DOI: https://doi.org/10.1002/cne.70195
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42667297
تاريخ النشر: 2026-08-29
المؤلف: Daniela Hacker وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث علوم الأعصاب وعلم الأدوية العصبية
نظرة عامة
تبحث الدراسة في البنية التشريحية المشبكية للشوكات الجسدية في الحاجز الجانبي، وهو هيكل تحت قشري مرتبط بذاكرة القرابة. باستخدام مجموعة من تقنيات التصوير غير المتحيزة، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الناقل وصبغة غولجي، جنبًا إلى جنب مع طرق زراعة جديدة لثقافات شرائح الحاجز المفصولة والعضوية، تصف الدراسة الشكل، والبنية الفوقية، والتركيب الجزيئي لهذه الشوكات عبر مراحل تطورية مختلفة. تكشف النتائج أنه بينما تكون الشوكات الجسدية أصغر من الشوكات الشجرية، إلا أنها تمتلك ميزات فريدة مثل وجود العضيات الإفرازية مثل الفاغوفورات والإندوسومات، على الرغم من أنها عادةً ما تفتقر إلى جهاز الشوكة والريبوسومات.
تؤكد الدراسة وجود الشوكات الجسدية المثيرة في الحاجز الجانبي التي تتطور بشكل مستقل عن المدخلات الخارجية. على الرغم من طبيعتها المثيرة، إلا أن هذه الشوكات تكون عمومًا سلبية بالنسبة لمعظم علامات المشبك المثيرة ولكنها تظهر جدولًا زمنيًا تطوريًا مشابهًا لذلك الخاص بالشوكات الشجرية. تسلط الأبحاث الضوء على أهمية الشوكات الجسدية في الحاجز الجانبي وتقترح أن المنهجيات المعتمدة والتوصيفات الجزيئية توفر أساسًا قويًا للتحقيقات المستقبلية في دورها في ذاكرة القرابة ومناطق الدماغ الأخرى حيث توجد خلايا عصبية شوكية جسدية.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على تعقيد أنواع خلايا الأعصاب وخصائص المشابك داخل الدماغ، مع التأكيد على التقدم الذي تم إحرازه من خلال فرز المشابك المعتمد على الفلورسنت الخاص بنوع الخلية (FASS). بينما يسهل FASS التحليل عالي الإنتاجية للمشابك، إلا أنه يفتقر إلى القدرة على تقديم رؤى حول الموقع تحت الخلوي. يتم تصنيف شكل الشوكات المشبكية، وهو أمر حاسم للمرونة المشبكية، إلى أنواع مختلفة، بما في ذلك الشوكات الفطرية، القصيرة، الرقيقة، والشبيهة بالشوكات الخيطية. من الجدير بالذكر أن مشابك الشوكات الجسدية، التي تعتبر نادرة، قد تم تحديدها في خلايا الأعصاب GABAergic الشائكة داخل الحاجز الجانبي، وهو منطقة غنية بخلايا الأعصاب GABAergic.
على الرغم من الملاحظات السابقة بشأن هوية وترابط خلايا الأعصاب الشوكية الجسدية، إلا أن توصيفًا منهجيًا لا يزال غائبًا. يُقترح أن هذه الخلايا العصبية تتلقى مدخلات مثيرة من مصادر متنوعة، بما في ذلك الحصين، وتلعب دورًا في ذاكرة القرابة، كما يتضح من الدراسات السلوكية على الجرذان. قد تكون استقرار ذكريات القرابة، التي تقاوم الشيخوخة واضطرابات استرجاع الذاكرة، مرتبطة بالسلامة الهيكلية لمشابك الشوكات، وغالبًا ما ترتبط بعض العضيات المتخصصة مثل جهاز الشوكة. تهدف الورقة إلى تقديم منهجيات جديدة للتحقيق في تطوير وتركيب الشوكات الجسدية في الحاجز الجانبي، مع معالجة الفجوة المعرفية المحيطة بهذه الخلايا العصبية في بيئة غنية بـ GABAergic.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم إعداد ثقافات خلايا الأعصاب الحاجزية المفصولة من الجرذان Wistar في اليوم صفر بعد الولادة (P0). شمل عملية العزل قطع رأس الجرذان والحصول على شرائح كورونالية من الدماغ، مع استهداف مناطق الحاجز بشكل خاص. تم إجراء جميع الإجراءات باستخدام محلول ملحي متوازن من هانك (HBSS) بارد للحفاظ على صلاحية الأنسجة. بعد جمع أنسجة الحاجز، تم إخضاعها لسلسلة من الغسلات والهضم الإنزيمي باستخدام محلول 0.25% تريبسين/EDTA عند 37 درجة مئوية. بعد الهضم، تم طحن الخلايا، وتصفيتها، وعدها قبل أن يتم زراعتها بكثافات تتراوح من 40,000 إلى 80,000 خلية/مل في وسط كامل مُسخن مسبقًا يتكون من وسط دالبوكو المعدل (DMEM) معزز بمصل جنين البقر (FBS)، والبنسلين/ستربتوميسين، والجلوتامين.
بعد ذلك، تم استبدال الوسط بوسط دماغ فيز معزز بـ SM1 وغلوتامين إضافي بعد ساعة واحدة من الحضانة عند 37 درجة مئوية و5% CO2. لتخفيف تغييرات الأسمولية بسبب تبخر الوسط، تم تنفيذ بروتوكول صيانة حيث تم إزالة 10% من الوسط واستبداله بـ 20% وسط جديد بعد أسبوع. ضمنت هذه الطريقة المنهجية ظروفًا مثالية لنمو وصيانة ثقافات خلايا الأعصاب الحاجزية.
النتائج
في هذه الدراسة، تم تصور خلايا الأعصاب الشوكية الجسدية في الحاجز الجانبي للجرذان البالغة باستخدام صبغة غولجي-كوكس، مما يؤكد وجود الشوكات الجسدية، التي تتميز بشكلها القصير. كررت الأبحاث النتائج السابقة وكشفت أن هذه الشوكات الجسدية موزعة على نطاق واسع في الحاجز الجانبي. تم استخدام المجهر الإلكتروني الناقل عالي الدقة (TEM) للتحقيق في البنية الفوقية لهذه الشوكات، مما يؤكد أنها تمتلك كثافة ما بعد المشبك (PSD) وليست مجرد خيوط غير ناضجة. أظهر التحليل أن 68% من الشوكات الجسدية كانت قصيرة، بينما أظهرت 45% من الشوكات الشجرية هذا الشكل، مما يدل على اختلاف هيكلي مميز بين النوعين.
على الرغم من الاختلافات الشكلية، وُجد أن الشوكات الجسدية أصغر من الشوكات الشجرية، بمتوسط طول 0.5 ميكرومتر مقارنة بـ 0.75 ميكرومتر للشوكات الشجرية. بالإضافة إلى ذلك، كانت عدد الحويصلات المشبكية (SVs) المرتبطة بالشوكات الجسدية أقل (18 SVs لكل زر) مقارنة بالشوكات الشجرية (23 SVs لكل زر). من المثير للاهتمام أن 90% من الشوكات الجسدية وجميع الشوكات الشجرية تم تصنيفها على أنها مثيرة، على الرغم من هيمنة الخلايا العصبية المثبطة في الحاجز. علاوة على ذلك، احتوت 60% من الشوكات الجسدية على عضيات متنوعة، مما يشير إلى دوران غشائي مرتفع، بينما احتوت 50% من الشوكات الشجرية أيضًا على عضيات. تسلط هذه الدراسة الضوء على الخصائص الهيكلية والوظيفية الفريدة للشوكات الجسدية في الحاجز الجانبي، والتي قد تؤثر على مرونتها المشبكية ووظيفة الخلايا العصبية بشكل عام.
المناقشة
في هذه الدراسة، يستقصي المؤلفون وجود وخصائص الشوكات الجسدية في الحاجز الجانبي للجرذان بعد الولادة، باستخدام منهجيات متنوعة بما في ذلك ثقافات الشرائح العضوية والتخطيط الكهربائي الميداني. يؤكدون أن الشوكات الجسدية يمكن أن تتطور بشكل مستقل عن مدخلات الحصيني، كما يتضح من وجودها في الثقافات المفصولة حيث أظهرت 51% من خلايا الأعصاب الحاجزية وجود الشوكات الجسدية. في الشرائح العضوية، وُجد أن نسبة خلايا الأعصاب الشوكية الجسدية كانت 26%، مع زيادة ملحوظة في عدد الشوكات الجسدية لكل خلية عصبية خلال التطور، من حوالي 2 في اليوم في المختبر (DIV) 10 إلى حوالي 9 في DIV 29.
تقوم الدراسة أيضًا بتوصيف التركيب الجزيئي لهذه الشوكات الجسدية، كاشفة أنه على الرغم من أنها مثيرة بشكل أساسي، إلا أنها تظهر انتشارًا أقل للعلامات المشبكية الكلاسيكية مقارنة بالشوكات الشجرية. على وجه التحديد، كانت 24% فقط من الشوكات الجسدية إيجابية لعلامة ما قبل المشبك باسون، و35% لـ PSD95، مما يشير إلى احتمال عدم نضوج تركيبها المشبكي. تشير النتائج إلى أن الشوكات الجسدية، على الرغم من كونها أصغر من الشوكات الشجرية، تحتوي في كثير من الأحيان على عضيات غشائية، مما يشير إلى أدوار فسيولوجية مميزة. بشكل عام، توفر هذه الأبحاث فهمًا أساسيًا للشوكات الجسدية في خلايا الأعصاب الحاجزية، مما يمهد الطريق للتحقيقات المستقبلية في أهميتها الوظيفية والأدوار المحتملة في المرونة المشبكية.
DOI: https://doi.org/10.1002/cne.70195
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42667297
Publication Date: 2026-08-29
Author(s): Daniela Hacker et al.
Primary Topic: Neuroscience and Neuropharmacology Research
Overview
The research investigates the synaptic architecture of somatic spines in the lateral septum, a subcortical structure associated with kinship memory. Utilizing a combination of unbiased imaging techniques, including transmission electron microscopy and Golgi staining, alongside novel culturing methods for dissociated and organotypic septal slice cultures, the study characterizes the morphology, ultrastructure, and molecular composition of these spines across various developmental stages. The findings reveal that while somatic spines are smaller than dendritic spines, they possess unique features such as the presence of secretory organelles like phagophores and endosomes, although they typically lack a spine apparatus and ribosomes.
The study confirms the existence of excitatory somatic spines in the lateral septum that develop independently of extraseptal inputs. Despite their excitatory nature, these spines are generally negative for most excitatory synaptic markers but exhibit a developmental timeline similar to that of dendritic spines. The research highlights the significance of somatic spines in the lateral septum and suggests that the established methodologies and molecular characterizations provide a robust foundation for future investigations into their role in kinship memory and other brain regions where somatospiny neurons are present.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the complexity of neuronal cell types and synapse characteristics within the brain, emphasizing the advancements made through cell type-specific Fluorescence Activated Synaptosome Sorting (FASS). While FASS facilitates high-throughput analysis of synapses, it lacks the capability to provide insights into subcellular localization. The morphology of synaptic spines, which is crucial for synaptic plasticity, is categorized into various types, including mushroom, stubby, thin, and filopodia-like spines. Notably, somatic spine synapses, which are rare, have been identified in spiny GABAergic neurons within the lateral septum, a region rich in GABAergic neurons.
Despite previous observations regarding the identity and connectivity of somatospiny neurons, a systematic characterization remains absent. These neurons are suggested to receive excitatory inputs from various sources, including the hippocampus, and play a role in kinship memory, as evidenced by behavioral studies in rats. The stability of kinship memories, which are resistant to aging and memory retrieval disorders, may be linked to the structural integrity of spine synapses, often associated with specialized organelles like the spine apparatus. The paper aims to introduce novel methodologies to investigate the development and molecular composition of somatic spines in the lateral septum, addressing the knowledge gap surrounding these neurons in a predominantly GABAergic environment.
Methods
In this study, dissociated septal neuron cultures were prepared from postnatal day zero (P0) Wistar rats. The isolation process involved decapitating the rats and obtaining coronal slices of the brain, specifically targeting the septal regions. All procedures were conducted using ice-cold Hank’s Balanced Salt Solution (HBSS) to maintain tissue viability. Following the collection of septal tissues, they were subjected to a series of washes and enzymatic digestion using a 0.25% Trypsin/EDTA solution at 37°C. After digestion, the cells were triturated, filtered, and counted before being plated at densities ranging from 40,000 to 80,000 cells/ml in a prewarmed complete medium consisting of Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium (DMEM) supplemented with fetal bovine serum (FBS), penicillin/streptomycin, and glutamine.
Subsequently, the medium was replaced with Brain Phys medium supplemented with SM1 and additional glutamine after one hour of incubation at 37°C and 5% CO2. To mitigate osmolarity changes due to medium evaporation, a maintenance protocol was implemented where 10% of the medium was removed and replaced with 20% fresh medium after one week. This methodical approach ensured optimal conditions for the growth and maintenance of the septal neuron cultures.
Results
In this study, somatospiny neurons in the lateral septum of adult rats were visualized using Golgi-Cox staining, confirming the presence of somatic spines, which are characterized by their stubby morphology. The research replicated earlier findings and revealed that these somatic spines are distributed widely throughout the lateral septum. High-resolution transmission electron microscopy (TEM) was employed to investigate the ultrastructure of these spines, confirming that they possess a postsynaptic density (PSD) and are not merely immature filopodia. The analysis showed that 68% of somatic spines were stubby, while 45% of dendritic spines exhibited this morphology, indicating a distinct structural difference between the two types.
Despite the morphological differences, somatic spines were found to be smaller than dendritic spines, averaging 0.5 µm in length compared to 0.75 µm for dendritic spines. Additionally, fewer synaptic vesicles (SVs) were associated with somatic spines (18 SVs per bouton) compared to dendritic spines (23 SVs per bouton). Interestingly, 90% of somatic spines and all dendritic spines were classified as excitatory, despite the predominance of inhibitory neurons in the septum. Furthermore, 60% of somatic spines contained various organelles, suggesting a high membrane turnover, while 50% of dendritic spines also contained organelles. This study highlights the unique structural and functional characteristics of somatic spines in the lateral septum, which may influence their synaptic plasticity and overall neuronal function.
Discussion
In this study, the authors investigate the existence and characteristics of somatic spines in the lateral septum of postnatal rats, employing various methodologies including organotypic slice cultures and field electroporation. They confirm that somatic spines can develop independently of hippocampal input, as evidenced by their presence in dissociated cultures where 51% of septal neurons exhibited somatic spines. In organotypic slices, the proportion of somatospiny neurons was found to be 26%, with a notable increase in the number of somatic spines per neuron during development, from approximately 2 at day in vitro (DIV) 10 to about 9 at DIV 29.
The study further characterizes the molecular composition of these somatic spines, revealing that while they are primarily excitatory, they show a lower prevalence of classical synaptic markers compared to dendritic spines. Specifically, only 24% of somatic spines were positive for the presynaptic marker bassoon, and 35% for PSD95, indicating a potential immaturity in their synaptic composition. The findings suggest that somatic spines, although smaller than dendritic spines, frequently contain membranous organelles, hinting at distinct physiological roles. Overall, this research provides a foundational understanding of somatic spines in septal neurons, paving the way for future investigations into their functional significance and potential roles in synaptic plasticity.