L'esaurimento giovanile della microglia riduce l'orientamento ma non l'elevata selettività della frequenza spaziale nel topo V1

May 28, 2023

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 12779 (2022) Citare questo articolo

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Le microglia contengono molteplici meccanismi che modellano il paesaggio sinaptico durante lo sviluppo postnatale. Tuttavia, rimane poco chiaro se i cambiamenti sinaptici mediati dalla microglia riflettano il perfezionamento dello sviluppo delle risposte neuronali nelle cortecce sensoriali. Nella vita postnatale, lo sviluppo di un maggiore orientamento e di una selettività in frequenza spaziale delle risposte neuronali nella corteccia visiva primaria (V1) supporta l'emergere di un'elevata acuità visiva. Qui, abbiamo utilizzato l'inibitore del recettore del fattore 1 stimolante le colonie (CSF1R) PLX5622 per esaurire rapidamente e durevolmente la microglia nei topi durante il periodo giovanile in cui emergono un maggiore orientamento e una selettività di frequenza spaziale. Le proprietà di sintonizzazione eccitatorie e inibitorie sono state misurate simultaneamente utilizzando l'imaging di calcio multi-fotone nello strato II/III del topo V1. Abbiamo scoperto che l'esaurimento della microglia generalmente aumenta l'attività evocata che, a sua volta, riduce la selettività dell'orientamento. Sorprendentemente, le microglia non erano necessarie per l'emergere di risposte sintonizzate ad alta frequenza spaziale. Inoltre, la deplezione della microglia non ha perturbato la binocularità corticale, suggerendo una normale elaborazione della profondità. Insieme, la nostra scoperta che l'orientamento e l'elevata selettività della frequenza spaziale in V1 sono supportati in modo differenziale dalle microglia rivelano che alle microglia è richiesta la normale elaborazione sensoriale, anche se selettivamente.

Attraverso più sistemi sensoriali, l'esperienza guida la maturazione funzionale dei circuiti neuronali durante periodi di elevata plasticità noti come periodi critici1,2,3,4,5. Esperienze anomale durante queste finestre giovanili possono perturbare la codifica sensoriale e la percezione fino all'età adulta6,7,8,9,10,11,12,13,14,15. Studi di imaging in vivo delle spine sinaptiche rivelano che i periodi critici coincidono con cambiamenti transitori nella stabilità delle spine sinaptiche16,17,18. È importante sottolineare che la deprivazione sensoriale durante i periodi critici produce cambiamenti strutturali nelle sinapsi che si ritiene riflettano una riorganizzazione funzionale16,17,19,20,21. Pertanto, i tipi cellulari che regolano la struttura delle sinapsi possono svolgere un ruolo significativo nel perfezionamento delle proprietà funzionali dei circuiti sensoriali.

Le microglia svolgono molteplici ruoli nel modellare i circuiti cerebrali giovanili e adulti21,22,23. Durante lo sviluppo, è stato dimostrato che la microglia modifica la connettività sinaptica attraverso l'eliminazione delle sinapsi24,25,26,27,28,29, l'induzione della colonna vertebrale30 e la trogocitosi31. Negli adulti, la microglia smorza l'attività del circuito corticale attraverso dinamiche Gi-dipendenti32 e convertendo l'ATP extracellulare in adenosina33, un potente depressore dell'attività neuronale34. La partecipazione delle microglia alle modificazioni delle sinapsi e all'attività dei circuiti suggerisce che potrebbero essere coinvolte nei meccanismi del periodo critico. A supporto, l’eliminazione della microglia utilizzando inibitori del recettore del fattore 1 stimolante le colonie (CSF1R)35 aumenta sia la connettività sinaptica che l’eccitabilità del circuito nella corteccia visiva primaria (V1)36,37.

Durante lo sviluppo del sistema visivo, si ritiene che la maturazione dell'elaborazione visiva binoculare coinvolga i meccanismi della microglia. Nel primo nucleo genicolato laterale postnatale (LGN), l'attività retinica guida l'eliminazione dell'eccessivo input binoculare dalla retina portando ad una maggiore segregazione delle vie visive specifiche dell'occhio38,39,40,41. L'eliminazione delle sinapsi da parte della microglia è stata implicata nella modellazione degli input retinici a LGN26,27,28. Sebbene questi studi forniscano prove evidenti del ruolo delle microglia nel perfezionamento anatomico dei circuiti visivi, non affrontano la funzione. Recentemente, si è scoperto che la disabilitazione dei meccanismi del complemento impedisce la potatura mediata dalla microglia dello sviluppo di input retinici a LGN26. È interessante notare che questa perturbazione anatomica in LGN non perturba né la binocularità né la sua plasticità a valle in V142, evidenziando l'importanza di valutare la funzione del circuito.