硫酸软骨素蛋白聚糖(CSPGs)是主要的细胞外基质(ECM)组件在中枢神经系统,和许多类型的CSPGs特征在大脑中( 1]。软骨素硫酸盐(CS),粘多糖部分CSPGs,被称为抑制性神经突生长的基质。CSPGs可以作为轴突导向分子在发育中的大脑 2- - - - - - 4)和稳定基质在成人大脑突触( 5, 6]。

CSPGs由一个核心蛋白和一个或多个CS葡糖氨基葡聚糖共价连接到核心的丝氨酸残基的蛋白质。CS是二糖重复单位组成 N-acetylgalactosamine和葡萄糖醛酸。的凝集素 紫藤多花植物凝集素(WFA)通常被用来检测CS,由于其绑定到的能力 N-acetylgalactosamine内碳水化合物结构( 7- - - - - - 9]。众所周知,在成年人的大脑,WFA标签专业ECM结构称为perineuronal网(并),这是由聚合多个分子,包括CSPGs、透明质酸、糖蛋白。大多数并环绕细胞体和近端parvalbumin-positive抑制性神经元的树突在大脑皮层和边缘结构 7, 10, 11),而一些并通过锥体神经元周围发现的有袋动物和灵长类动物皮层( 12, 13]。

在产后发展CSPG地形分布的变化,并逐渐成熟的形状在出生后几周。巴伊亚等人杰出的连续两个ECM结构包含CSPGs发展中桶的初级躯体感觉皮层(S1BF)在大鼠( 14]:CSPG显示弥漫性和neuropil-associated分布在第一产后一周。接下来,CSPGs集中在细胞体在产后24天并通过组件结构(P24)。的形状并继续发展,在产后一周达到成熟度9 (9 w)。类似并通过结构性发展已经观察到视觉皮层( 15]。

最近的发现表明的重要性,并通过调节突触可塑性和关闭关键时期( 15, 16]。然而,对所测试的开始时间在大多数其他脑区皮层形成尚未充分探讨。如果出现并意味着结束的关键时期,我们怀疑并通过外观时期将不同的大脑区域。这是因为每一个大脑区域的成熟速度取决于其功能是不同的。本研究调查并形成老鼠大脑的P3 11 w使用WFA染色,主要专注于大脑皮层、边缘系统、下丘脑和脑干。

WFA的特异性治疗部分证实了CS ChABC, CS消化的酶。我们的研究结果表明,ChABC治疗几乎完全废除WFA反应在所有大脑区域分析(见图S1A-G网上的补充材料 http://dx.doi.org/10.1155/2015/256389)。然而,在新生儿的大脑部分,尤其是在P3(数据没有显示)和P7(图S1H),小点的WFA反应观察ChABC-treated和未经处理的部分。我们认为这个点的反应性的假阳性,排除CS-specific反应。

扩散WFA反应在P3 S1BF的腹侧层(数据 1(一)和 1 (f)),这种观察是类似于以前的报告( 14]。在第七页,WFA反应在大脑皮层(图四层 1 (b)),略凝聚在特定的细胞(图 1 (g)),这被认为是不成熟并通过。在好(数字 1 (c)和 1 (h))和P21(数字 1 (d)和 1(我)),观察PNN-like标签在周围没有一个明确的树突细胞尸体。对所测试的典型形状已知环绕细胞体和树突观察5 w(数字 1 (e)和 1 (j)),几乎是等于在11 w(数据未显示)。串行WFA-labeled部分在第七页显示,观察PNN-like标签初级躯体感觉皮层(S1)和S1BF,而它不能检测到prelimbic (PrL),初级运动(M1),二级电机(M2)、扣带(Cg)、初级视觉(V1),中侧的(V2ML)和mediomedial (V2MM)地区的二级视觉,初级听觉(Au1)和retrosplenial颗粒(显示)皮质(图 1 (k))。这些结果显示一个intercortical差异并形成的开始。

在海马CA1, PNN-like WFA标签不能观察到P3(图 2(一个))和第七页(图 2 (b)),它可以检测到好(图 2 (c))。同样,明确WFA标签首次观察到在海马CA2好(图 2 (c))。这些标签变得更强和更清晰的P21(图 2 (d)),5 w(图 2 (e))。更高的放大视图证实PNN-like标签在CA1好(图 2 (f))。从P21开始(数字 2 (g)- - - - - - 2(我)),WFA反应显然在CA1包围细胞体和树突。WFA反应在游离钙好显示PNN-like标签(图 2 (j)),而从P21,个人并通过结构的边界识别(数据是很困难的 2 (k)- - - - - - 2(米))。这样一个独特的染色模式中游离钙与之前已经报道过了(什么是一致的 10, 20.]。

杏仁核,WFA反应并不好都观察到基底外侧杏仁核(BLA)(图 3(一个))和内侧杏仁核(MA)(图 3 (e))。P21, WFA反应在两种细分成为检测(数字 3 (b)和 3 (f))。从5 w开始,WFA反应显然是观察BLA(数字 3 (c)和 3 (d)),硕士(数据 3 (g)和 3 (h))。大功率图像进一步表明,一种不成熟的PNN-like BLA P21在(图中可观察到 3(我)),它逐渐显然包围细胞体和树突从5 w(图 3 (j)11 w(图) 3 (k))。然而,在马,没有明确WFA反应观察环绕细胞体P21和树突(图 3(左)),5 w(图 3(米))。在11 w, WFA反应松散堆积成特定细胞的身体而不是在树突(图 3 (n))。

在下丘脑,WFA标签模式及其发展变化是不同的在每个核或区域。在室旁核(PVN),特别是在前段,微弱的P21观测到了PNN-like标签(图 4(一)),从5 w(图逐渐变得清晰起来 4 (b)11 w(图) 4 (c))。在外侧下丘脑(LH),比较清楚PNN-like P21在观察(图形式 4 (d)在5 w(图),它变得清晰 4 (e))和11 w(图 4 (f))。在腹内侧下丘脑核(VMH), P21 WFA反应被广泛地观察整个地区(图 4 (g)),它变得更强但仍分散在5 w(图 4 (h))和11 w(图 4(我))。VMH发现相反,强WFA反应在弓状核的腹侧部分(电弧)邻近正中隆起(我)(数据 4 (g)- - - - - - 4(我))。晚上11 w大功率图像中表示数据 4 (j)- - - - - - 4 (n):PVN包围并通过细胞体和dendrite-like过程,但是他们有点分散相比LH(图 4(米))和外侧视前区(法律流程外包)(图 4 (n))。VMH WFA反应是扩散和弱了特定的细胞体(图 4 (k))。弧,WFA反应人口包围细胞体(图 4(左))。

的gigantocellular核脑桥(Gi),并通过几个结构周围细胞体和树突都观察到P3(数字 5(一个)和 5 (f))和大量的并可以检测到第七页(数字 5 (b)和 5 (g))。从好起,WFA反应变得更强,似乎让丛,个人并难以识别(数字 5 (c)- - - - - - 5 (e)和 5 (h)- - - - - - 5 (j))。

WFA-labeled ECM结构在11 w与WFA被荧光标记检测,尼氏小(神经元标记),DAPI(核标记)。PNN-like WFA反应浓缩在细胞体和观察树突在很多皮质,边缘,和脑干区域,包括S1BF(图 6(一)),海马CA1(图 6 (b))和CA3(数据未显示),BLA(数据未显示),横隔膜(数据未显示),中脑网状结构(捷运,图 6 (c)),红核(RN,图 6 (d)),前庭核(Ve、图 6 (e)),胃肠道(图 6 (f)),脊髓三叉神经核(Sp5,图 6 (g))。在下丘脑,对所测试的典型结构是LH(图中观察到 6 (h))和法律流程外包(数据未显示)。另一方面,在网状丘脑核WFA反应(Rt,图 6(我)),硕士(图 6 (j)),VMH(图 6 (k))和弧(图 6(左))是观察到周围细胞体但不是树突。WFA马(图中反应性 6 (j))和VMH(图 6 (k))尤其更分散,显示更松散堆积在细胞体内。这些结果表明结构各种CSPG-contained ECM在成年人的大脑。

本研究调查了发展变化和成人结构各种CSPG-contained ECM结构。碳水化合物抗原决定基以来WFA被认为是aggrecan ( 21),目前的结果可能是有关aggrecan的表达和定位。我们首先假设,如果对所测试的开始意味着结束的关键时期,形成对所测试的开始应该形成不同的大脑区域之间,可能取决于他们的功能。符合这一假说,我们的结果显示一个时差对所测试的开始形成。表 1显示并形成的起始时间在每一个大脑区域,与已知的关键时期关于各种生物系统。自特定地区标有星号不包括对所测试的典型形式,表示时间代表当WFA反应被检测到。我们的研究结果清楚地表明,最早的形成并发生在一些网状结构核P3。后续观察形成的主要感觉皮质和其他核P7的脑干,和所有地区开始形成并表达WFA-labeled CSPGs P21。这些发现表明,关键时期的结束和大脑成熟的速度很大程度上取决于不同地区。

在大脑皮层,包括前额、感觉运动,和扣带,不成熟并首次观察到S1, S1BF、梨状皮质(Pir)先后发现初级听觉皮层(Au1)和腹侧和外侧眶皮层(签证官,LO)(表 1)。好,并开始形成在几乎所有地区,除了V2MM。由P7 [whisker-barrel形成的关键时期发生 22),桶结构的形成需要感官输入从胡须 23),传送到Sp5通过三叉神经( 24]。有意思的是,并形成Sp5也观察到第七页(表 1)。这些结果表明合作须感觉系统的成熟。在啮齿动物,小狗开始由P10独立移动( 25]。此外,神经肌肉接头的关键时期是P12小鼠( 22]。因此,我们的研究结果似乎符合结束的感觉运动系统的关键时期。

在海马体中,并形成观察好,除了在齿状回(表中 1)。此外,海马体的显著特点是戏剧性的成熟1星期从好到P21,并在其他地区逐渐成熟,在大约两个星期。定义的关键时期海马体是一个非常艰巨的任务。然而,stress-hyporesponsive时期(SHRP)可能与海马相关关键时期。SHRP是决定未来的关键时期的应激反应,包括活动-肾上腺轴(HPA) ( 26, 27]。海马是一种高级的结构控制HPA轴的活动,这也被称为hippocampal-HPA轴( 28]。啮齿动物的SHRP近似匹配第一个产后两周。实际上,我们之前的研究表明,产妇在第一次执行分离两周产后增加基底血浆皮质酮水平在成年后,而在下周(即相同的干预。,从3 w - 4 w)不影响成人肾上腺酮水平( 29日- - - - - - 31日]。虽然它仍然完全未知是否并出现在海马影响SHRP的结束,这是一个具有挑战性的问题,需要未来的研究。

P21在杏仁核,并通过形成观察到(表 1),这主要是与先前的研究一致表明一些模糊并观察P16和被发现显著增加P21 [ 16]。在啮齿动物中,持续的恐惧记忆可以观察到动物比3 w ( 32]。类似于之前的研究( 16),我们的研究结果支持功能的重要性,并通过在恐惧记忆的巩固和维护。有趣的是,WFA标签显示,马有一个组织松散的ECM结构分散在神经纤维网和避免周围的树突。先前研究小脑称为组织松散ECM“semiorganized矩阵”( 33]。这个词被认为是适用于马ECM的结构。马是高度塑料在生活和称为性二态的地区。因此,马树突棘的密度在很大程度上是受性类固醇和积极的变化在女性发情周期( 34]。我们怀疑缺乏CSPG矩阵在马神经元树突与突触可塑性较高的长期维护整个成年。

像马一样,许多下丘脑区域并不遵循典型的并通过结构。WFA标签模式中观察到VMH和弧也被认为是一个semiorganized矩阵( 33]。类似于妈,下丘脑神经元通常需要应对终身激素和生存环境变化和物种保护。下丘脑神经元通常被认为是塑料在成年期( 35- - - - - - 40),和弧VMH也不例外,因为他们控制食欲和喂养行为以应对营养可用性( 35, 38, 41, 42]。重要的是,结构和功能的完整性并维护多个ECM的复杂的相互作用的分子。事实上,即使缺少一个ECM分子可以影响并通过的结构和功能,如基因敲除小鼠,观察到缺乏基因编码透明质酸蛋白聚糖连接蛋白(HAPLN) 1 43],HAPLN4 [ 44),tenascin R ( 45]。因此,我们的研究结果提醒我们,semiorganized CSPG矩阵可能没有这么多限制突触可塑性是高度有组织的典型的并被认为做( 15, 46]。

大脑区域的检查,并通过外观最早在胃肠道和口头脑桥的网状核(PnO)。胃肠道是刺激舌头的舌下神经核控制运动的肌肉( 47]。PnO参与生成和维护快速眼动(REM)睡眠( 48, 49]。这些观察表明,并依赖于神经活动的形成( 50- - - - - - 52),因为小狗应该移动舌头肌肉在哺乳期间,和快速眼动睡眠是新生儿最常见的类型的睡眠 53]。此外,并形成首先P7在脑干的几个地区,RN,上丘(SC) Sp5、Ve。这些地区的主要功能如下:SC,眼跳眼球运动,oculosensory反射,和眼头协调;从面对Sp5,感觉传输,包括胡须;和Ve、维护平衡,姿势,头部位置的感知。重要的是,对所测试的早期开始形成在这些地区建议早熟的原子核与颅神经有关。

本研究系统地描述了大脑ECM的发展和结构不同。这些结果强烈支持,并形成,并通过结构完整性,表明大脑成熟的程度。目前的发现可能有助于确定多个脑区之间的关键时期。