ニコチンへの出生前暴露は、自発的な相関波活動を阻害することで、シナプスネットワークの形成を混乱させる

Prenatal exposure to nicotine disrupts synaptic network formation by inhibiting spontaneous correlated wave activity.

• Yoko Momose-Sato
• Katsushige Sato

抄録

中枢神経系の広い領域に伝播する相関性のある自発的な活動は、胚発生の特定の時期に発現する。私たちは以前、電圧感受性色素を用いた光イメージング技術を用いて、脱分極波と呼ばれるこの波のような活動がシナプスネットワーク形成の初期過程に基本的に関与していることを実証しました。その結果、脱分極波を媒介する神経伝達物質を遮断するビキュクリン/ストリキニンやツボクラリンを投与すると、脳幹の感覚核におけるシナプスの機能発現が有意に低下することを見出しました。この結果は、特にニコチン性アセチルコリン受容体のアンタゴニストである-ツボキュラリンについては、母体喫煙に伴う出生前のニコチン曝露が、相関波を阻害して神経回路形成の発達に影響を与えることを示唆していた。本研究では、我々は、相関活動にニコチンの効果を検討し、迷走神経感覚経路に沿って機能的なシナプス発現上のニコチンの慢性的な作用を評価することによって、この仮説をテストしました。ニワトリ胚の行動と準備を使用して電気記録の観察は、ニコチンのアプリケーションは、一過性に胚性運動と波に関連付けられている電気バーストを増加させたが、その後、薬剤の支配的な作用が波を抑制することであったことを示唆している、これらの活動を阻害したことを示した。電圧感受性色素を用いた光イメージングは、ニコチンへの慢性的な暴露が著しく迷走神経の高次感覚核、傍神経核の機能的なシナプス発現を減少させたことを示した。この結果は、出生前のニコチン暴露は、相関する自然波活動を阻害することにより、神経回路の初期形成を混乱させることを示唆している。

Correlated spontaneous activity propagating over a wide region of the central nervous system is expressed during a specific period of embryonic development. We previously demonstrated using an optical imaging technique with a voltage-sensitive dye that this wave-like activity, which we referred to as the depolarization wave, is fundamentally involved in the early process of synaptic network formation. We found that the application of bicuculline/strychnine or tubocurarine, which blocked the neurotransmitters mediating the wave, significantly reduced functional synaptic expression in the brainstem sensory nucleus. This result, particularly for -tubocurarine, an antagonist of nicotinic acetylcholine receptors, suggested that prenatal nicotine exposure associated with maternal smoking affects the development of neural circuit formation by interfering with the correlated wave. In the present study, we tested this hypothesis by examining the effects of nicotine on the correlated activity and assessing the chronic action of nicotine on functional synaptic expression along the vagal sensory pathway. observations of chick embryo behavior and electrical recording using preparations showed that the application of nicotine transiently increased embryonic movements and electrical bursts associated with the wave, but subsequently inhibited these activities, suggesting that the dominant action of the drug was to inhibit the wave. Optical imaging with the voltage-sensitive dye showed that the chronic exposure to nicotine markedly reduced functional synaptic expression in the higher-order sensory nucleus of the vagus nerve, the parabrachial nucleus. The results suggest that prenatal nicotine exposure disrupts the initial formation of the neural circuitry by inhibiting correlated spontaneous wave activity.

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