVH 催产素神经元共同参与群居小鼠的亲社会行为之中。



(1)Spiny mice are more gregarious, more prosocial, and less aggressive than gerbils.

(2)PVN OT neurons are responsive to novel social interactions in spiny mice and gerbils VTA TH neuronal responses are greater in response to social stimuli in spiny mice.

(3)PVN OT and VTA TH functional connectivity may gate social reward in spiny mice.

  • Aubrey M. Kelly Lab  Emory University


  • 实验室结合动物行为学、神经内分泌学、比较神经解剖学、进化生态学和表观遗传学等领域的方法,致力于解析调节社会行为的神经机制,尤其是介导产生社会行为的个体差异、性别差异、种群差异的神经结构及其功能。同时实验室还关注抗利尿激素和催产素神经元、神经肽及其受体如何作为协同参与社会行为。


  • https://www.ophirlab.com/amkelly/

评语: 

本文选择了群居性和非群居性的两个小鼠品系来研究小鼠与性无关的社交行为(同性社交行为),使得社交行为的研究更能排除个体差异的影响。结果发现不同品系小鼠的VTA TH神经元对社交行为的响应是有差异的,而PVH 催产素神经元则没有品系间的差异,提示奖赏环路在社交行为中的关键作用。本文为社交牛逼症和社交恐惧的个体差异提供了线索。不过文中主要结论来自于cfos染色得出的相关性,需要更多的因果性的研究证据支持。


关键词: 

PVH, oxytocin, social behavior, VTA, cfos


文章链接 : 

https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.104230


Abstract

We investigated whether nonreproductive social interactions may be rewarding for colonial but not non-colonial species. We found that the colonial spiny mouse (Acomys cahirinus) is significantly more gregarious, more prosocial, and less aggressive than its non-colonial relative, the Mongolian gerbil (Meriones unguiculatus). In an immediate-early gene study, we examined oxytocin (OT) and tyrosine hydroxylase (TH) neural responses to interactions with a novel, same-sex conspecific or a novel object. The paraventricular nucleus of the hypothalamus (PVN) OT cell group was more responsive to interactions with a conspecific compared to a novel object in both species. However, the ventral tegmental area (VTA) TH cell group showed differential responses only in spiny mice. Further, PVN OT and VTA TH neural responses positively correlated in spiny mice, suggesting functional connectivity. These results suggest that colonial species may have evolved neural mechanisms associated with reward in novel, nonreproductive social contexts

to promote large group-living.

Neuroscience

催产素受体的磷酸化

影响因子:7.08

发表时间:2022.2.1


有研究者发现蛋白激酶D1(PKD1)可以磷酸化催产素受体(OXTR)的Ser261位点,那么这一磷酸化过程有什么功能呢?


OXTR S261A突变可以导致该位点不能被PKD1磷酸化,作者发现,OXTR S261A突变的大鼠会出现长时程社交记忆(间隔24小时后的社交再认实验)的缺陷,但社交行为以及短时程社交记忆(间隔30分钟)不受影响。


于是,作者在大鼠进行首次交互前的一小时,在双侧MeA(Medial amygdala)注射小分子肽干扰OXTR S261的磷酸化,发现大鼠的长时程社交记忆出现缺陷;而在社交再认前一小时注射小分子肽,则不影响大鼠的长时程社交记忆。以上结果说明OXTR磷酸化过程参与长时程社交记忆的巩固,而非长时程社交记忆的提取阶段。


为了进一步说明PKD1的作用,作者利用PKD1flox/flox小鼠特异性敲除MeA脑区神经元中的PKD1,发现在更短的时间窗内(正常小鼠社交记忆的留存时间短于大鼠)出现了长时程社交记忆的缺陷。


后续实验表明,PKD1通过磷酸化OXTR,促进其与Gq的耦联,这一信号通路又反过来磷酸化PKD1,使其稳定于激活态,进而又促进OXTR的磷酸化。综上,PKD1与OXTR存在正反馈的相互作用,这一过程可能通过促进蛋白合成,参与MeA脑区对长时程社交记忆的巩固。



Fig. 7. Model of the mechanism. Working model of the phosphorylation-dependent positive feedback loop of the OXTR and PKD1 and its effects on the MeA-mediated LTSM consolidation.


  • 王韵 Lab  IDG McGovern Institute for Brain Research at Peking University


  • 实验室主要从事神经系统细胞信号转导的研究。综合利用多学科手段,整合分子生物学、生物化学、遗传学、电生理学、形态学和行为学等方法,主要研究痛与痛觉调制的细胞信号转导通路:采用慢性病理性疼痛模型,研究痛觉传导通路中,外周和中枢神经发生的可塑性变化,并围绕细胞信号转导的核心分子——蛋白激酶,深入探讨慢性痛、痛相关负性情绪及痛记忆产生的特异的信号通路,以期发现新的镇痛靶点或镇痛药物,为解决临床镇痛问题提供新思路。


  • http://mgv.pku.edu.cn/yjdw/aszyxck/yxb/217282.htm

评语: 

本文的实验严谨地证明了OXTR S216的磷酸化对于大鼠长时程社交记忆的维持是不可或缺的,并且发现人类存在OXTR S216位点的单核苷酸多态性,这可能为解释人类社交能力的多态性提供新的角度。由于转基因工具大鼠的限制,文中敲除PKD1的相关实验是在PKD1flox/flox小鼠中进行。作者发现小鼠的长时程社交记忆维持的时间窗明显短于大鼠。我很好奇这种品系的差异是否与OXTR相关,比如其表达量、或者磷酸化水平的差异,但文中的讨论部分没有涉及这个问题。


关键词: 

Phosphorylation, OXTR, PKD1, LTSM (long term social memory)


文章链接: 

https://www.science.org/doi/10.1126/scisignal.abd0033?url_ver=Z39.882003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub%20%200pubmed


Abstract

Social memory enables one to recognize and distinguish specific individuals. It is fundamental to social behaviors that can be mediated by the oxytocin receptor (OXTR), such as forming relationships. We investigated the molecular regulation and function of OXTR in animal behavior involving social memory. We found that Ser261 in OXTR was phosphorylated by protein kinase D1 (PKD1). Neuronal Ca2+ signaling and behavior analyses revealed that rats expressing a mutated form of OXTR that cannot be phosphorylated at this residue (OXTR S261A) in the medial amygdala (MeA) exhibited impaired long-term social memory (LTSM). Blocking the phosphorylation of wild-type OXTR in the MeA using an interfering peptide in rats or through conditional knockout of Pkd1 in mice reduced

social memory retention, whereas expression of a phosphomimetic mutant of OXTR rescued it. In HEK293A cells, the PKD1-mediated phosphorylation of OXTR promoted its binding to Gq protein and, in turn, OXTR-mediated phosphorylation of PKD1, indicating a positive feedback loop. In addition, OXTR with a single-nucleotide polymorphism found in humans (rs200362197), which has a mutation in the conserved recognition region in the PKD1 phosphorylation site, showed impaired activation and signaling in vitro and in HEK293A cells similar to that of the S216A mutant. Our findings describe a phosphoregulatory loop for OXTR and its critical role in social behavior that might be further explored in associated disorders.



声明:脑医汇旗下神外资讯、神介资讯、脑医咨询、AiBrain所发表内容之知识产权为脑医汇及主办方、原作者等相关权利人所有。未经许可,禁止进行转载、摘编、复制、裁切、录制等。经许可授权使用,亦须注明来源。欢迎转发、分享


最新评论
发表你的评论
发表你的评论
来自于专栏
相关临床评分小工具