광유전학적 및 약리학적 개입은 하이포크레틴 뉴런을 생쥐의 충동성과 연결합니다

May 22, 2023

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 74(2023) 이 기사 인용

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오렉신(orexin)으로도 알려진 신경펩타이드 하이포크레틴(Hypocretin)을 발현하는 측면 시상하부의 뉴런은 각성 안정성의 중요한 조절자로 알려져 있습니다. 그러나 주의 및 의사 결정과 같은 각성 구성의 다양한 구성 요소에서 이들의 역할은 제대로 이해되지 않았습니다. 여기서 우리는 생쥐의 Go/NoGo 작업에서 정지 행동 충동 동안 Hypocretin 신경 회로 역학을 연구합니다. 우리는 Hypocretin 신경 활동이 보상 기대와 상관 관계가 있음을 보여줍니다. 그런 다음 Go/NoGo 작업에서 광유전학을 사용하여 Hypocretin 신경 활동의 인과적 역할을 평가했습니다. 우리는 큐 기간 동안 Hypocretin 뉴런의 자극이 조기 반응의 수를 극적으로 증가시킨다는 것을 보여줍니다. 이러한 효과는 암페타민에 의해 모방되고 노르에피네프린 흡수 억제제인 ​​아토목세틴에 의해 감소되며 하이포크레틴 수용체 1 선택적 길항제에 의해 차단됩니다. 우리는 Hypocretin 뉴런이 깨어 있는 동안 두드러진 자극을 통합하여 보람 있고 혐오적인 신호에 적절하고 시기적절한 반응을 생성하는 데 중요한 역할을 한다고 결론을 내립니다.

오렉신으로도 알려진 하이포크레틴(Hcrts)은 동일한 전구체에서 파생된 두 개의 신경펩티드입니다1,2. Hcrt 펩타이드를 생성하는 뉴런은 시상하부 측면 영역으로 제한되지만 그 투영은 뇌 전체에 걸쳐 광범위하게 확장됩니다3. 이전 연구에서는 Hcrt 시스템의 무결성이 각성 안정성에 필수적이라는 것을 보여주었습니다. 개, 생쥐 및 인간의 Hcrt 뉴런 손실은 탈력발작을 동반한 기면증을 유발합니다. 이러한 안정성은 국소 시상하부 연결뿐만 아니라 해마, 중격 및 편도체로부터의 구심성 변수의 여러 변수를 통합함으로써 발휘되는 것으로 생각됩니다4.

각성 상태 전환에서 입증된 역할 외에도 여러 증거에서 히포크레틴/오렉신 시스템이 뇌 보상 처리의 중요한 중계로 자리 잡았습니다5,6. 우리와 다른 사람들은 Hcrt R 적대감이 보상을 추구하려는 동기를 감소시키고 코카인 추구의 스트레스 회복을 차단한다는 것을 보여주었습니다8,9. 이 효과는 HcrtR1 신호 전달을 통해 Hcrt 방출10,11,12에 의해 유발된 도파민 흥분성의 장기간 지속되는 증가로 인한 것 같습니다.

종종 사전 고려나 결과에 대한 고려가 없는 행동으로 정의되는 충동성은 중독 및 양극성 장애를 포함한 수많은 정신 질환의 필수 특징입니다15,16. 각성 및 중독의 중요한 공통 특징은 적절한 목표 지향적 결정을 내리기 위해 두드러진 신호를 통합하는 것입니다. 우리는 이전에 Hcrt 뉴런의 활동이 양성 및 음성 원자가 자극에 대한 노출과 상관 관계가 있음을 보여주었습니다. 그러나 이러한 자극에 의해 유발된 Hcrt 활동이 의사 결정에 영향을 미치는지 여부는 알려져 있지 않습니다. 여기서 우리는 확립된 Go/NoGo 작업 중에 약리학 및 광유전학을 사용하여 Hcrt 시스템을 변조하여 의사 결정 및 행동 충동에서 Hcrt 활동의 역할을 연구했습니다.

우리는 Go/NoGo 작업에서 Hcrt 뉴런의 활동을 모니터링하기 위해 섬유 측광을 사용했습니다. 우리는 Go/NoGo 작업에서 최대 70%의 정확도로 Hcrt-IRES-cre knockin 생쥐를 훈련시켰고, GCamp6f를 인코딩하는 바이러스 벡터를 주입하고 측면 시상하부에 광섬유를 이식했습니다(보충 그림 3). 우리는 Go/NoGo 작업 전반에 걸쳐 Hcrt 신경 활동을 기록하고 작업 단계(Precue, Go 및 NoGo 큐, 보상, ITI) 간 전환 중에 오프라인으로 신호 변화를 분석했습니다. 그림 1A와 D에서 볼 수 있듯이, 칼슘 반응은 프리큐에서 큐 기간으로의 전환에서 증가하는 경향이 있었으며, 특히 Go 큐에 올바르게 반응한 동물의 경우(Time x Transition Interaction F(1,4) = 2.69, p = 0.10) ). Correct Go 추적은 Precue와 크게 달랐습니다(그림 1D, p = 0.03). 이 신호는 NoGo Cue 기간 동안 관찰된 낮은 수준의 활동과 대조됩니다(그림 1B). 잘못된 반응을 보인 동물은 큐 노출 시 칼슘 신호에 중간 정도의 차이가 있었지만 두드러진 자극에 대한 반응과 일치했습니다. 칼슘 신호는 Go Cue 기간 동안 점진적으로 증가했으며 보상 전달과 동시에 최고 수준에 도달했습니다(그림 1B)(시간 F(1,4) = 9.27, p = 0.04). 대조적으로, Hcrt 뉴런의 칼슘 활성 프로파일은 NoGo 큐 동안 낮게 유지되었지만, 코 찌르기 직후 최고점을 나타냈습니다. 보상에서 시험 종료까지의 시험 간 간격 기간으로의 전환도 활동의 정점을 나타냈지만(그림 1C, F)(시간 F(1,4) = 7.88, p = 0.048), 둘 다 맞습니다. Go 그룹과 NoGo 그룹은 비슷한 반응을 보였습니다(Time x Transition F(1,4) = 0.007, p = 0.94). 야생형 (Hcrt-IRES- cre -) 마우스에서는 형광 신호가 검출되지 않았습니다 (보충 그림 1).