探索Cajal-Retzius细胞电活动在皮层发育过程中的功能作用

Cajal–Retzius (CR) cells are among the earliest generated neurons and are thought to play a key role in the corticogenesis. They secret reelin which is a stop signal for migrating neurons to establish the correct cortical lamination. Cajal-Retzius cells also involve in the spontaneous activity in the layer I by releasing glutamate and form connections with pyramidal cells via chemical synapses and/or gap junctions to modulate the activities of neural circuits. The mechanism which underlies such modulation is largely unknown. Dysfunctional Cajal-Retzius cells involve in many diseases include cyclencephaly, polymicrogyriaand epilepsy-linked cortical architectural dysplasia. We plan to combine dual-patch recording, multi-photon imaging and pharmacological methods to investigate the role of synaptic activities of Cajal-Retzius cells in the formation of functional circuits during the early development of neocortex.

Cajal-Retzius （CR）细胞是皮层发育过程中最早出现的细胞之一，它对于皮层发育具有重要意义。它不仅通过分泌reelin帮助神经元定位，促使皮层形成正确的功能结构，还通过神经电活动调节发育过程中其他神经元的活动性，辅助神经功能环路的成熟，但这种电活动的调节机制尚不清楚。功能失常的CR细胞会造成包括并脑畸形，多小脑回以及癫痫在内的多种神经系统疾病。我们计划通过结合双膜片钳记录，多光子成像技术以及药理学的方法来探索CR细胞通过电活动，调节皮层神经环路形成的机制，以及这种机制与reelin信号通路的联系。

Cajal-Retzius （CR）细胞是哺乳动物大脑皮层中最早存在的一批神经元，它们在大脑皮层的发育过程中对于新皮层的发育和分层形成起着至关重要的作用。然而，在出生后神经系统的发育过程中，有关CR细胞形态、生理特性、电活动性及其在环路形成中的作用研究还不够完善。我们选取Ebf2-EGFP小鼠来研究CR细胞的发育变化过程。这种小鼠可以使用EGFP特异性标记大部分的CR细胞，帮助研究者通过荧光信号来识别在大脑皮层新皮层里的CR细胞。通过膜片钳以及细胞注射等手段，我们发现了CR细胞的形态复杂度，细胞膜活动性以及突触输入强度等都从出生后（p0）开始逐步上升，并在出生后第五天到第九天之间达到峰值，之后开始衰退，这一峰值过程与新皮层神经环路中化学突触大量形成的时间相吻合，提示了CR细胞在大脑皮层新皮层的发育中起到了重要的调控作用。我们进一步通过三维重构CR细胞的形态，发现了CR细胞具有规则的平行分层结构的轴突分布，提示了CR细胞存在特异性的突触后神经元。使用CTB逆向神经示踪，我们观察到CR细胞可能的突触前输入神经元群体，并通过场电位刺激研究了CR细胞的突触前输入强度随发育进行的变化，发现同样存在着连接强度先增强后减弱的两段式趋势。目前，Reelin信号缺失对于CR细胞自身的影响尚无系统研究，我们通过将现有的两种工具鼠Ebf2-EGFP以及Reelin敲除小鼠进行杂交和繁育，得到了能在Reelin缺失情况下精确定位CR细胞的新型工具鼠。通过同样的电生理和形态研究，发现了在Reelin缺失的情况下，CR细胞的细胞膜特性未受明显影响，而CR细胞的轴突分布变的扁平，突触前输入显著降低。以上结果揭示了新皮层内的CR细胞会经历一个较快的成熟期并且之后走向凋亡，而Reelin的缺失会导致CR细胞的突触连接受损。CR细胞的形态，细胞膜电活动以及突触输入等特性随皮层发育的特征变化，提示了CR细胞所组成的细胞网络有能力为早期大脑皮层内微环路的形成提供了指导，并且这一过程是依赖Reelin的。