《iScience》:Mouse predation is dependent on a population of POU6F2-positive retinal ganglion cells
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视网膜神经节细胞(retinal ganglion cells, RGCs)亚型对视觉引导行为的贡献仍是一个活跃的研究领域。研究人员识别出表达POU6F2的RGCs,这些细胞是ON-OFF方向选择性RGCs,且易受青光眼损伤。在Pou6f2敲除(Pou6f2<
视网膜神经节细胞(retinal ganglion cells, RGCs)亚型对视觉引导行为的贡献仍是一个活跃的研究领域。研究人员识别出表达POU6F2的RGCs,这些细胞是ON-OFF方向选择性RGCs,且易受青光眼损伤。在Pou6f2敲除(Pou6f2?/?)小鼠中,RGCs数量减少12%,这些丢失的细胞正是表达POU6F2的RGCs。在功能上,Pou6f2?/?小鼠表现出显著的对比敏感度缺陷。在本研究中,研究人员证明Pou6f2?/?小鼠执行依赖双眼视觉的捕食测试的能力显著下降。野生型小鼠能迅速发现并捕获蟋蟀,而Pou6f2?/?小鼠完成任务所需时间显著延长。视神经 crush(optic nerve crush, ONC)后,野生型小鼠捕获蟋蟀的时间延长,而Pou6f2?/?小鼠没有进一步损伤。这些数据表明POU6F2阳性RGCs对于这种双眼驱动的行为至关重要。
小鼠是天生的捕食者,视觉在其捕食行为中起主导作用。小鼠双眼位于头部两侧,形成约40°宽的双眼视野,提供深度感知和空间精度,对于成功捕获猎物至关重要。视网膜神经节细胞(retinal ganglion cells, RGCs)是视网膜输出神经元,小鼠视网膜包含46种RGC亚型,不同亚型对视觉引导行为的贡献尚不完全清楚。POU6F2是一种POU域转录因子,全基因组关联研究显示其与青光眼、近视和阅读障碍相关。研究人员先前发现POU6F2标记特定的RGC亚群,其中重标记细胞为RBPMS阳性、BRN3A阴性,对应于ON-OFF方向选择性RGCs(ooDSGCs),且这些细胞在青光眼模型中易受损。在Pou6f2敲除小鼠中,约12%的总RGCs丢失,且这些小鼠表现出视觉 acuity 和对比敏感度缺陷。基于这些发现,研究人员假设POU6F2阳性RGCs的丢失会影响其他视觉引导行为,特别是依赖双眼视觉的捕食行为。
本研究使用Pou6f2敲除小鼠(Pou6f2
?/?)与野生型同窝小鼠(Pou6f2
+/+),通过免疫组织化学染色确认RGC亚型丢失,通过视运动反应(optomotor response, OMR)测试评估视觉 acuity 和对比敏感度,通过开放场地蟋蟀捕食测试评估捕食行为,并对部分小鼠进行单眼视神经 crush(optic nerve crush, ONC)以破坏双眼视觉,进一步探究POU6F2阳性RGCs在捕食中的作用。研究发表于《iScience》。
主要技术方法包括:1)视网膜铺片免疫荧光染色,使用RBPMS(全RGC标记)和BRN3A(特定RGC亚群标记)抗体,结合深度学习工具RGCode进行全视网膜细胞自动计数;2)OMR系统(OptoMotry)测量视觉 acuity 和对比敏感度,采用阶梯法;3)捕食行为测试,在开放场地中记录小鼠捕获活蟋蟀的过程,由两名盲法观察者分析视频,划分探索(explore)、调查(investigate)和最终尝试(final attempt)等阶段;4)视神经 crush 手术,在左眼视神经上夹持5秒以阻断该眼输入。小鼠品系来自Jackson Laboratory(B6.129-Pou6f2
tm1Nat/J和C57BL/6J),所有行为测试均采用双盲设计。
研究结果:
1. **RBPMS阳性BRN3A阴性RGCs在Pou6f2
?/?小鼠中丢失**:通过免疫染色和定量分析,Pou6f2
+/+视网膜中RBPMS阳性RGCs平均为50,357个,而Pou6f2
?/?为44,322个,减少约12%(p=0.005);BRN3A阳性RGCs数量无显著差异(p=0.240)。由于POU6F2阳性RGCs是RBPMS阳性且BRN3A阴性的亚群,该结果证实Pou6f2
?/?小鼠特异性丢失了POU6F2阳性RGCs。
2. **Pou6f2
?/?小鼠视觉功能受损**:OMR测试显示,Pou6f2
?/?小鼠最大视觉 acuity 为0.229 cyc/deg,显著低于野生型的0.313 cyc/deg,平均降低27%(p=0.026)。对比敏感度方面,野生型呈典型倒U型曲线,峰值在0.192 cyc/deg;而敲除小鼠曲线平坦,在所有空间频率(除0.400 cyc/deg外)均显著降低,其中在0.192 cyc/deg处野生型敏感度约为敲除小鼠的4.5倍。
3. **Pou6f2
?/?小鼠捕食行为缺陷**:在蟋蟀捕食测试中,敲除小鼠完成捕食所需总时间平均为113.98秒,约为野生型(40.43秒)的2.3倍(p=0.014)。各阶段时间均显著延长:探索时间(6.62秒 vs 3.24秒,p=0.044)、调查时间(80.96秒 vs 8.82秒,p=0.003)、最终尝试时间(76.56秒 vs 7.07秒,p<0.001)。敲除小鼠常表现出犹豫、接近后仅嗅探而不尝试捕获等行为。
4. **单眼视神经 crush 对捕食行为的影响**:对野生型和敲除小鼠进行左眼ONC后,野生型小鼠所有捕食阶段时间均显著增加(调查时间增加7倍,最终尝试时间增加8倍,均p<0.05),而敲除小鼠除探索时间外无显著变化。ONC后野生型小鼠的行为指标与敲除小鼠术前水平接近,表明Pou6f2
?/?小鼠的捕食缺陷已相当于单眼视觉受损状态。
讨论部分指出,POU6F2阳性RGCs与CART阳性RGCs是ON-OFF方向选择性RGCs的不同亚群,具有不同的脑内投射模式。POU6F2-Hoxd10阳性RGCs主要投射至副视系统(包括视束核),而非上丘和外侧膝状体,这可能解释了与Krizan等研究(删除星暴无长突细胞后捕食行为正常)的差异。此外,POU6F2在人类中标记parasol RGCs,这些细胞形成大细胞(magnocellular, M)通路,与图像稳定相关,且是青光眼中最早死亡的细胞之一。研究结论:Pou6f2
?/?小鼠的捕食行为、视觉 acuity 和对比敏感度缺陷源于特异性丢失POU6F2阳性RGCs,这些细胞对于双眼视觉引导的捕食行为至关重要。研究强调了特定RGC亚型在复杂视觉行为中的关键作用,并为理解POU6F2相关疾病(青光眼、近视、阅读障碍)提供了行为学基础。