In recent years, research on the cellular basis of neuropsychiatric disorders has increasingly focused on the lateral habenula (LHb) as a crucial structure for the understanding of depression. The LHb is a phylogenetically old structure located in the diencephalon and connects limbic forebrain structures with monoaminergic centers in the midbrain and brainstem, thereby playing an important role in reward-based behavior. Convergently, chronic hyperactivity of LHb neurons has been found in animal models of depression. The LHb is widely regarded as a simple relay station and despite growing interest over the last two decades, little is known about the connectivity and processing of information within this brain area. In the neocortex and the hippocampus, GABAergic interneurons are well known to orchestrate the local flow of information. To identify potential inhibitory interneurons within the LHb, whole-cell patch clamp recordings were performed in brain slices of transgenic rats. In these rats, certain neurons express the yellow fluorescent protein (YFP) Venus under the control of the VGAT promoter, which is known to be abundantly expressed in cortical GABAergic interneurons. YFP-positive neurons were found in low numbers, preferentially located in the medial part of the caudal LHb. However, results of in situ hybridization showed that they were negative for the GABA synthesizing enzyme isoform GAD-67, and morphological analyses did not show morphological features of interneurons such as an extensively branching local axon. Nevertheless, they differed from YFP-negative LHb neurons in terms of firing pattern and passive electrophysiological properties, as well as the trajectory of the axon. Interestingly, a group of YFP-positive cells additionally showed an extensively branching dendritic tuft extending into the neighboring posterior paraventricular nucleus of the thalamus. This indicates a direct functional link between the thalamus and LHb, two brain regions that were thought to be anatomically and functionally segregated. To further elucidate the inputs to single YFP-positive LHb neurons, extracellular electrical stimulation of the stria medullaris (a major fiber tract conveying input from the forebrain to the LHb) and the paraventricular thalamus was performed. Noting experimental limitations, the results suggest that the input to YFP-positive cells is both glutamatergic and GABAergic. In summary, YFP-positive neurons form a distinct entity of cells in the LHb and exhibit features of projection neurons, rather than inhibitory interneurons. The precise identity of these cells, as well as the functional relevance of their connection to the thalamus remain to be elucidated.
Die laterale Habenula (LHb) und ihre Verbindungen spielen eine herausragende Rolle im heutigen Verständnis von Belohnungsverhalten und der Entstehung neuropsychiatrischer Erkrankungen wie der Depression. Die LHb ist eine phylogenetisch alte Hirnregion des Diencephalons und verbindet limbische Strukturen des Vorderhirns mit monoaminergen Zentren in Mittelhirn und Hirnstamm. Diese Funktion als einfache Relaisstation bestimmt auch heute das Verständnis der LHb und trotz intensiver Forschung innerhalb der letzten 20 Jahre ist über die Verschaltung und die Informationsverarbeitung innerhalb der LHb noch immer wenig bekannt. In Neokortex und Hippocampus steuern GABAerge Interneurone den Informationsfluss. Mithilfe der transgenen VGAT-Venus-A-Ratte und der Whole-Cell Patch clamp-Technik untersuchten wir deshalb die Eigenschaften einer Untergruppe von Neuronen in der LHb und ihre mögliche Funktion als inhibitorische Interneurone. Diese Zellen exprimieren das gelb fluoreszierende Protein Venus (YFP-positive Zellen) unter dem VGAT-Promoter, der stark in kortikalen GABAergen Interneuronen exprimiert wird. Die untersuchten YFP-positiven Zellen fanden sich in geringer Anzahl, vor allem im medialen Teil der kaudalen LHb. Sie waren negativ für die Isoform des GABA-synthetisierenden Enzyms GAD-67 und wiesen in der morphologischen Analyse kein stark verzweigtes, lokales Axon auf, wie es für kortikale Interneurone typisch ist. Jedoch fanden sich deutliche Unterschiede zu den YFP-negativen Zellen in der LHb hinsichtlich des Feuermusters, passiver elektrophysiologischer Eigenschaften und des Verlaufs des Axons. Interessanterweise reichte der basale, stark verzweigte Dendrit einer Gruppe von YFP-positiven Zellen in den benachbarten posterioren paraventrikulären Thalamus und bildete so eine direkte funktionelle Verbindung zwischen zwei Hirnregionen, die zuvor sowohl anatomisch als auch funktionell als getrennt betrachtet wurden. Mithilfe extrazellulärer, elektrischer Stimulation der stria medullaris, welche die Afferenzen der LHb aus dem Vorderhirn führt, und des benachbarten paraventrikulären Thalamus konnten wir außerdem zeigen, dass, unter Berücksichtigung der kleinen Fallzahl, YFP-positive Zellen sowohl glutamaterg als auch GABAerg innerviert sind. Zusammenfassend zeigten die untersuchten YFP-positiven Neurone keine typischen Merkmale inhibitorischer Interneurone, unterschieden sich jedoch deutlich von den YFP-negativen Zellen der LHb. Die genaue Identität dieser Zellen und die funktionelle Relevanz ihrer Verbindung zum Thalamus bleiben zu untersuchen.
