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Neuron-Glia Network
Research Laboratory

What is neuron-glia network

    지난 100년간 신경과학 연구는 신경세포(neuron) 중심의 관점에서 연구되어 왔습니다. 신경세포 중심으로 이루어진 연구 들과 기술 개발은 신경세포/회로 관점에서 다양한 뇌기능을 이해할 수 있는 초석이 되었지만, 신경세포의 기능 만으로는 설명하기 어려운 수많은 신경계 기능들이 존재합니다. 이러한 한계를 극복하기 위하여 최근 신경교세포를 통한 뇌기능의 연구가 다양하게 진행되고 있습니다. 기존의 관점에선 신경세포의 보조적 역할을 하는 것으로 간주되었던 신경교세포들 또한 칼슘 반응 및 교세포전달물질 분비 등을 통해 뇌기능에 중요한 역할을 하고 있다는 사실이 밝혀지면서, 신경세포-신경교세포의 상호작용에 입각한 뇌 연구가 필요하다는 주장이 힘을 얻고 있습니다. 저희 연구실에선 이러한 흐름에 발 맞추어, 기존에 신경세포의 활성화 만으로 연구되었던 다양한 뇌 활동-행동 사이의 연관성을 신경세포-신경교세포의 상호작용을 통해 재조명하고, 최종적으로 신경세포만으로 설명했던 단편적이고 인위적인 두뇌 작동 모델에서, 총체적이고 생물학적으로 더 자연스러운 두뇌 작동 모델을 제시하고자 합니다. 

What we are interested in

   신경 과학 및 기술의 발달과 함께 신경계의 보다 깊은 이해를 위해 신경세포 외의 다른 세포 들에 대한 연구가 요구 되었고, 각 세포들의 특성 뿐만 아니라 세포들 사이의 상호작용에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 그 중 특히 '신경아교세포 (glial cell)'라고 불리우는 성상교세포(astrocyte), 미세아교세포(microglia), 희소 돌기 아교 세포(oligodendrocyte) 등은 신경세포와 특수한 상호작용을 할 뿐만 아니라 신경계 내에서 신경계의 항상성 유지, 신경계 발달, 면역 활동 등의 중요한 기능을 수행하는 것으로 알려져 있습니다. 

    최근 중추신경계 내에서 신경교세포들이 감각 및 지각에서 부터 기억, 의사 결정 등 상위 인지 기능까지 다양한 역할을 하고 있다는 사실이 밝혀지고 있습니다. 저희 연구실에선 교세포의 활동을 측정하고, 조절함으로서 중추신경계의 교세포들이 만성 통증, 정서, 인지, 기억 등의 신경계 기능에 어떤 기여를 하는지 연구하고 있습니다.

Hirrlinger, J. & Nimmerjahn, A., (2022). Glia, 70(8), pp.1554–1580.

Methods

in vitro assay

Electrophysiology

Optogenetics / Animal behaviors

Lastest Publications

Social hierarchy is established as an outcome of individual social behaviors, such as dominance behavior during long-term interactions with others. Astrocytes are implicated in optimizing the balance between excitatory and inhibitory (E/I) neuronal activity, which may influence social behavior. However, the contribution of astrocytes in the prefrontal cortex to dominance behavior is unclear. Here we show that dorsomedial prefrontal cortical (dmPFC) astrocytes modulate E/I balance and dominance behavior in adult male mice using in vivo fiber photometry and two-photon microscopy. Optogenetic and chemogenetic activation or inhibition of dmPFC astrocytes show that astrocytes bidirectionally control male mouse dominance behavior, affecting social rank. Dominant and subordinate male mice present distinct prefrontal synaptic E/I balance, regulated by astrocyte activity. Mechanistically, we show that dmPFC astrocytes control cortical E/I balance by simultaneously enhancing presynaptic-excitatory and reducing postsynaptic-inhibitory transmission via astrocyte-derived glutamate and ATP release, respectively. Our findings show how dmPFC astrocyte–neuron communication can be involved in the establishment of social hierarchy in adult male mice.

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Astrocytes can affect animal behavior by regulating tripartite synaptic trans- mission, yet their influence on affective behavior remains largely unclear. Here we showed that hippocampal astrocyte calcium activity reflects mouse affec- tive state during virtual elevated plus maze test using two-photon calcium imaging in vivo. Furthermore, optogenetic hippocampal astrocyte activation elevating intracellular calcium induced anxiolytic behaviors in astrocyte- specific channelrhodopsin 2 (ChR2) transgenic mice (hGFAP-ChR2 mice). As underlying mechanisms, we found ATP released from the activated hippo- campal astrocytes increased excitatory synaptic transmission in dentate gyrus (DG) granule cells, which exerted anxiolyticeffects. Ourdatauncover aroleof hippocampal astrocytes in modulating mice anxiety-like behaviors by reg- ulating ATP-mediated synaptic homeostasis in hippocampal DG granule cells. Thus, manipulating hippocampal astrocytes activity can be a therapeutic strategy to treat anxiety.

Cho WH 2022

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection is accompanied by chronic neurological sequelae such as cognitive decline and mood disorder, but the underlying mechanisms have not yet been elucidated. We explored the possibility that the brain-infiltrating SARS-CoV-2 spike protein contributes to the development of neurological symptoms observed in COVID-19 patients in this study. Our behavioral study showed that administration of SARS-CoV-2 spike protein S1 subunit (S1 protein) to mouse hippocampus induced cognitive deficit and anxiety-like behavior in vivo. These neurological symptoms were accompanied by neuronal cell death in the dorsal and ventral hippocampus as well as glial cell activation. Interestingly, the S1 protein did not directly induce hippocampal cell death in vitro. Rather, it exerted neurotoxicity via glial cell activation, partially through interleukin-1β induction. In conclusion, our data suggest a novel pathogenic mechanism for the COVID-19-associated neurological symptoms that involves glia activation and non-cell autonomous hippocampal neuronal death by the brain-infiltrating S1 protein.

Oh J 2022
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