Identification of preoptic sleep neurons using retrograde labelling and gene profiling

光遗传学 视前区 神经科学 沟道视紫红质 生物 下丘脑 视前正中核 睡眠开始 内分泌学 药理学 肾素-血管紧张素系统 穹窿下器官 血压 失眠症
作者
Shinjae Chung,Franz Weber,Peng Zhong,Chan Lek Tan,Thuc Nghi Nguyen,Kevin T. Beier,Nikolai Hörmann,Wei-Cheng Chang,Zhe Zhang,Johnny Phong Hoang Do,Shenqin Yao,Michael J. Krashes,Bosiljka Tasic,Ali H. Cetin,Hongkui Zeng,Zachary A. Knight,Liqun Luo,Yang Dan
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:545 (7655): 477-481 被引量:320
标识
DOI:10.1038/nature22350
摘要

In humans and other mammalian species, lesions in the preoptic area of the hypothalamus cause profound sleep impairment, indicating a crucial role of the preoptic area in sleep generation. However, the underlying circuit mechanism remains poorly understood. Electrophysiological recordings and c-Fos immunohistochemistry have shown the existence of sleep-active neurons in the preoptic area, especially in the ventrolateral preoptic area and median preoptic nucleus. Pharmacogenetic activation of c-Fos-labelled sleep-active neurons has been shown to induce sleep. However, the sleep-active neurons are spatially intermingled with wake-active neurons, making it difficult to target the sleep neurons specifically for circuit analysis. Here we identify a population of preoptic area sleep neurons on the basis of their projection target and discover their molecular markers. Using a lentivirus expressing channelrhodopsin-2 or a light-activated chloride channel for retrograde labelling, bidirectional optogenetic manipulation, and optrode recording, we show that the preoptic area GABAergic neurons projecting to the tuberomammillary nucleus are both sleep active and sleep promoting. Furthermore, translating ribosome affinity purification and single-cell RNA sequencing identify candidate markers for these neurons, and optogenetic and pharmacogenetic manipulations demonstrate that several peptide markers (cholecystokinin, corticotropin-releasing hormone, and tachykinin 1) label sleep-promoting neurons. Together, these findings provide easy genetic access to sleep-promoting preoptic area neurons and a valuable entry point for dissecting the sleep control circuit.
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