大脑皮层发育早期锥体细胞间缝隙连接的通道关闭对青少年小鼠行为的影响

Cerebral cortex as the most advanced and complex part of the brain is closely related with the individual memory, cognitive, language, sports and others. Pyramidal cells are the largest number of neurons in the cerebral cortex, accounting for more than 80% of the total number of neurons. Early in development (postnatal day1-day5), pyramidal cells achieve interaction through gap junctions. Recent studies indicate that this gap junction channels have important implications for the formation of neuronal circuits in the cerebral cortex. However, gap junction influence on adolescent mice behavior is poorly understood. In this study, we intend to use retroviral Connexin26 and Connexin43 third paragraph of the transmembrane helix, a conserved Threonine mutation into Alanine, specifically closing the gap junction channels between the excitatory pyramidal cells while retaining their adhesion. Through the classic animal behavior experiments, we analyze adolescent mouse behavior change from emotional response, motor ability, learning and memory three aspects. Through our research, we hope to provide a more intuitive description for the pathogenesis of central nervous system disorders such as autism, mental retardation, attention deficit and hyperactivity disorder （ADHD） and others, and to provide new targets for the treatment of these diseases.

大脑皮层作为大脑中最为高级和复杂的部分，与个体的记忆、认知、语言、运动等方面密切相关。其中锥体细胞是大脑皮层中数量最多的神经元，占神经元总数的80%以上。在发育早期（出生后1-5天），锥体细胞间主要通过缝隙连接实现相互作用。近期研究表明这种缝隙连接的通道对大脑皮层内神经环路的形成有重要影响，然而缝隙连接对青少年小鼠行为的影响却知之甚少。在本研究中，我们拟采用逆转录病毒将Connexin26和Connexin43第三段跨膜螺旋区的一个保守苏氨酸突变成丙氨酸，特异性地将早期兴奋性锥体细胞间的缝隙连接通道关闭而保留它们的粘连作用。通过经典小动物行为实验，从情绪反应、运动能力和学习记忆能力三个方面分析青少年时期小鼠行为的变化。通过我们的研究，希望能为中枢神经系统发育障碍疾病，如自闭症、精神发育迟缓、多动症等的发病机理提供更直观的阐述，并为这些疾病的治疗提供新的靶点。

大脑是一个由大量神经元构成的网络，神经元之间通过突触形成一定的神经环路来发挥大脑的高级功能。大脑皮层是大脑中最为高级和复杂的部分，和个体的行为密切相关，如学习记忆、语言、意识、运动能力、情绪反应等等。。. 在大脑皮层发育早期的姐妹兴奋性神经元中，缝隙连接（主要由Cx26和Cx43构成）介导的电突触只存在很短的时间，它们在出生后一周内就会消失。这些电突触能调节后期化学突触的形成，而且有助于形成姐妹兴奋性神经元之间类似的功能。但是，对于兴奋性神经元内的缝隙连接在皮层发育过程中的作用还知之甚少。我们利用可诱导的Cre-loxP系统选择性地在小鼠早期特定阶段（从胚胎期E18.5天到出生后P2天内），将兴奋性神经元中的Cx26或Cx43敲除。在此基础上，检测单个兴奋性神经元和皮层网络发育以及青年时期对小鼠行为的影响。我们发现，敲除Cx26会导致兴奋性神经元树突复杂程度和树突棘密度降低，同时突触功能也会下降，还会降低皮层中活跃细胞数目和大规模同步化放电活动（包括GDP频率和参与细胞数目）。这些皮层异常对Cx26缺失的青年小鼠会产生记忆能力的影响，而在Cx43缺失小鼠的皮层却没有展示出这些变化，但是Cx43缺失的青年小鼠则存在着运动学习平衡能力的异常。以上结果表明，出生后短暂存在于兴奋性神经元中的缝隙连接在大脑皮层的发育过程中扮演着关键的角色，而且不同缝隙连接蛋白（Cx26和Cx43）可能起的作用并不相同。. 本项目系统地研究了大脑皮层发育早期锥体细胞间缝隙连接（Cx26/43）的缺失在不影响兴奋性神经元迁移的情况下，对于单个兴奋性神经元以及皮层网络发育有重要影响。首次揭示了兴奋性神经元中两种电突触蛋白Cx26和Cx43在皮层发育过程中所起的作用并不相同，揭示出电突触蛋白Cx26或Cx43缺失的青年小鼠在行为上分别有着不同的影响。