ウナギの呼吸リズム発生を支える神経回路網の調節における5-HT受容体の重要な役割

Key role of 5-HT receptors in the modulation of the neuronal network underlying the respiratory rhythm generation in lampreys.

• Elenia Cinelli
• Donatella Mutolo
• Ludovica Iovino
• Tito Pantaleo
• Fulvia Bongianni

抄録

哺乳類では、5-HTの興奮性呼吸作用は、5-HT受容体を介したベッツィンガー複合体前神経細胞の抑制作用を示唆している。ウナギでは、5-HT受容体は運動の神経制御に関与しているが、呼吸制御、特に呼吸リズム発生器と考えられる傍三叉神経呼吸群（pTRG）のレベルでの役割は明らかにされていない。本研究では、ウナギ成魚の脳幹にあるpTRG内の抑制性5-HT受容体の呼吸機能を調べた。その結果、5-HT受容体アゴニストをpTRGに浴用またはマイクロインジェクションしても、有意な効果は得られなかった。しかし、選択的な5-HT受容体アンタゴニスト(S)-WAY 100135をpTRGに浴用またはマイクロインジェクションすると、呼吸抑制作用や無呼吸を誘発することが明らかになった。ストリキニーネまたはビクリンを単独または併用してpTRGにマイクロ注射すると、(S)-WAY 100135誘発性無呼吸が抑制された。さらに、免疫組織化学的研究は、5-HT受容体がpTRG領域内に位置するグリシン免疫反応性細胞のソーマに近接して広く発現していることを示唆する今回の知見を裏付けるものであった。その結果、ウナギの呼吸ネットワークにおいて、5-HTはGABA作動性とグリシン作動性の両方のメカニズムを強力に抑制することで、呼吸に強壮的な影響を与えていることが明らかになった。観察された抑制効果は、哺乳類に存在するグリシン作動性および／またはGABA作動性のニューロンを5-HT受容体が介在する抑制によって発揮される興奮性呼吸調節と類似しており、呼吸リズムの生成を司るニューロンネットワークのいくつかの特徴は、系統を通して高度に保存されているという考えを支持するものである。

In mammals, 5-HTexcitatory respiratory effects imply 5-HT receptor-mediated disinhibition of pre-Bötzinger complex neurons. In the lamprey, 5-HT receptors are involved in the neural control of locomotion, but their role in the respiratory regulation, particularly at the level of the putative respiratory rhythm generator, the paratrigeminal respiratory group (pTRG), is not known. We here investigate the respiratory function of inhibitory 5-HT receptors within the pTRG of the isolated brainstem of the adult lamprey. The 5-HT receptor agonists either bath applied or microinjected into the pTRG did not cause significant effects. However, the selective 5-HT receptor antagonist (S)-WAY 100135 bath applied or microinjected into the pTRG induced depressing respiratory effects or even apnoea, thus revealing that 5-HT exerts a 5-HT receptor-mediated potent tonic influence on respiration and contributes to maintain baseline levels of respiratory activity. Microinjections of strychnine or bicuculline, either alone or in combination, into the pTRG prevented (S)-WAY 100135-induced apnoea. In addition, immunohistochemical studies corroborate the present findings suggesting that 5-HT receptors are widely expressed in close apposition to the soma of glycine-immunoreactive cells located within the pTRG region. The results show that in the lamprey respiratory network, 5-HT exerts a tonic influence on respiration by a potent inhibitory control on both GABAergic and glycinergic mechanisms. The observed disinhibitory effects resemble the excitatory respiratory modulation exerted by 5-HT receptor-mediated inhibition of glycinergic and/or GABAergic neurons present in mammals, supporting the notion that some features of the neuronal network subserving respiratory rhythm generation are highly conserved throughout phylogeny.

© 2020 Federation of European Neuroscience Societies and John Wiley & Sons Ltd.