Computational analysis of AcDS in ca1 and ca3 pyramidal neurons with axon carrying dendrites

Abstract

Piramidal nöronlar korteks ve hipokampus sinir ağlarında en fazla bulunan uyarıcı hücre tipidir. Bu glutamaterjik nöronların temel morfolojisi, piramit biçimli bir hücre gövdesi, dendritik dikenlere sahip katmanlar arası uzanan apikal dendrit, hücre gövdesinin bulunduğu katmanda bağlantı kuran bazal dendritler ve hücre gövdesinden çıkan akson şeklindedir. Ancak, son yıllarda yapılan çalışmalar, sağlıklı memeli beyninde Cornu Ammonis (CA) üzerinde yer alan piramidal nöronların önemli bir kısmında aksonun bir bazal dendrit üzerinde taşındığını (AtD) göstermiştir. CA1'de yaklaşık %50 ve CA3'te yaklaşık %30 oranlarında görülebilen bu tip hücrelerde AtD'ye gelen uyaranlara ayrıcalık verildiği düşünülmektedir. Bu hücrelerin hipokampal trisinaptik devredeki bilgi işleme süreçlerine etkisi ise henüz tam olarak aydınlatılmamıştır. Hücrelerin ne amaçla bu yönelimi gösterdiği ve hangi hücrelerin yapısının farklılaşacağının seçildiğibilinmemektedir. Bu yapının oluşma sebeplerinin bulunması amacıyla çalışmamızda geleneksel fizyolojiye sahip CA1 ve CA3 piramidal nöronları ile AtD'ye sahip CA1 ve CA3 piramidal sinir hücreleri NEURON simülasyon platformunda modellenmiştir. Sonuçlar AtD'ye sahip hücrelerde klasik nöronlara kıyasla potansiyelin önemli ölçüde korunduğunu ve AtD'ye öncelik verildiğini göstermiştir. Bu sebeple AtD yapısının plastisite ve LTP süreçlerinin iyileştirilmesinde katkısı olduğu düşünülmektedir.

Pyramidal neurons are the most abundant excitatory cell type in cortex and hippocampus. The canonical topology of these glutamatergic neurons consists of a pyramidal-shaped soma, an apical dendrite extending vertically between layers, basal dendrites extending horizontally in the same layer and an axon extending from soma. However, the recent studies show that some hippocampal pyramidal neurons on Cornu Ammonis (CA) of healthy mammalian brain possess an axon that is placed on the basal dendrite in many instances. This phenomenon is observed in 50% in CA1 and 30% in CA3 and in these cell types the stimulus is privileged on the AcD. The effect on information processes is thought to be in hippocampal trisynaptic circuits are not clarified yet. Neither the reason behind this differentiation nor the circumstances under which this phenomenon occurs is discovered. In this study, CA1 and CA3 pyramidal neurons with AcDs and with regular neurites are modeled on NEURON simulation platform for understanding the function of axon-carrying dendrites. The results showed a significant difference in the potential conservation in AcD cells compared to nonAcD cells and privilege on the AcD branches which can enhance the plasticity and LTP processes.