Synaptic-like transmission between neural axons and arteriolar smooth muscle cells drives cerebral neurovascular coupling

神经科学 光遗传学 突触后电位 神经传递 谷氨酸的 突触 谷氨酸受体 去极化 生物 突触发生 NMDA受体 轴突 AMPA受体 受体 内分泌学 生物化学
作者
Dongdong Zhang,Jiayu Ruan,Shiyu Peng,Jinze Li,Xu Hu,Yiyi Zhang,Tianrui Zhang,Yaping Ge,Zhu Zhu,Xian Xiao,Yunxu Zhu,Xuzhao Li,Ting-Bo Li,Lili Zhou,Qingzhu Gao,Guoxiao Zheng,Bingrui Zhao,Xiangqing Li,Yanming Zhu,Jinsong Wu
出处
期刊:Nature Neuroscience [Nature Portfolio]
被引量:35
标识
DOI:10.1038/s41593-023-01515-0
摘要

Abstract Neurovascular coupling (NVC) is important for brain function and its dysfunction underlies many neuropathologies. Although cell-type specificity has been implicated in NVC, how active neural information is conveyed to the targeted arterioles in the brain remains poorly understood. Here, using two-photon focal optogenetics in the mouse cerebral cortex, we demonstrate that single glutamatergic axons dilate their innervating arterioles via synaptic-like transmission between neural–arteriolar smooth muscle cell junctions (NsMJs). The presynaptic parental–daughter bouton makes dual innervations on postsynaptic dendrites and on arteriolar smooth muscle cells (aSMCs), which express many types of neuromediator receptors, including a low level of glutamate NMDA receptor subunit 1 ( Grin1 ). Disruption of NsMJ transmission by aSMC-specific knockout of GluN1 diminished optogenetic and whisker stimulation-caused functional hyperemia. Notably, the absence of GluN1 subunit in aSMCs reduced brain atrophy following cerebral ischemia by preventing Ca 2+ overload in aSMCs during arteriolar constriction caused by the ischemia-induced spreading depolarization. Our findings reveal that NsMJ transmission drives NVC and open up a new avenue for studying stroke.
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