Fos 앙상블은 해마에서 안정적인 공간 지도를 인코딩하고 형성합니다.

May 19, 2024

Nature 609권, 327~334페이지(2022)이 기사 인용

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측정항목 세부정보

해마에서 공간 지도는 장소 세포에 의해 형성되는 반면, 맥락 기억은 엔그램으로 인코딩되는 것으로 생각됩니다1,2,3,4,5,6. 엔그램은 일반적으로 초기 유전자 Fos의 발현으로 식별되지만 행동하는 동물에서 Fos 발현을 유도하고 형성하는 신경 활동 패턴에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다7,8,9,10. 따라서 Fos를 발현하는 해마 뉴런이 공간 지도를 인코딩하는지 여부와 Fos 발현이 장소 코드의 특정 특징과 상관 관계가 있고 영향을 미치는지 여부는 불분명합니다. 여기서 우리는 가상 현실에서 해마 의존 공간 학습 작업을 수행하는 쥐의 Fos 유도를 모니터링하면서 칼슘 이미징으로 CA1 뉴런의 활동을 측정했습니다. 우리는 높은 Fos 유도를 갖는 뉴런이 상관 관계가 높은 세포의 앙상블을 형성하고, 환경을 균등하게 타일링하고 근처의 Fos 유도되지 않은 세포보다 며칠 동안 더 안정적인 튜닝을 갖는 신뢰할 수 있는 장소 필드를 나타냄을 발견했습니다. 희소 유전적 기능 상실 접근법을 사용하여 Fos 기능이 있는 인접 세포와 없는 인접 세포를 비교하면 Fos 기능이 손상된 뉴런의 활동 신뢰성이 떨어지고 공간 선택성이 감소하며 하루 동안의 안정성이 낮다는 것을 알 수 있습니다. 우리의 결과는 Fos에 의해 유도된 세포가 정확하고 안정적이며 공간적으로 균일한 지도를 인코딩하여 해마 장소 코드에 기여하고 Fos 자체가 이러한 장소 코드를 형성하는 데 인과적인 역할을 한다는 것을 보여줍니다. 따라서 Fos 앙상블은 해마 기능의 두 가지 주요 측면, 즉 맥락적 기억을 위한 엔그램과 인지 지도의 기초가 되는 장소 코드를 연결할 수 있습니다.

해마에는 기억을 암호화하고 검색하는 데 중요한 역할을 하는 엔그램 세포가 포함되어 있습니다4,12. 엔그램 세포는 일반적으로 기억을 인코딩하는 동안 활동 유도 전사 인자인 Fos13의 발현으로 식별되며7, 이들의 동기 활성화는 강력한 기억 회상을 촉발할 수 있습니다8,14. Fos 표현에 의해 정의된 뉴런이 예를 들어 특정 환경과 혐오 결과 사이의 지속적인 연관성을 형성하는 데 사용할 수 있는 맥락에 대한 정보를 전달한다는 증거가 늘어나고 있습니다. 또한 해마에는 환경의 공간 지도를 인코딩하는 장소 셀이 포함되어 있으며 공간 기억과 탐색을 지원하는 것으로 생각됩니다2,3,15,16.

해마 기억에서 엔그램 뉴런과 장소 세포의 역할에도 불구하고 이들 세포 사이의 관계에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 그 이유 중 하나는 Fos 발현을 행동 중 이전 신경 활동 패턴과 연관시키는 것이 어렵기 때문입니다5,11,17,18,19,20 , 21 그리고 해마 Fos 발현 뉴런은 장소 세포를 연구하는 데 사용되는 일반적인 공간 학습 패러다임에서 광범위하게 특성화되지 않았기 때문입니다. 따라서 우리는 공간 기억 작업을 수행하는 생쥐의 해마에서 Fos 발현을 유도하는 신경 활동 패턴을 명확히하고자했습니다.

신경 활동과 Fos 사이의 관계가 양방향이라는 점은 주목할 만합니다. 일단 유도되면 Fos는 행동 관련 뉴런의 마커 역할을 하는 것 외에도 세포, 시냅스 및 회로 변형을 제어하는 유전자 발현 프로그램의 중요한 조절자 역할을 하여 네트워크 활동을 미세 조정합니다. 그러나 엔그램 이론과 인지 지도 이론 모두 시냅스 가소성이 해마 기억을 안정화하기 위해 발생한다는 것을 나타내지만25,26 기억 형성, 강화, 인출 메커니즘에 대한 더 깊은 이해를 위한 Fos의 기능을 조사한 연구는 거의 없습니다.

이 목표를 위해 우리는 최근 Fos가 해마 CA1 영역에서 세포 유형별 억제 가소성을 조율하고 Fos 기능이 Morris 물 미로에서 해마 의존 공간 학습에 필요하다는 것을 입증했습니다. 이러한 결과는 장소 세포 발화에 대한 억제의 알려진 영향과 공간 학습에서 장소 세포의 역할 가능성을 고려할 때 Fos가 장소 코드를 조절할 수 있음을 시사합니다. 그러나 Fos가 실제로 공간 탐색 중에 장소 세포 기능의 측면을 조절하는 데 적극적인 역할을 하는지 여부는 아직 결정되지 않았습니다.