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2022 年 9 月 21日,，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院魯友明教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Neuron在線發(fā)表了題為“Molecularly Defined and Functionally Distinct Cholinergic Subnetworks”（膽堿能亞群神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分子定義及功能區(qū)分）的研究論文。

基底前腦膽堿能神經(jīng)元調(diào)控學(xué)習(xí),、記憶,、注意和覺(jué)醒多種高級(jí)功能，在單細(xì)胞水平探索這些神經(jīng)細(xì)胞的編碼功能是腦科學(xué)前沿研究課題,。近日,，華中科技大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院魯友明教授團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用腦單細(xì)胞全基因組測(cè)序和編輯技術(shù),，發(fā)現(xiàn)了兩種不同分子,、結(jié)構(gòu),、生理和功能的膽堿能神經(jīng)細(xì)胞。

研究人員首先構(gòu)建多種重組酶突變小鼠,，結(jié)合遺傳標(biāo)記,、成像和記錄技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了 D28K 陽(yáng)性（D28K⁺）和陰性（D28K^?）膽堿能神經(jīng)細(xì)胞,。D28K⁺膽堿能神經(jīng)元呈現(xiàn)雙極化形態(tài),，具有相對(duì)較低的放電頻率和較高的動(dòng)作電位觸發(fā)閾值，而D28K^?膽堿能神經(jīng)元呈現(xiàn)多級(jí)形態(tài),，并伴有較高的放電頻率,。研究人員進(jìn)一步對(duì) D28K⁺與 D28K^?膽堿能神經(jīng)元進(jìn)行順行跨突觸示蹤，結(jié)合光遺傳學(xué)及膜片鉗記錄,，發(fā)現(xiàn) D28K⁺神經(jīng)元釋放乙酰膽堿和γ-氨基丁酸兩種神經(jīng)遞質(zhì),，支配腹側(cè)海馬興奮性錐體細(xì)胞。D28K^?神經(jīng)元僅釋放乙酰膽堿,，投射至背側(cè)齒狀回顆粒細(xì)胞,，形成兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)和功能類型的膽堿能神經(jīng)環(huán)路。

研究人員進(jìn)一步分離 D28K⁺和D28K^?神經(jīng)細(xì)胞,，進(jìn)行單細(xì)胞全基因組測(cè)序,，結(jié)合 CRISPR-Cas9 單細(xì)胞基因編輯，發(fā)現(xiàn)kcnh1和 cacna1h基因分別編碼 D28K⁺和 D28K^?細(xì)胞的生理和行為功能,。應(yīng)用功能獲得型和缺失型突變研究,，發(fā)現(xiàn)兩種不同類型的膽堿能神經(jīng)環(huán)路分別調(diào)控焦慮行為和空間記憶。這一研究成果為神經(jīng)細(xì)胞功能分類研究提供了技術(shù)手段,，為理解膽堿能神經(jīng)功能調(diào)控機(jī)制提供了新的理論基礎(chǔ),。

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院李鑫焱副教授，博士研究生余鴻雁和張冰為共同第一作者,。該研究受到了國(guó)家自然科學(xué)基金“記憶神經(jīng)環(huán)路和分子機(jī)制”創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目和武漢腦科學(xué)中心的支持,。