Spinal projecting neurons in rostral ventromedial medulla co-regulate motor and sympathetic tone

生物 延髓头端腹内侧区 兴奋性突触后电位 神经科学 抑制性突触后电位 延髓头端腹外侧区 肌肉张力 延髓 传出的 刺激 人口 髓质 脊髓 解剖 传入的 中枢神经系统 医学 受体 伤害 痛觉过敏 生物化学 环境卫生
作者
Zicong Zhang,Junfeng Su,Jing Tang,Leeyup Chung,Jessica C. Page,Carla C. Winter,Yuchu Liu,Evgenii Kegeles,Sara Conti,Yu Zhang,Jason Biundo,Joshua I. Chalif,Charles Y. Hua,Zhiyun Yang,Xue Yao,Yang Yang,Shuqiang Chen,Jan M. Schwab,Kuan Hong Wang,Chinfei Chen
出处
期刊:Cell [Cell Press]
卷期号:187 (13): 3427-3444.e21 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.cell.2024.04.022
摘要

Highlights•SPNs in rVMM co-innervate sympathetic and motor regions in the spinal cord•Excitatory and inhibitory rVMM SPNs control motor and sympathetic function oppositely•Excitatory rVMM SPNs set motor and sympathetic tone for locomotion performance•Inhibitory rVMM SPNs regulate muscle atonia and sympathetic hypoactivity in REM sleepSummaryMany behaviors require the coordinated actions of somatic and autonomic functions. However, the underlying mechanisms remain elusive. By opto-stimulating different populations of descending spinal projecting neurons (SPNs) in anesthetized mice, we show that stimulation of excitatory SPNs in the rostral ventromedial medulla (rVMM) resulted in a simultaneous increase in somatomotor and sympathetic activities. Conversely, opto-stimulation of rVMM inhibitory SPNs decreased both activities. Anatomically, these SPNs innervate both sympathetic preganglionic neurons and motor-related regions in the spinal cord. Fiber-photometry recording indicated that the activities of rVMM SPNs correlate with different levels of muscle and sympathetic tone during distinct arousal states. Inhibiting rVMM excitatory SPNs reduced basal muscle and sympathetic tone, impairing locomotion initiation and high-speed performance. In contrast, silencing the inhibitory population abolished muscle atonia and sympathetic hypoactivity during rapid eye movement (REM) sleep. Together, these results identify rVMM SPNs as descending spinal projecting pathways controlling the tone of both the somatomotor and sympathetic systems.Graphical abstract
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