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マウスにおける包囲感覚ニューロンの興奮性の機能と分子レベルでの解析
Functional and Molecular Analysis of Proprioceptive Sensory Neuron Excitability in Mice.
PMID: 32477061 PMCID: PMC7232575. DOI: 10.3389/fnmol.2020.00036.
抄録
後根神経節（DRG）に位置するニューロンは、プロプリオ知覚、触覚、温度、侵害感覚などの末梢感覚を脊髄に伝達し、これらの信号を高次脳構造に伝達するために重要な役割を果たしている。これまでのところ、モダリティ特異的なDRGニューロンの同定が困難であるため、特定の個体群を詳細に研究する能力が限られていた。カルシウム結合タンパク質であるパルバルブミン（PV）は、プロプリオセプティブDRG細胞の神経化学的マーカーであるため、我々は、PV陽性DRGに緑色蛍光タンパク質（GFP）を発現するトランスジェニックマウス系統を用いて、プロプリオセプティブニューロンの機能と分子特性を研究した。免疫標識されたDRGは、GFP陽性（GFP+）細胞とPV陽性細胞の間に100％のオーバーラップを示し、PVeGFPマウスがPVニューロンを正確に標識していることを確認した。分離されたGFP+とGFP陰性（GFP-）ニューロンからの標的パッチクランプ記録では、両群の受動的な膜特性は類似していたが、能動的な特性は著しく異なっていた。すべてのGFP+ニューロンは持続的な電流注入に応答して単一のスパイクを発射し、その活動電位（AP）は立ち上がり時間が速く、閾値が低く、半値幅が短かった。過分極化活性化電流（I）はすべてのGFP+ニューロンで観察されたが、GFP-集団ではほとんど認められなかった（100％ vs. 11％）。GFP+ニューロンでは、Iの活性化率は著しく変化しており、電流の速度論に関与する超分極活性化環状ヌクレオチドチャネル（HCN）サブユニットの発現に違いがあることが示唆された。さらに、定量的ポリメラーゼ連鎖反応（qPCR）により、HCNサブユニット2、1、4のmRNA（この順）はGFP+ニューロンでより多く発現し、HCN3はGFP-ニューロンでより高発現していることが示された。同様に、免疫標識により、GFP+ニューロンではHCN 1, 2, 4タンパク質の発現が確認された。以上のことから、GFP+細胞とGFP-細胞の特定の機能特性は著しく異なっており、両群間でモダリティ特異的なシグナル伝達が行われていることが示唆された。しかしながら、GFP+ DRG集団は、超分極化活性化環状核酸チャネル（HCNチャネル）の特性やサブユニット発現を考慮すると、内部的にかなりの不均一性を示している。この不均一性は、腱器官、筋紡錘体、メカノレセプターなどの異なる末梢受容体の存在を反映していると考えられる。
Neurons located in dorsal root ganglia (DRG) are crucial for transmitting peripheral sensations such as proprioception, touch, temperature, and nociception to the spinal cord before propagating these signals to higher brain structures. To date, difficulty in identifying modality-specific DRG neurons has limited our ability to study specific populations in detail. As the calcium-binding protein parvalbumin (PV) is a neurochemical marker for proprioceptive DRG cells we used a transgenic mouse line expressing green fluorescent protein (GFP) in PV positive DRGs, to study the functional and molecular properties of putative proprioceptive neurons. Immunolabeled DRGs showed a 100% overlap between GFP positive (GFP+) and PV positive cells, confirming the PVeGFP mouse accurately labeled PV neurons. Targeted patch-clamp recording from isolated GFP+ and GFP negative (GFP-) neurons showed the passive membrane properties of the two groups were similar, however, their active properties differed markedly. All GFP+ neurons fired a single spike in response to sustained current injection and their action potentials (APs) had faster rise times, lower thresholds and shorter half widths. A hyperpolarization-activated current (I) was observed in all GFP+ neurons but was infrequently noted in the GFP- population (100% vs. 11%). For GFP+ neurons, I activation rates varied markedly, suggesting differences in the underlying hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channel (HCN) subunit expression responsible for the current kinetics. Furthermore, quantitative polymerase chain reaction (qPCR) showed the HCN subunits 2, 1, and 4 mRNA (in that order) was more abundant in GFP+ neurons, while HCN 3 was more highly expressed in GFP- neurons. Likewise, immunolabeling confirmed HCN 1, 2, and 4 protein expression in GFP+ neurons. In summary, certain functional properties of GFP+ and GFP- cells differ markedly, providing evidence for modality-specific signaling between the two groups. However, the GFP+ DRG population demonstrates considerable internal heterogeneity when hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channel (HCN channel) properties and subunit expression are considered. We propose this heterogeneity reflects the existence of different peripheral receptors such as tendon organs, muscle spindles or mechanoreceptors in the putative proprioceptive neuron population.
Copyright © 2020 Madden, Davies, Boyle, Iredale, Browne, Callister, Smith, Jobling, Hughes and Graham.