遺傳和藥理學操作表明，對于正常的2型多巴胺受體(D2R) 調節(jié)而言，ISR信號在CIN中是必需的。抑制ISR可以逆轉CIN發(fā)射的D2R調節(jié)信號，并誘發(fā)多巴胺釋放并改變技能學習。這項研究在CIN中發(fā)現(xiàn)了ISR激活的非經(jīng)典穩(wěn)態(tài)模式，并揭示了ISR在學習中的神經(jīng)調節(jié)作用,該研究于2021年4月23日發(fā)表于學術期刊《Science》。
文章來源：《science》：Volume 372 Issue 6540
影響因子(IF)：41.845文章名稱：Cholinergic neurons constitutively engage the ISR for dopamine modulation and skill learning in mice.
作者：Ashley R. Helseth.(美國杜克大學Nicole Calakos課題組)
背景介紹
整合應激反應(integrated stress response, ISR) 是一個高度保守的生化途徑，一旦被激活，就會明顯改變蛋白的合成。它在蛋白穩(wěn)態(tài)、突觸可塑性、學習和記憶中的作用使其成為治療系統(tǒng)性疾病和大腦疾病的一個有吸引力的靶點。臨床前研究已顯示，小分子ISR抑制劑能夠增強某些形式的學習和記憶，這進一步突出了其轉化潛力。盡管越來越多強有力的證據(jù)表明ISR是不同行為模式中可塑性、學習和記憶的有效調節(jié)因子，但是ISR參與的細胞活動部位和時間過程卻沒有被很好地理解。
基本原理
為了更好地理解ISR在大腦中的作用，研究人員開發(fā)了一種ISR激活狀態(tài)雙色報告器——SPOTlight，并將其通過病毒載體傳送到具有細胞分辨率的全腦成像。SPOTlight是基于ISR激活狀態(tài)將單個轉錄本中的綠色或紅色熒光蛋白進行差異翻譯而設計的。首先通過免疫組化分析確定報告讀數(shù)與已知的ISR操作相符。通過免疫組化分析驗證了紋狀體膽堿能中間神經(jīng)元(CINs) 中較高的ISR穩(wěn)態(tài)激活的SPOTlight信號。為了了解在CINs中驅動ISR激活的因素，他們通過化學遺傳學手段抑制了CIN的活性，并評估了ISR狀態(tài)。然后，將選擇性的藥物操縱和遺傳操縱與對CIN的電生理學記錄相結合，以便建立ISR狀態(tài)影響CIN生理學的機制。用熒光多巴胺報告顯像檢測CIN中的 ISR狀態(tài)對急性腦切片中誘發(fā)紋狀體多巴胺瞬態(tài)的回路水平影響。此外，他們還采用任務訓練法來測量CIN中ISR活動的行為影響。
紋狀體膽堿能中間神經(jīng)元中的ISR
藥物ISR激活劑和抑制劑在體內釋放時，不同程度的改變spotlight編碼熒光蛋白的水平，并與小鼠大腦中ISR激活的免疫組化標記物相對應。正如預期的那樣，在正常的成熟小鼠大腦中，SPOTlight只顯示了少量的ISR激活的細胞。出乎意料的是，作者還發(fā)現(xiàn)了一類顯示出群體范圍內的ISR激活的神經(jīng)元：緊張性放電的紋狀體CINs。對CIN放電的化學遺傳學抑制降低了ISR的活化作用，表明這是一種活性依賴的成分。CINs在ISR的參與中也與眾不同，在對其他具有緊張性放電特性的細胞類型的SPOTlight調查中并沒有顯示出類似的較高和群體的ISR參與度。在CIN中，抑制ISR的操作是通過降低小電導鈣激活鉀通道電流的機制使得正常的2型多巴胺受體(D2R) 反應發(fā)生逆轉，從延緩CIN放電切換到增加CIN放電。CINs中細胞自主的ISR抑制也反轉了D2R對誘發(fā)紋狀體多巴胺的調節(jié)，并通過增加兩個學習任務的運動速度來改變技能學習。
研究結論
作者的研究明確了ISR在大腦神經(jīng)調節(jié)中的獨特作用，擴展了人們對ISR如何影響學習和記憶的理解。作者發(fā)現(xiàn)紋狀體膽堿能中間神經(jīng)元(CIN) 的穩(wěn)態(tài)ISR激活決定了它們對多巴胺能調控的反應，形成了回路水平的多巴胺釋放，并調節(jié)了學習技能的表現(xiàn)。在這種情況下，ISR激活依賴于神經(jīng)元活動，并影響CIN細胞的興奮性。隨著抑制ISR藥物走向臨床，作者的研究結果突出了一個未被重視的機制，即它們對習得行為的影響。鑒于膽堿能神經(jīng)調節(jié)和多巴胺能神經(jīng)調節(jié)在這一過程中的重要性，這些研究結果還促使人們進一步研究ISR在各種形式的突觸可塑性中的作用部位。最后，SPOTlight提供了一個工具，用于探索ISR在不同狀態(tài)下，包括發(fā)育、學習相關和疾病狀態(tài)下被激活的時間和位置。
（感謝《science》提供素材！侵刪！）
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