NG2胶质细胞对海马区神经环路调控的机制研究

NG2 glial cells (NG2 cells), also known as oligodendrocyte precursor cells, represent a major pool of progenitors able to generate myelinating oligodendrocytes during the early development of the brain. In the adult mammalians, NG2 cells constitute a distinct large population of macroglials. NG2 cells have been reported to receive functional glutamatergic and GABAergic synapses mediating fast synaptic transmission in hippocampus. However, it remains largely unknown whether and how NG2 cells actively regulate neuronal excitability, synaptic functions and plasticity, as well as their physiological relevance, rather than just passively follow neuronal activities. We are utilizing a combination of techniques, including optogenetics, AAV virus injection in different genetic mouse models, electrophysiological methods and molecular cell biology techniques to investigate the NG2 glial cell-neuron interactions and their effects on the excitability, synaptic function and plasticity of different types of hippocampal neurons, which is known for the learning and memory. This study will explore how NG2 cells regulate the neuronal network and provide new insights into understanding how NG2 cells function in the brain.

NG2胶质细胞，又称少突胶质前体细胞（OPC），发育期为形成神经髓鞘的少突胶质细胞提供细胞来源，成熟脑内则成为稳定存在的一类特异性胶质细胞群体。NG2细胞在大脑中能同时接受来自谷氨酸能和γ-氨基丁酸能神经元的突触支配，然而，这些突触联系的生理功能并不清楚。尤其值得关注的是，NG2细胞如何主动调节各类神经元的兴奋性、突触功能可塑性以及如何参与神经网络活动的调控目前尚未见报道。本项目将借助多种转基因小鼠模型，结合光遗传学、分子生物学、电生理学、组织形态学、整体动物行为学等多种研究手段，通过在体特异性激活NG2细胞，研究NG2细胞如何在大脑内主动调节各类神经元功能和神经网络活动及其机制和意义。

NG2胶质细胞，又称少突胶质前体细胞（OPC），是20世纪80年代末被新证实的一类胶质细胞群体。NG2胶质细胞在发育期主要为形成神经髓鞘的少突胶质细胞提供细胞来源，并在成熟的大脑内依然稳定存在和广泛分布。NG2胶质细胞表达丰富的离子通道和膜受体，但目前很多生理功能并不清楚。尤其值得关注的是，NG2胶质细胞在大脑中能同时接受来自谷氨酸能和γ-氨基丁酸能神经元的突触支配，但对于NG2胶质细胞是否能主动支配及调控神经元的兴奋性、突触功能以及如何参与神经网络活动的调控目前尚未见报道。本项目借助多种转基因小鼠模型，结合单细胞基因测序技术、光遗传学、分子生物学、电生理学、组织形态学、 动物疾病模型等多种研究手段，对NG2胶质如何调控海马区神经元的功能主要开展了两方面的研究，并取得了以下重要发现：1）通过对NG2胶质细胞单细胞基因测序，发现其特异表达一类内向整流钾离子通道亚型Kir4.1，并证实Kir4.1在小鼠发育早期对神经元轴突髓鞘的形成发挥了重要作用，以及在缺血性脑卒中小鼠疾病模型中，Kir4.1通道功能的缺损可能是引起神经元髓鞘丢失的关键因素，为脑缺血的临床治疗提供了一条新的思路和策略。2）通过对海马区NG2胶质细胞进行光遗传学激活使其产生兴奋性效应，发现NG2胶质可以特异性地与中间抑制性神经元产生突触联系，并通过自身释放的递质GABA对中间神经元的突触后活动产生调控，进而影响海马区神经网络的的平衡和稳态。