The dendritic spine is a representative post-synaptic structure found primarily in pyramidal neurons, functions as an amplifying postsynaptic potential. Recently, these structures have been revealed sparsely in GABAergic interneurons, but it is not known how these structures are distributed differently in subtypes divided by gene expression patterns. To address this question, the intensive ultrastructural approach can be implemented about the input structure identification nearby spine structures. In this paper, I used serial block-face scanning electron microscopy (SBEM) to reconstruct and compare perisomatic synaptic input structures between somatostatin- (SST$^+$) and parvalbumin- (PV$^+$) neurons in the primary visual cortex (V1) of mice. The results demonstrated that a subset of SST$^+$ neurons has highly dense spines on their perisomatic structure, while PV$^+$ neurons have a low density of spines. The spines from spiny SST$^+$ neurons showed a larger number of synapses and volumes than a classical pyramidal neuron. Further evaluation of the synaptic inputs onto each cell-type showed that only spiny SST$^+$ neurons can have an equivalent density of excitatory inputs through synapses on the spine, while other aspiny SST$^+$ neurons receive less excitatory inputs on their shaft structure compared to PV$^+$ neurons. Moreover, further analysis of the synaptic structure pattern of inputs illustrated that excitatory and inhibitory axons predominantly form multi-synaptic boutons (MSBs) and multi-bouton inputs (MBIs), respectively. Hence, these results imply the different roles of spiny and aspiny GABAergic neurons in the cortical network and unique mechanism of excitatory and inhibitory inputs in cortical circuitry.
수상돌기는 피라미드 신경세포에서 주로 관찰되는 대표적인 후시냅스 구조로, 후시냅스 전위를 증폭시키는 기능으로 알려진 바 있다. 최근 이러한 구조는 가바성 신경세포에서도 드물게 관찰되고 있으나, 이러한 분포가 유전자 발현 패턴에 의해 나뉘어진 여러가지 세포 유형들 사이에서 어떻게 다른지는 알려진 바 없다. 이를 입증하기 위해서는 수상돌기를 통한 시냅스 통합과 관련한 초미세적 접근이 충분히 집중될 필요가 있다. 본 논문에서는 생쥐의 1차 시각피질(V1)에 있는 소마토스태틴(SST$^+$) 신경세포와 파브알부민(PV$^+$) 신경세포의 시냅스 입력 구조를 재구성하고 비교하기 위해 연속 블록면 주사전자현미경(SBEM)을 사용했다. 그 결과 SST$^+$ 신경세포의 일부 집합이 고밀도의 수상돌기를 가지는 반면, PV$^+$ 신경세포는 수상돌기의 밀도가 낮은 것으로 나타났다. 또한 SST$^+$ 신경세포의 수상돌기는 기존의 흥분성 신경세포보다 큰 부피와 함께 더 많은 시냅스를 형성하고 있었다. 각 세포유형에 대한 시냅스 입력에 대한 추가 분석은 SST$^+$ 신경세포가 PV$^+$ 신경세포보다 기둥구조에서 흥분성 시냅스 입력을 적게 받는다는 것을 보여주었지만, 수상돌기성 SST$^+$ 신경세포가 수상돌기에 있는 시냅스를 통해 PV$^+$ 신경세포와 동일한 밀도의 흥분성 시냅스 입력을 받음을 보였다. 또한, 시냅스 입력 패턴의 추가 분석을 통해 흥분 및 억제성 시냅스 입력이 각기 다르게 갖는 입력 패턴을 관찰하였다. 이로써, 이 결과는 대뇌피질 신경망에서 수상돌기성과 비수상돌기성 신경세포가 다른 기능을 수행할 가능성을 시사할 수 있다.
