一种新型可诱导沉寂特定神经回路的小鼠模型的鉴定和应用

Understanding the mechanism underlying higher brain functions is one of most challenging topics, and this is also essential for understanding human themselves. Neurons are the basic functional unit of nervous system and neuronal circuits are responsible for the formation of higher brain functions. A ideal experimental method, which can be used to alter activity of selective neuronal circuits in a ineducable way in free moving behaving animals, has long been proposed. Recently, this kind of new approaches, for example opticogenetics, have been developed, but there are many limitations. In this project, we employed ivermectin receptor (IVMR) to generate a new mouse model, which is powerful in silencing any interested and specific groups of neurons in free moving mouse. We have generated this mouse line, and will do detailed characterization. Meanwhile, we also aimed to explore the contribution of the hippocampus in the formation of contextual fear memory, and the involvement of hippocampal circuits in abnormal maintenance of the contextual fear memory in central serotonin-deficient mice by using the Rsoa26-IVMR mice generated in this project. This mouse line will be a powerful tool for dissecting the neuronal mechanism underlying complex animal behaviors, and promote related studies in our country.

解析高级脑功能的发生及其异常的机理是最具挑战性科学问题之一，也是人类了解自身的需要。神经元是神经系统的基本功能单位，神经环路负责形成高级脑功能。在清醒自由活动动物，以可诱导的方式改变特定神经元及其环路的兴奋性，评估动物的行为学改变可能是了解高级脑功能形成机理的一个理想实验方法。以光遗传学技术为代表的一些新研究方法适应了这一需求，但存在一些明显不足。本课题利用利维菌素受体（IVMR)，力图制备出一种便捷高效和可广泛应用的小鼠模型，用于在清醒动物选择性沉寂目标神经环路研究。相关小鼠的制备工作已经完成，本课题将对其使用的最适宜条件和可能的不足进行研究。此外，拟利用制备的Rosa26-IVMR小鼠，对海马在状场景恐惧记忆形成中的作用，以及脑内缺乏5羟色胺小鼠场景恐惧记忆不消退的海马环路机制进行研究。该小鼠模型的建立将为解析复杂动物行为产生的神经学机理提供帮助，促进国内相关研究的发展。

本项目进展顺利，圆满完成预定计划。发表研究论文11篇，其中Cell Rep 2篇，Nat Commu 1篇，受Frontiers in Cellular Neuroscience杂志邀请撰写综述1篇。博后出站2名，培养博士毕业生5名，硕士研究生5名。.一、.本课题研究内容之一是解析脑内5-HT环路对脑功能的影响，尤其是在抑郁性行为和恐惧记忆中的作用。发现降低小鼠脑内5-HT神经元的活动及其5-HT水平可改变动物的行为，小鼠出现抑郁样行为下降但恐惧记忆增强。海马内新生神经元数量增加可能是异常行为的神经学基础（Sci Rep，2016；Stem Cell Res，2017；Front Cell Neurosci，2017）。.二、.在改变神经元及其环路活动研究中，还研究了两侧海马间的环路在恐惧记忆泛化中的作用。在恐惧记忆形成中单侧海马正常工作即可完成，但恐惧记忆的泛化需要两侧海马同时参与并依赖于两侧海马间的直接信息交流（Nat Commun, 2017）。.三、.脑发育及其相关疾病是我们长期的研究方向。发现ULK4作为精神分裂症等的风险基因的神经学功能，其中皮层神经元迁移中具有重要作用（Sci Rep，2016）。此外，发现DCC和Dab1通过细胞内功能域的直接结合调节皮层细胞的放射状迁移（Cell Rep，2018）。还发现了RNF220在神经管神经干细胞模式化形成中的关键作用及其机制（Cell Rep，2019）， 以及早期皮层模式化形成中Satb2是确保压后皮质领地范围的一个决定性基因(Cell Death & Differentiation, 2019)。.四、.项目制备的药物降低神经元活动的小鼠系已经提供内多个实验室中使用。