Ацетилхолин модулирует активность стриатума через три группы нейронов
Исследователи из Каролинского института изучили популяцию нейронов в стриатуме, экспрессирующих никотиновый рецептор к ацетилхолину. Оказалось, что эти нейроны – разные. Ученым удалось выделить три подтипа подтипа клеток с разными свойствами. Это объясняет комплексное влияние ацетилхолина на активность стриатума. Результаты проведенной работы опубликованы в Cell Reports.
Стриатум (полосатое тело) получает проекции от разных отделов мозга и выступает в качестве входной структуры для базальных ганглиев. Нервные контуры, включающие стриатум, управляют движением, а также обеспечивают поведение, связанное с вознаграждением, в частности — подкрепление при обучении.
Стриатум состоит в основном из ГАМК-эргических нейронов, среди которых находится небольшая популяция нейронов, продуцирующих ацетилхолин. Несмотря на скромное представительство, именно холинэргические нейроны модулируют работу стриатума. Мы уже знаем, что при болезни Паркинсона или болезни Гентингтона, связанных с двигательными нарушениями, наблюдается отклонение в активности холинэргических нервных клеток.
В новой работе шведские ученые изучили синаптические пути, обеспечивающие взаимодействие двух медиаторных систем – ацетилхолина и гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) – внутри стриатума. В частности, они изучили связывание ацетилхолина с никотиновым рецептором. Для этого была выбрана линия трансгенных мышей, у которых нейроны стриатума экспрессировали ген Chrna2. Этот ген кодирует α2-субъединцу никотинового рецептора.
Чтобы описать электрофизиологические свойства нейронов и их синапсов, применили метод регистрации ионных токов patch-clamp в сочетании с оптогенетической стимуляцией клеток.
Оказалось, что в отличие от гиппокампа или коры, нейроны стриатума, несущие никотиновые рецепторы, синтезируют белок парвальбумин, а не соматостатин. Эти нервные клетки получают возбуждающие проекции из первичной моторной коры. Внутри стриатума они образуют тормозные синапсы с другими нейронами, в том числе с экспрессирующими Chrna2.
Кроме того, популяция нейронов внутри стриатума в отличие от подобной популяции в гиппокампе, оказалась гетерогенной и состояла как минимум из 3 разных групп.
Первая, наиболее многочисленная, объединила нейроны, не чувствительные к прямому воздействию никотина. Для них было характерно формирование электрических синапсов друг с другом и мощные входы из коры.
Нейроны двух других групп морфологически отличались более слабым ветвлением дендритов, и получали меньше проекций из коры. Такие нейроны разряжались с иной частотой, чем нейроны первой группы. Но реакция на никотин была выражена ярче, что указывало на экспрессию функциональных никотиновых рецепторов.
По мнению ученых, разнообразные пути, через которые ацетилхолин оказывает эффект на стриатум, требуют более тщательного изучения. В особенности — роль обнаруженной популяции нейронов в функции и дисфункции структуры.
GABAergic interneurons expressing the α2 nicotinic receptor subunit are functionally integrated in the striatal microcircuit by Anna Tokarska et al. Cell Reports. Published May 2022.