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Nature子刊:一种丈量能量代谢调节环路的新象征——Brs3


丽江乐投letou生物报路:

蛙皮素 ,,,,,,又称为铃蟾肽 ,,,,,,韩蛙皮素 ,,,,,,是从蛙皮中分离的一种14个氨基酸的多肽 ,,,,,,钻研发现蛙皮素受体3(BRS3)作为一种G蛋白偶联受体 ,,,,,,能够调节能量稳态和心率。。。。 。。 。

来自美国NIH美国国度糖尿病、消化及肾脏疾病钻研所(NIDDK)的钻研人员颁发了题为“Brs3 neurons in the mouse dorsomedial hypothalamus regulate body temperature, energy expenditure, and heart rate, but not food intake”的文章 ,,,,,,发现背内侧下丘脑(DMHBrs3)中表白Brs3的神经元一旦忽然激活就会导致体温 ,,,,,,棕色脂肪组织温度 ,,,,,,能量亏损 ,,,,,,心率和血压的增长 ,,,,,,从而指出Brs3表白是一种丈量能量代谢调节环路的潜力象征。。。。 。。 。

这一钻研成就颁布在Nature Neuroscience杂志上 ,,,,,,由Marc Reitman等人辅导实现。。。。 。。 。

布景

BRS3是一种孤儿G蛋白偶联受体 ,,,,,,拥有优良的守旧性 ,,,,,,在特定的大脑区域上大量表白。。。。 。。 。这种受体地点的G蛋白偶联受体 A家族蕴含有神经介素B和胃泌素开释肽受体。。。。 。。 。哺乳动物BRS3不足已知的内源性高亲和力配体 ,,,,,,并且对蛙皮素拥有低亲和力 ,,,,,,蛙皮素在哺乳动物中尚未发现。。。。 。。 。

幼鼠靶向敲除Brs3会导致肥胖 ,,,,,,这其中涉及能量亏损削减 ,,,,,,食品摄入量增长 ,,,,,,静息Tb和静断想率降档寥。。。。 。。 。通常以为 ,,,,,,BRS3激昂剂能增长静息Tb ,,,,,,能量亏损 ,,,,,,心率和血压 ,,,,,,活性棕色脂肪组织(BAT) ,,,,,,削减食品摄入量 ,,,,,,目前关于Brs3神经元群体的地位和领导这种生理学的特定环路仍有待索求。。。。 。。 。

BRS3存在于脑核中 ,,,,,,大部门位于下丘脑钟祝。。。 。。 。表白Brs3与Tb ,,,,,,能量亏损和食品摄入的调节亲昵有关 ,,,,,,因而能够作为医治代谢性疾病沉要环路的潜力象征。。。。 。。 。

钻研了局

1.Brs3表白模式

为了钻研表白Brs3的细胞的职能 ,,,,,,钻研人员将他莫昔芬诱导Cre沉组酶基因靶标插入天然Brs3基因座中 ,,,,,,构建了Brs3-2A-CreERT2(Brs3-Cre)幼鼠(图1)。。。。 。。 。同时他们也选取了Cre依赖性tdTomato报路系(Ai14)使Brs3-Cre表白可视化。。。。 。。 。POA ,,,,,,PVH ,,,,,,DMH ,,,,,,纹状体结尾(BNST) ,,,,,,内侧后背杏仁核和表侧臂旁核的床核tdTomato +神经元的浓度最高(图1和表1)。。。。 。。 。而对照组 ,,,,,,没有他莫昔芬医治的则未观察到tdTomato颁发财。。。。 。。 。

原位杂交证明 ,,,,,,表白Brs3 mRNA的大无数神经元也表白tdTomato mRNA ,,,,,,反之亦然(图1)。。。。 。。 。tdTomato表白模式与之前报路的Brs3 mRNA和配体结合一致。。。。 。。 。由此钻研人员得出结论:Brs3-Cre幼鼠中的Cre表白忠诚地再现了内源性Brs3表白模式。。。。 。。 。

(图1)

Brs3定位于X染色体上 ,,,,,,Brs3Cre会产生X-inactivation ,,,,,,因而这项钻研所有后续钻研都使用雄性幼鼠。。。。 。。 。接下来钻研人员分析了携带Brs3Cre等位基因的幼鼠表型。。。。 。。 。下丘脑Brs3 mRNA表白降低41±3%(图2) ,,,,,,与同窝对拍照比 ,,,,,,Brs3-Cre幼鼠的体沉 ,,,,,,食品摄入 ,,,,,,脂肪量和体沉略有增长。。。。 。。 。这一表型批注Brs3Cre等位基因拥有降低的BRS3职能。。。。 。。 。然而 ,,,,,,Brs3-Cre幼鼠的确通过增长Tb和削减食品摄入来响应选择性BRS3激昂剂MK-5046(图2)。。。。 。。 。 总之 ,,,,,,这些数据批注Brs3Cre等位基因属于亚(效)等位基因 ,,,,,,而不是无效突变。。。。 。。 。

2.通过冷露出 ,,,,,,再喂食和瘦素医治激活Brs3神经元

钻研人员分析了Brs3神经元对影响能量稳态的过问措施的反映激活。。。。 。。 。了局显示冷露出刺激了dDMH-DHA ,,,,,,内侧视前区(MPA)和中位前区(MnPO)的Brs3神经元中的c-Fos表白 ,,,,,,但不影响PVH ,,,,,,腹侧DMH(vDMH)或PBN(图2)。。。。 。。 。图1A ,,,,,,b)。。。。 。。 。相反 ,,,,,,在PVH(PVHBrs3神经元)和PBN中的Brs3神经元中急剧增长的c-Fos表白后沉新进食 ,,,,,,但在dDMH-DHA ,,,,,,vDMH ,,,,,,MPA或MnPO中没有(图1)。。。。 。。 。因而 ,,,,,,通过冷露出和沉新进食激活Brs3神经元的分歧亚组。。。。 。。 。

Brs3 mRNA富含表白瘦素受体的神经元 ,,,,,,因而钻研人员分析了瘦素是否激活Brs3神经元。。。。 。。 。瘦素处置增长了MPA ,,,,,,MnPO ,,,,,,dDMH-DHA和vDMH中Brs3神经元中的STAT3磷酸化 ,,,,,,但不增长PVH或PBN(补充图3a ,,,,,,b) ,,,,,,批注这些神经元可能被瘦素激活 ,,,,,,可能是直接激活。。。。 。。 。

(图2)

3.DMHBrs3神经元的光遗传激活增长Tb ,,,,,,心率和血压

DMHBrs3神经元的光遗传激活能援手科学家们在不处置幼鼠的情况下钻研急剧的生理反映 ,,,,,,这尤其适合复合检测心率和血压。。。。 。。 。

钻研人员用AAV-Flex-ChR2-tdTomato(图4)和对照(AAV-DIO-mCherry)病毒转导DMHBrs3神经元 ,,,,,,在离体切片尝试中刺激DMHBrs3神经元中的通路视紫红质-2(ChR2)增长神经元放电(图7)。。。。 。。 。并且钻研人员对复苏幼鼠进行了五个周期的钻研 ,,,,,,其中蕴含20分钟的光刺激 ,,,,,,而后在激光关关的情况下60分钟(图4)。。。。 。。 。

了局显示光刺激引发Tb急剧强劲的增长 ,,,,,,没有对身段活动产生影响。。。。 。。 。在mCherry +对照幼鼠中未观察到对应变动。。。。 。。 。增长刺激频率产生Tb的剂量依赖性增长(补充图7)。。。。 。。 。钻研人员的尺度刺激使用1秒ON ,,,,,,3秒OFF和谈(20 Hz ,,,,,,10毫秒脉冲)。。。。 。。 。将光剂量加倍(1秒ON ,,,,,,1秒OFF)使Tb的初始增长率加倍(图7)。。。。 。。 。因而 ,,,,,,这一尺度刺激规划不是最大刺激。。。。 。。 。

导致Tb增长的重要效应机造是棕色脂肪组织的交感神经活化 ,,,,,,以及血管收缩和行为适应。。。。 。。 。为了钻研DMHBrs3光遗传激活对BAT热原的影响 ,,,,,,钻研人员使用了红表成像。。。。 。。 。在基线时 ,,,,,,TBAT为35.7±0.08℃ ,,,,,,腰椎温度(Tlumbar)为34.6±0.09℃。。。。 。。 。DMHBrs3神经元的光遗传学刺激使TBAT增长1.36±0.16℃(P = 6.8×10-5)和Tlumbar为1.24±0.15℃(P = 8.9×10-5;图4和图7)。。。。 。。 。TBAT最初比Tlumbar快1.90±0.18倍。。。。 。。 。这些了局批注BAT是Tb增长的驱动成分。。。。 。。 。


(图4)

4.DMHBrs3→RPa蹊径增长Tb并接管来自POA和其他核的输入

钻研人员利用AAV-DIO-synaptophysin-mCherry追踪了DMHBrs3神经元。。。。 。。 。他们发现DMHBrs3神经元投射到腹表侧导水管周围灰质(vlPAG) ,,,,,,伏隔核 ,,,,,,蓝斑和尾部但不是延髓头端腹表侧区。。。。 。。 。其他不太密集的受神经摆布的大脑区域蕴含BNST ,,,,,,丘脑的室旁核和弓状核(弧。。。 。。 。。。。 。。 。对RPa的DMH投射可刺激BAT ,,,,,,钻研人员通过用AAV-Flex-ChR2习染DMH细胞体 ,,,,,,并对RPa进行光刺激来测试DMHBrs3→RPa投射增长Tb的能力。。。。 。。 。

了局显示 ,,,,,,刺激DMHBrs3→RPa结尾使Tb增长0.43±0.12℃(P = 0.006) ,,,,,,对体力活动没有影响 ,,,,,,并且对mCherry对照中的Tb或活性没有影响(图5)。。。。 。。 。因而 ,,,,,,选择性激活DMHBrs3→RPa蹊径足以增长Tb ,,,,,,最有可能通过谷氨酸能预测。。。。 。。 。现实上 ,,,,,,DMHBrs3→RPa神经元很少表白Gad2(2.6±0.5%) ,,,,,,这是位于后弧的象征(尾至前囟-2.06 mm)。。。。 。。 。在髓质中 ,,,,,,钻研人员在孤束核和延髓头端腹表侧区中稀少的GFP神经元。。。。 。。 。为了评估从视前区到DMHBrs3→RPa神经元的神经递质输入 ,,,,,,钻研人员进行了ChR2辅助电路映射。。。。 。。 。他们用AAV-ChR2-EYFP转染POA神经元 ,,,,,,并使用注射在RPa中的HSV-lsl-mCherry鉴别DMHBrs3→RPa神经元。。。。 。。 。自此 ,,,,,,钻研人员发现纪录的大无数DMHBrs3→RPa神经元接受来自POA的GABA能和谷氨酸能输入(图7)。。。。 。。 。这批注DMHBrs3→RPa电路受到POA的动态调控。。。。 。。 。

(图7)

结论

遗传和药理尝试证了然BRS3在节造Tb ,,,,,,能量亏损 ,,,,,,食品摄入和心率方面的作用。。。。 。。 。钻研人员分析了其中起作用的神经元 ,,,,,,了局发现DMHBrs3神经元调节Tb ,,,,,,能量支出和心率 ,,,,,,同时不影响食品摄入或身段活动。。。。 。。 。更具体地说 ,,,,,,DMHBrs3神经元通过DMHBrs3→RPa蹊径双向节造Tb ,,,,,,蕴含对BAT的作用。。。。 。。 。相反 ,,,,,,PVHBrs3神经元节造食品摄入 ,,,,,,不影响Tb ,,,,,,能量亏损或身段活动。。。。 。。 。

这些了局指出了Brs3敲除幼鼠表型的机造基础。。。。 。。 。DMHBrs3神经元失去BRS3能够有助于削减静息Tb ,,,,,,能量亏损和心率。。。。 。。 。PVHBrs3神经元中BRS3的缺失可推进食品摄入量的增长。。。。 。。 。总之 ,,,,,,这些机造有助于诠释全球泛滥的肥胖问题。。。。 。。 。

只管这个模型很单一 ,,,,,,但必要把稳的是遗传Brs3消融仅解除一种受体 ,,,,,,而光遗传学和化学操作操作探测表白该受体的神经元的个性。。。。 。。 。目前的钻研并没有解决BRS3在神经元中的作用。。。。 。。 。

其他方面也可能有助于调节Tb ,,,,,,能量亏损 ,,,,,,心率和食品摄入量。。。。 。。 。例如 ,,,,,,钻研人员观察到PBNBrs3神经元在再喂食期间被激活 ,,,,,,这可能批注其在调节食品摄入或信号营养状态中的作用。。。。 。。 。类似地 ,,,,,,冷环境激活MPABrs3和MnPOBrs3神经元批注这些类型都有助于调节产热。。。。 。。 。

钻研数据批注DMHBrs3→RPa神经元受GABA能和谷氨酸能视前神经元的调节。。。。 。。 。这还必要进一步的钻研来确定哪些POA神经元为DMHBrs3→RPa神经元提供抑造和兴奋性输入。。。。 。。 。总之 ,,,,,,这些钻研已经确定了两个拥有单独职能的Brs3种群:PVHBrs3神经元能够在不影响Tb的情况下不变地调节食品摄入。。。。 。。 。DMHBrs3神经元调节Tb ,,,,,,能量亏损 ,,,,,,BAT活动 ,,,,,,心率和血压 ,,,,,,对食品摄入或身段活动没有影响。。。。 。。 。这些数据批注存在专门用于产热的DMHBrs3→RPa群体。。。。 。。 。Brs3也能够作为一种神经元象征 ,,,,,,用于解剖节造能量稳态的神经回路。。。。 。。 。

原文标题:

Brs3 neurons in the mouse dorsomedial hypothalamus regulate body temperature, energy expenditure, and heart rate, but not food intake

https://www.nature.com/articles/s41593-018-0249-3

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