北京时间2022年9月21日，基础医学院鲁友明教授团队在国际学术期刊Neuron在线发表了题为“Molecularly Defined and Functionally Distinct Cholinergic Subnetworks”（胆碱能亚群神经网络的分子定义及功能区分）的研究论文。
基底前脑胆碱能神经元调控学习、记忆、注意和觉醒多种高级功能，在单细胞水平探索这些神经细胞的编码功能是脑科学前沿研究课题。近日，华中科技大学基础医学院鲁友明教授团队应用脑单细胞全基因组测序和编辑技术，发现了两种不同分子、结构、生理和功能的胆碱能神经细胞。
研究人员首先构建多种重组酶突变小鼠，结合遗传标记、成像和记录技术，发现了D28K阳性（D28K+）和阴性（D28K−）胆碱能神经细胞。D28K+胆碱能神经元呈现双极化形态，具有相对较低的放电频率和较高的动作电位触发阈值，而D28K−胆碱能神经元呈现多级形态，并伴有较高的放电频率。研究人员进一步对D28K+与D28K−胆碱能神经元进行顺行跨突触示踪，结合光遗传学及膜片钳记录，发现D28K+神经元释放乙酰胆碱和γ-氨基丁酸两种神经递质，支配腹侧海马兴奋性锥体细胞。D28K−神经元仅释放乙酰胆碱，投射至背侧齿状回颗粒细胞，形成两个不同结构和功能类型的胆碱能神经环路。
研究人员进一步分离D28K+和D28K−神经细胞，进行单细胞全基因组测序，结合CRISPR-Cas9单细胞基因编辑，发现kcnh1和cacna1h基因分别编码D28K+和D28K−细胞的生理和行为功能。应用功能获得型和缺失型突变研究，发现两种不同类型的胆碱能神经环路分别调控焦虑行为和空间记忆。这一研究成果为神经细胞功能分类研究提供了技术手段，为理解胆碱能神经功能调控机制提供了新的理论基础。
华中科技大学基础医学院李鑫焱副教授，博士研究生余鸿雁和张冰为共同第一作者。该研究受到了国家自然科学基金“记忆神经环路和分子机制”创新研究群体项目和武汉脑科学中心的支持。
