DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07317-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38632412
تاريخ النشر: 2024-04-17
المؤلف: Zeynep Okur وآخرون
الموضوع الرئيسي: آليات تكوين الأعصاب والمرونة العصبية
نقاش
في هذه الدراسة، يحقق المؤلفون في دور إشارة بروتينات تشكيل العظام (BMP) في تنظيم نشاط الشبكات العصبية داخل القشرة الجديدة للفئران البالغة. يظهرون أن زيادة النشاط العصبي تؤدي إلى زيادة مستوى BMP2 في الخلايا العصبية الجلوتاماتية، مما ينشط لاحقًا جينات هدف BMP في الخلايا العصبية الداخلية من نوع بارفالبومين (PV) عبر عامل النسخ SMAD1. على وجه التحديد، أدى التحفيز الكيميائي للخلايا العصبية الداخلية من نوع PV إلى زيادة كبيرة في تعبير جينات هدف BMP، بما في ذلك Id1 و Id3، مما يشير إلى أن إشارة BMP تستجيب للنشاط العصبي. أظهر استخدام تقرير حساس لـ BMP أن هذه المسار الإشاري يتم تنشيطه بشكل انتقائي في الخلايا العصبية الداخلية من نوع PV، مما يبرز دوره في تعديل المدخلات المشبكية والحفاظ على توازن الإثارة-التثبيط في الدوائر القشرية.
علاوة على ذلك، يوضح المؤلفون الآثار السفلية لإشارة BMP-SMAD1 على البروتينات المشبكية وعصبونات الخلايا الداخلية من نوع PV. وجدوا أن تحفيز BMP2 ينشط SMAD1/5، مما يؤدي إلى التنظيم النسخي للجينات المرتبطة بالمشابك الجلوتاماتية ومكونات المصفوفة خارج الخلوية. أدى الإزالة المشروطة لـ Smad1 في الخلايا العصبية الداخلية من نوع PV إلى تقليل كثافة المشابك وتغيير القابلية للإثارة، مما أدى في النهاية إلى تعطيل توازن الإثارة-التثبيط وظهور فرط النشاط والسكتات في الفئران المعدلة وراثيًا. تشير هذه النتائج إلى أن إشارة BMP-SMAD1 ضرورية للتعصيب الوظيفي للخلايا العصبية الداخلية من نوع PV واستقرار نشاط الشبكة القشرية، مع آثار محتملة لفهم الاضطرابات النمائية العصبية التي تتميز بعدم التوازن بين الإثارة والتثبيط.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07317-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38632412
Publication Date: 2024-04-17
Author(s): Zeynep Okur et al.
Primary Topic: Neurogenesis and neuroplasticity mechanisms
Discussion
In this study, the authors investigate the role of bone morphogenetic protein (BMP) signaling in the regulation of neuronal network activity within the neocortex of adult mice. They demonstrate that increased neuronal activity leads to the upregulation of BMP2 in glutamatergic neurons, which subsequently activates BMP target genes in parvalbumin (PV) interneurons via the transcription factor SMAD1. Specifically, chemogenetic stimulation of PV interneurons resulted in a significant increase in BMP target gene expression, including Id1 and Id3, indicating that BMP signaling is responsive to neuronal activity. The use of a BMP-responsive reporter revealed that this signaling pathway is selectively activated in PV interneurons, highlighting its role in modulating synaptic inputs and maintaining excitation-inhibition balance in cortical circuits.
Furthermore, the authors elucidate the downstream effects of BMP-SMAD1 signaling on synaptic proteins and the innervation of PV interneurons. They found that BMP2 stimulation activates SMAD1/5, leading to the transcriptional regulation of genes associated with glutamatergic synapses and extracellular matrix components. Conditional knockout of Smad1 in PV interneurons resulted in reduced synaptic density and altered excitability, ultimately disrupting the excitation-inhibition balance and leading to behavioral hyperactivity and seizures in the knockout mice. These findings suggest that BMP-SMAD1 signaling is crucial for the functional innervation of PV interneurons and the stability of cortical network activity, with potential implications for understanding neurodevelopmental disorders characterized by excitation-inhibition imbalances.