• norsk
    • English
  • English 
    • norsk
    • English
  • Login
View Item 
  •   Home
  • Fakultet for medisin og helsevitenskap (MH)
  • Institutt for nevromedisin og bevegelsesvitenskap
  • View Item
  •   Home
  • Fakultet for medisin og helsevitenskap (MH)
  • Institutt for nevromedisin og bevegelsesvitenskap
  • View Item
JavaScript is disabled for your browser. Some features of this site may not work without it.

Cellular Mechanisms Underlying Hippocampal CA1 Place Cell Activity

Fallahnezhad, Mehdi
Doctoral thesis
View/Open
Fulltext not available (Locked)
URI
http://hdl.handle.net/11250/2373534
Date
2015
Metadata
Show full item record
Collections
  • Institutt for nevromedisin og bevegelsesvitenskap [1763]
Abstract
Norsk Sammendrag:

Nerveceller er de grunnleggende byggesteinene i hjernen hos pattedyr og deres aktivitet fører til

hjernefunksjoner. Aktivitetsmønsteret til en nervecelle, slik som det romlige fyringsmønsteret

laget av en stedcelle i hippocampus, oppstår gjennom samspillet mellom inngangsaktiviteten fra

presynaptiske nerveceller og de molekylære mekanismene i nervecellen (cellulær mekanisme).

Til tross for omfattende karakterisering av stedcelleaktivitet er ikke de underliggende cellulære

mekanismene for deres funksjonalitet fullstendig kjent.

I artikkel I beskriver vi en ny teknisk tilnærming vi har etablert for å studere rollen til cellulære

mekanismer i stedcelleaktivitet i CA1 i hippocampus. Ved bruk av en rekombinant

adenoassosiert viral (rAAV) vektor har vi endret en cellulær mekanisme i en mindre del av en

spesifikk celletype i en bestemt hjerneregion ved genetisk manipulasjon, samtidig som cellenes

inngangsaktivitet er intakt. Deretter, ved å utføre et intra-subjekt kontrollert design og overvåke

aktiviteten til manipulerte nerveceller i et uhindret dyr, var vi i stand til å undersøke hvilken rolle

en bestemt cellulær mekanisme har på stedcelleaktivitet i et normalt fungerende hjernesystem.

I artikkel II har vi fokusert på rollen til synaptisk plastisitet på stedcelleaktivitet. Vi har designet

en rAAV-vektor som inneholder en dominant negativ mutant av GluR1-genet, GluR1-c-hale, som

blokkerer langtidspotensiering ved å forstyrre den synaptiske leveringen av GluR1-inneholdende

AMPA-reseptorer. Ved å overvåke aktiviteten til nerveceller i det virus-transduserte området av

den dorsale CA1-regionen i rotter med fri adferd har vi funnet at synaptisk plastisitet er

nødvendig for at pyramideceller skal fyre nøyaktig ved lavfrekvente gammabølger indusert av

nye omgivelser. Videre fant vi en rolle for synaptisk plastisitet i rask dannelse av stedceller i et

nytt miljø. Ved å samkjøre disse effektene tyder våre resultater på at GluR1-avhengig synaptisk

plastisitet har en rolle i å regulere informasjonsflyten under lavfrekvente gammabølger i kretser i

hippocampus.

I artikkel III studerte vi rollen til NMDA-reseptoren på stedcelleaktivitet. Vi designet rAAVvektorer

for RNA-interferens i pyramideceller mot NR1-genet, som er en essensiell subenhet

nødvendig for en funksjonell NMDA-reseptor. Ved å overvåke aktiviteten til nerveceller i det

NR1-nedregulerte området av den dorsale CA1-regionen i rotter med fri adferd, har vi funnet en ny rolle for NMDA-reseptoren i regulering av theta-faselåst fyring av pyramideceller. Vi fant

også at NMDA-reseptoren fører til dannelsen av presise og stabile romlige fyringsmønstre. Vi

viser et nytt forhold mellom theta-fasepreferanse og romlig spesifisitet av nevrale fyringer, og at

NMDA-reseptoren spiller en rolle i denne sammenhengen.

Samlet sett beskriver denne avhandlingen en tilnærming for å studere de cellulære mekanismene

for stedcelleaktivitet i hippocampus ved intakt inngangsaktivitet og normal hjernefunksjon. Ved å

bruke denne tilnærmingen viser denne avhandlingen nye roller for synaptisk plastisitet og

NMDA-type glutamatreseptorer i reguleringen av nevral faselåst fyring under

nettverkssvingninger, dannelsen av romlige fyringsmønstre i hippocampus og

informasjonsbehandling i hippocampale kretser.
 
Summary:

Neurons are the fundamental building blocks of the mammalian brain and their activity mediates

brain functions. The activity patterns of a neuron, such as the spatial firing pattern created by a

hippocampal place cell, emerge through the interaction between the input activity from

presynaptic neurons and the molecular machineries in the neuron (cellular mechanism). Despite

extensive characterizations of place cell activity, the cellular mechanisms underlying their

functionality are not well understood.

In paper I, we describe a novel technical approach we established to study the role of cellular

mechanisms in hippocampal CA1 place cell activity. We employed a recombinant adeno

associated viral (rAAV) vector-mediated genetic manipulation to alter a cellular mechanism in a

minor portion of specific cell type in a target brain region, while keeping their input activity

intact. Further, by performing a within-subject control design and monitoring the activity of

manipulated neurons in an unrestrained animal, we were able to investigate the role of a target

cellular mechanism in place cell activity in a normally-functioning brain system.

In paper II, we focused on the role of synaptic plasticity in place cell activity. We designed rAAV

vector containing a dominant negative mutant of GluR1 gene, the GluR1-c-tail, which blocks

long term potentiation by interfering with the synaptic delivery of GluR1-contaning AMPA

receptor. By monitoring the activity of neurons in viral transduced area of dorsal CA1 region in

freely behaving rats, we found synaptic plasticity is required for precise firing of pyramidal cells

during novelty-induced slow gamma oscillations. Further, we found a role for synaptic plasticity

in rapid formation of place cells in a novel environment. By correlating these effects, our results

suggest a role for GluR1-dependentsynaptic plasticity in regulating information flow during slow

gamma oscillations in hippocampal circuit.

In paper III, we studied the role of NMDA receptor in place cell activity. We designed rAAV

vectors for RNA interference in pyramidal cells against NR1 gene, an essential subunit necessary

for the functional NMDA receptor. By monitoring the activity of neurons from the NR1-

knockdown site of dorsal CA1 region in freely behaving rats, we found a novel role for the

NMDA receptor in regulating theta-phase locked firing of pyramidal cells. We also found that the

NMDA receptor mediates formation of precise and long-term stable spatial firing patterns. We reveal a novel relationship between theta phase preference and spatial specificity of neuronal

firings and, importantly, show that the NMDA receptor plays a role in this relationship.

Overall, this dissertation describes an approach for studying the cellular mechanisms underlying

hippocampal place cell activity under intact input activity and normally-functioning brain system.

By employing this approach, this dissertation reveals novel roles for synaptic plasticity and

NMDA-type glutamate receptor in regulating neuronal phase-locked firing during network

oscillations, formation and stability of hippocampal spatial firing patterns and information

processing in hippocampal circuit.
 
Publisher
NTNU
Series
Doctoral thesis at NTNU;2015:346

Contact Us | Send Feedback

Privacy policy
DSpace software copyright © 2002-2019  DuraSpace

Service from  Unit
 

 

Browse

ArchiveCommunities & CollectionsBy Issue DateAuthorsTitlesSubjectsDocument TypesJournalsThis CollectionBy Issue DateAuthorsTitlesSubjectsDocument TypesJournals

My Account

Login

Statistics

View Usage Statistics

Contact Us | Send Feedback

Privacy policy
DSpace software copyright © 2002-2019  DuraSpace

Service from  Unit