グルタミン酸作動性POMCニューロンにおけるPOMC発現の選択的回復：動的視床下部神経伝達物質ネットワークの証拠

視床下部POMC欠乏症は、主にメラノコルチンペプチドの喪失による肥満と代謝不足につながります。ただし、弓状核（ARC）のPOMCニューロンは、グルタミン酸作動性およびGABA作動性亜集団で構成されています。これら2つの亜集団の発達プログラム、相対的な割合、および機能は未解決です。グルタミン酸作動性POMCニューロンがエネルギーの恒常性を維持する上で明確な役割を果たしているかどうかをテストするために、条件付きのPOMC対立遺伝子を伴うマウスのvGlut2発現ニューロンでPOMC発現を依存して活性化しました。VGLUT2-POMC回復したマウスは、12週齢の体重と体重と体組成だけでなく、正常なARC POMC mRNAレベル、POMC免疫反応性を有していました。予想外に、in situハイブリダイゼーション（ISH）によって検出されたVGLUT2+グルタミン酸作動性およびGAD67+ GABA作動性-POMCニューロンの累積合計は、VGLUT2-POMCの両方で100％を超え、マウスの両方で100％を超え、POMCの両方の神経が神経マーカーを表現する必要があることを示しています。この仮説と一致して、C57BL/6J視床下部のトリプルISHは、ARC POMCニューロンの35％がGAD67+を選択的に選択し、21％が選択的にVGLUT2+であり、38％がGAD67とVGLUT2の両方を発現したことを明らかにしました。単一のGAD67+およびVGLUT2+ POMCニューロンは、吻側アークで最も一般的でしたが、VGLUT2/GAD67+デュアル表現型細胞は尾側弧で優勢でした。AI9-TDTOMATOレポーターマウスを使用した系統トレースは、すべてのVGLUT2発現ニューロンを蛍光に覆い、等しい数のTdtomato+およびTdtomato-POMC免疫反応性ニューロンを示しました。一緒に、これらのデータは、POMCニューロンがグルタミン酸作動性およびGABA作動性マーカーの発現に発達的可塑性を示すことを示唆しており、VGLUT2-POMC復元されたマウスの正常なエネルギー恒常性の再確立を可能にします。

Hypothalamic POMC deficiency leads to obesity and metabolic deficiencies, largely due to the loss of melanocortin peptides. However, POMC neurons in the arcuate nucleus (ARC) are comprised of glutamatergic and GABAergic subpopulations. The developmental program, relative proportion and function of these two subpopulations are unresolved. To test whether glutamatergic POMC neurons serve a distinct role in maintaining energy homeostasis, we activated Pomc expression Cre- dependently in Vglut2-expressing neurons of mice with conditionally silenced Pomc alleles. The Vglut2-Pomc restored mice had normal ARC Pomc mRNA levels, POMC immunoreactivity, as well as body weight and body composition at age 12 weeks. Unexpectedly, the cumulative total of Vglut2+ glutamatergic- and Gad67+ GABAergic-Pomc neurons detected by in situ hybridization (ISH) exceeded 100% in both Vglut2- Pomc restored and control mice, indicating that a subpopulation of Pomc neurons must express both neuronal markers. Consistent with this hypothesis, triple ISH of C57BL/6J hypothalami revealed that 35% of ARC Pomc neurons were selectively Gad67+, 21% were selectively Vglut2+, and 38% expressed both Gad67 and Vglut2. The single Gad67+ and Vglut2+Pomc neurons were most prevalent in the rostral ARC, while the Vglut2/Gad67+ dual-phenotype cells predominated in the caudal ARC. A lineage trace using Ai9-tdTomato reporter mice to label fluorescently all Vglut2-expressing neurons showed equal numbers of tdTomato+ and tdTomato- POMC immunoreactive neurons. Together, these data suggest that POMC neurons exhibit developmental plasticity in their expression of glutamatergic and GABAergic markers, enabling re-establishment of normal energy homeostasis in the Vglut2-Pomc restored mice.