Część 1: Starzejące się myszy wykazują upośledzoną aktualizację pamięci w nowym paradygmacie aktualizacji OUL

więcej information:Ali.ma@wecistanche.com

Pls kliknij tutaj, aby część 2

Janine L. Kwapis1,2, Yasaman Alaghband1, Ashley A. Keiser1, Tri N. Dong1, Christina M. Michael1, Diane Rhee1, Guanhua Shu1, Richard T. Dang1, Dina P. Matheos1 i Marcelo A. Wood1

Wspomnienia nie utrzymują się w stałym, statycznym stanie, ale zamiast tego muszą być dynamicznie modyfikowane w odpowiedzi na nowe informacje. Chociaż nowypamięćFormacja jest zazwyczaj badana w warunkach laboratoryjnych, większość rzeczywistych skojarzeń to modyfikacje istniejących wspomnień, szczególnie w starzejącym się, doświadczonym mózgu. Do tej pory w tej dziedzinie brakowało prostego paradygmatu behawioralnego, który mógłby zmierzyć, czy oryginalne i zaktualizowane informacje są zapamiętywane w jednej sesji testowej. Aby wypełnić tę lukę, opracowaliśmy powieśćpamięćparadygmat aktualizacji, zwany zadaniem Obiekty w zaktualizowanych lokalizacjach (OUL), które jest w stanie ocenićpamięćaktualizacja w niestresowującym zadaniu, które jest odpowiednie zarówno dla młodych, jak i starych gryzoni. Najpierw pokazujemy, że młode myszy z powodzeniem zapamiętują zarówno oryginalną pamięć, jak i zaktualizowane informacje w OUL. Następnie wykazaliśmy, że infuzja wewnątrzhipokampowa inhibitora syntezy białek anisomycyny zakłóca zarówno zaktualizowane informacje, jak i oryginalną pamięć podczas testu, co sugeruje, że aktualizacja pamięci w OUL angażuje oryginalną pamięć. Aby to sprawdzić, użyliśmy techniki Arc CatFISH, aby pokazać, że sesja aktualizacji OUL reaktywuje w dużej mierze nakładający się zestaw neuronów jako oryginałpamięć. Wreszcie, używając OUL, pokazujemy, żepamięćaktualizacja jest upośledzona u starzejących się, 18-m.o. myszy. Łącznie wyniki te pokazują, że hipokamppamięćaktualizacja jest upośledzona wraz ze starzeniem się i ustalenie, że paradygmat OUL jest skuteczną, wrażliwą metodą oceny aktualizacji pamięci u gryzoni.

Kliknij, abyCistanche w języku urdu w celu poprawy pamięci

WPROWADZENIE

Pamięci muszą być dynamicznie aktualizowane, aby zawierały najbardziej istotne, najnowsze informacje w pamięci masowej. Ta zdolność do integracji nowych informacji z istniejącymipamięćma kluczowe znaczenie dla umożliwienia organizmom przewidywania przyszłych wyników i przystosowania się do nowych sytuacji. Większość wspomnień nie jest nowymi skojarzeniami, ale są zmianami lub dodatkami (aktualizacjami) do istniejących wspomnień, szczególnie w starzejącym się, doświadczonym mózgu. Pomimo swojego fundamentalnego znaczenia, mechanizmy wspierające aktualizację pamięci są w dużej mierze niescharakteryzowane, a jeszcze mniej wiadomo o tym, jak rozregulowanie tych mechanizmów może przyczynić się do związanego z wiekiem pogorszenia funkcji poznawczych. Zrozumienie, w jaki sposób wspomnienia są modyfikowane w odpowiedzi na nowe informacje, jest zatem ważnym krokiem w kierunku poprawypamięćprzez cały okres życia.

Wspomnienia mogą być aktualizowane poprzez proces zwany "rekonsolidacją", w którym pobieranie wyzwala okres labilności, który może pozwolić na włączenie nowych informacji do istniejącej, stabilnej.pamięć. Proces rekonsolidacji składa się z początkowej fazy destabilizacji naznaczonej degradacją białek, po której następuje faza restabilizacji charakteryzująca się syntezą białek [1–9]. Ostatnie prace wykazały, że ponowna konsolidacja jest inicjowana tylko wtedy, gdy nowe informacje są przedstawiane podczas wyszukiwania; gdy pobieranie składa się tylko ze znanych informacji, oryginałpamięćpozostaje stabilny i odporny na środki amnezyjne, takie jak inhibitory syntezy białek [2, 10–16]. Sugeruje to, że nowe informacje wywołują destabilizację pamięci, aby umożliwić modyfikację. Zgodnie z tym, liczne badania wskazują obecnie, że nowe informacje prezentowane podczas pobierania mogą zmieniać zawartość pamięci [2, 3, 11, 17, 18], afektywny składnik pamięci [19-22], powodować trwałe wygaśnięcie [23-27], a nawet reorganizować pamięć na poziomie obwodu [11, 28].

lokalizacjapamięć, określane jako paradygmat Objects in Updated Locations (OUL). Cele tego badania były dwojakie. Po pierwsze, chcieliśmy ustanowić zadanie OUL jako nową metodę badania zależnego od hipokampa.pamięćAktualizacji. Po drugie, chcieliśmy wykorzystać ten paradygmat do ustalenia, czypamięćaktualizacja jest upośledzona wraz z wiekiem.

Paradygmat OUL jest nowatorski, ponieważ jest w stanie ocenić zarówno oryginalną pamięć, jak i zaktualizowane informacje w jednej sesji testowej. Co więcej, OUL wykorzystuje przypadkowe uczenie się, które wykorzystuje wrodzoną preferencję gryzoni do nowości, unikając niepotrzebnego stresu i czyniąc go odpowiednim do testowania deficytów związanych z wiekiem w aktualizacji pamięci. Tutaj najpierw weryfikujemy zadanie OUL, demonstrując, że młode myszy pokazująpamięćzarówno dla oryginalnego treningu, jak i aktualizacji pamięci w sesji testowej OUL. Następnie zastosowaliśmy dwie uzupełniające się metody (zastrzyki anizomycyny wewnątrz hipokampa i Arc CatFISH), aby sprawdzić, czy aktualizacja OUL wymaga odzyskania oryginalnej pamięci, a nie tworzenia nowej, niezależnej pamięci. Wreszcie, używając OUL, pokazujemy, że starzejące się myszy wykazują upośledzenie wpamięćaktualizacja, co sugeruje, że niezdolność do aktualizacji wspomnień może przyczynić się do związanego z wiekiem pogorszenia funkcji poznawczych. Łącznie wyniki te pokazują, że paradygmat OUL można wykorzystać do zrozumienia mechanizmów leżących u podstaw aktualizacji pamięci hipokampa przez cały okres życia.

MATERIAŁY I METODY

Myszy

Badanymi były młode dorosłe (2-4-miesięczne) lub stare (18-20 miesięcy) samce myszy C57BL / 6 J (Jackson Laboratory). Myszy były trzymane, karmione i traktowane zgodnie z opisem w Metodach Uzupełniających. Wszystkie procedury zostały zatwierdzone przez University of California, Irvine's Institutional Animal Care and Use Committee i były zgodne z wytycznymi National Institutes of Health.

NASZE zadanie

Po obchodzeniu się z nimi i przyzwyczajeniu (patrz Metody uzupełniające) myszy były trenowane z dwoma identycznymi obiektami w określonych lokalizacjach (A1 i A2) przez 1 lub 3d w kontekście habituacji. Dwadzieścia cztery godziny później myszy otrzymały sesję aktualizacji, w której przypisano je do warunku Brak aktualizacji lub Warunku aktualizacji. Myszy z aktualizacją nie zostały ponownie wystawione na działanie miejsc treningowych A1 i A2. W przypadku myszy Update jeden obiekt został przeniesiony do nowej lokalizacji (A3). Na koniec myszy poddano testowi retencji, w którym wystawiono je na działanie trzech obiektów w wcześniej doświadczonych lokalizacjach (A1, A2, A3) i czwartego obiektu w nowej lokalizacji A4.Pamięćdla pierwotnej formacji szkoleniowej wywnioskowano, porównując eksplorację nowej lokalizacji A4 z lokalizacjami A1 i A2.Pamięćdla aktualizacji został wywnioskowany przez porównanie eksploracji nowej lokalizacji A4 z lokalizacją A3.

Operacja kannulacji

Myszom na ryc. 2 wszczepiono przewlekłe kaniule, jak wcześniej opisano [37], aby umożliwić bezpośredni wlew anizomycyny z hipokampa po aktualizacji (patrz Metody uzupełniające). Myszy wyzdrowiały przez co najmniej 7d przed rozpoczęciem testów behawioralnych. Natychmiast po sesji aktualizacji myszy obustronnie podawano anizomycynę (ANI, 125/μg/μL) lub nośnik (VEH) do hipokampa grzbietowego (1,0 μl/bok). Rozmieszczenie kaniuli potwierdzono poprzez barwienie plastrów koronalnych fioletem krezylowym.

Sum

Hybrydyzację fluorescencyjną in situ dla CatFISH przeprowadzono w sposób opisany wcześniej [38, 39] (szczegóły w uzupełnieniu). Znakowana dig antysensowna ryboprawna arc została hybrydyzowana z tkanką przez noc i wizualizowana za pomocą sprzężenia anty-DIG-HRP, wizualizowana za pomocą zestawu podłoży Cy3 i barwiona DAPI.

Obrazy konfokalne zebrano w obszarze CA1b hipokampa grzbietowego, a obrazy zostały ocenione w celu zidentyfikowania lokalizacji podprzedziału Arc w celu obliczenia wyniku podobieństwa, jak wcześniej opisano [39].

Analiza statystyczna

Zadanie OUL zostało ocenione ręcznie w celu zmierzenia czasów eksploracji obiektu, jak opisano wcześniej dla lokalizacji obiektupamięćeksperymenty [40, 41]. Analizy statystyczne (patrz Suplement) przeprowadzono przy użyciu dwustronnych testów t Studenta, jednokierunkowych ANOVA lub dwukierunkowych ANOVA z testami t skorygowanymi przez Sidaka. Mieszane modele ANOVA były stosowane, gdy jedna zmienna była powtarzaną miarą. Wartość α wynosząca 0,05 była wymagana dla istotności.

WYNIKI

Młode zwierzęta z powodzeniem pokazująpamięćzarówno do szkolenia, jak i aktualizacji informacji w OUL

Najpierw staraliśmy się zweryfikować zadanie OUL jako zdolne do ocenypamięćaktualizacja u młodych myszy (ryc. 1a). Po przyzwyczajeniu myszy zostały najpierw przeszkolone, aby nauczyć się lokalizacji dwóch identycznych obiektów w znanym kontekście (sesja treningowa, dzień 1). Następnego dnia, podczas sesji aktualizacji (dzień 2), myszy podzielono na dwie grupy. Grupa Bez aktualizacji została ponownie wystawiona na działanie dwóch znanych lokalizacji obiektów (A1 i A2). Grupa Aktualizacja została wystawiona na działanie jednej znanej lokalizacji obiektu (A1), a jeden obiekt został przeniesiony do nowej lokalizacji (A3). Wszystkie grupy otrzymały sesję testową (w dniu 3), aby ocenić pamięć zwierząt zarówno dla oryginalnych lokalizacji obiektów, jak i zaktualizowanej lokalizacji. Na dowód tego, myszy były wystawione na działanie czterech identycznych obiektów: trzech w wcześniej odsłoniętych miejscach (A1, A2 i A3) i jednego w nowym miejscu (A4).Pamięćdla pierwotnego szkolenia oceniano porównując eksplorację nowej lokalizacji obiektu (A4) z eksploracją lokalizacji obiektów treningowych (A1 i A2).Pamięćdla zaktualizowanych informacji została oceniona poprzez porównanie eksploracji nowej lokalizacji obiektu (A4) z eksploracją "zaktualizowanej" lokalizacji obiektu (A3). Ponieważ myszy preferują nowość, pamięć dla oryginalnej sesji treningowej lub zaktualizowanych informacji jest demonstrowana przez zwiększoną eksplorację obiektu w nowej lokalizacji (A4) w porównaniu z każdym z pozostałych trzech obiektów (wskazany przez wyższy wynik w indeksie dyskryminacji (DI), patrz metody).

Podczas treningu myszy w obu grupach wykazywały podobny poziom eksploracji obiektów A1 i A2, co skutkowało wskaźnikiem dyskryminacji (DI) bliskim zeru dla obu grup (ryc. 1bi; dwuogoniasty test t Studenta: t(17) = 0,086, p = 0,40). Całkowite poziomy eksploracji były również podobne między grupami No Update i Update podczas szkolenia (rys. 1bii; dwustronny test t studenta: t(17) = 0,035, p = 0,97, n = 10,9).

Aby potwierdzić, że oryginalna lokalizacja obiektupamięćzostał pomyślnie nabyty, następnie oceniliśmy wydajność podczas sesji aktualizacji (rys. 1c). Myszy z grupy No Update wykazywały równe preferencje dla ponownie narażonych lokalizacji A1 i A2, co spowodowało DI bliskie zeru (ryc. 1ci). Myszy z grupy Update, z drugiej strony, preferencyjnie zbadały poruszony obiekt A3 w porównaniu z nieporuszonym obiektem A1 i wykazały znacznie wyższy DI w porównaniu z grupą No Update (rys. 1ci, dwustronny test t Studenta: t(17) = 3,57, p = 0,002). Całkowita eksploracja była również znacznie wyższa w grupie Aktualizacji w porównaniu z grupą No Update podczas sesji aktualizacji (rys. 1cii; dwustronny test t Studenta: t(17) = 3,39, p = 0,004), co sugeruje, że myszy spędzały więcej czasu na badaniu obiektów, gdy wprowadzono nową lokalizację. Łącznie wyniki te potwierdzają, że pierwotne lokalizacje obiektów zostały poznane u młodych myszy wystawionych na 10-minutową sesję treningową, zgodnie z wcześniejszymi raportami [41, 42].

Aby ustalić, czy oryginałpamięćzostała zmodyfikowana w celu uwzględnienia zaktualizowanej lokalizacji obiektu (A3), myszy otrzymały sesję testową, w której przetestowano każdą znaną lokalizację (A1, A2 i A3)w stosunku do nowego położenia obiektu (A4) (rys. 1d). Surowy procentowy czas eksploracji dla każdego z czterech obiektów podczas sesji testowej pokazano na rys. uzupełniającym. 5A. Obie grupy pokazały nienaruszonepamięćdla oryginalnych informacji, ponieważ zarówno zwierzęta Update, jak i No Update podobnie preferowały nowatorską lokalizację A4 nad obiema oryginalnymi lokalizacjami A1 (ryc. 1di; dwugłowy test t Studenta: t(17) = 0,31, p = 0,76) i A2 (ryc. 1dii; dwustronny test t Studenta: t(17) = 1,66, p = 0,12). Potwierdza to, że po aktualizacji oryginalne informacje są zachowywane. Aby sprawdzić, czy zaktualizowane informacje zostały pomyślnie poznane, porównaliśmy również eksplorację nowej lokalizacji A4 ze zaktualizowaną lokalizacją A3 podczas sesji testowej. Myszy z grupy No Update wykazywały równe preferencje dla obiektów A3 i A4, co spowodowało, że DI nie różniło się znacząco od zera (ryc. 1diii; test t z jedną próbką w porównaniu do 0: t(9) = 1,55, p = 0,156). Myszy, którym przekazano aktualizację, z drugiej strony, preferencyjnie badały nowatorską lokalizację A4 w stosunku do zaktualizowanej lokalizacji A3 (ryc. 1diii, test t z jedną próbką w porównaniu do 0: t (8) = 3,42, p = 0,009; dwustronny test t Studenta porównujący aktualizację do braku aktualizacji: t (17) = 2,92, p = 0,0096), wskazując, że przypominają sobie zaktualizowaną lokalizację. Nie zaobserwowano różnic w całkowitej eksploracji podczas sesji testowej między grupami (ryc. 1div; dwugłowy test t Studenta: t(17) = 1,27, p = 0,22). Łącznie wyniki te potwierdzają, że młode zwierzęta wykazują zachowania preferencyjne zgodne z udanym przypomnieniem sobie zarówno oryginalnych informacji, jak i zaktualizowanych informacji podczas testu.

Ryc. 1 Młode myszy z powodzeniem wykonująpamięćaktualizacja w zadaniu OUL. projekt eksperymentalny. b Zachowanie sesji treningowej. Myszy wykazują niski DI, co wskazuje na brak preferencji dla obiektu A1 lub A2 (po lewej) i mają podobny poziom całkowitej eksploracji obiektu (po prawej). c Zaktualizuj zachowanie sesji. (i) Myszy w warunku aktualizacji preferują nowatorską lokalizację A3 od znanej lokalizacji A1, podczas gdy myszy No Update wykazują podobną eksplorację znanych lokalizacji A1 i A2, z DI bliskim zeru. (ii) Myszy aktualizujące wykazują znacznie więcej całkowitej eksploracji obiektów niż myszy No Update. d Zachowanie podczas sesji testowej. (i) Myszy w grupie Aktualizacja i Brak aktualizacji wykazują nienaruszoną pamięć dla oryginalnej lokalizacji obiektu treningowego A1. (ii) Obie grupy pokazują równieżpamięćdla oryginalnego miejsca szkolenia A2. (iii) Tylko grupa Aktualizacja wykazuje preferencję dla nowej lokalizacji A4 w stosunku do zaktualizowanej lokalizacji A3; Myszy No Update preferują obiekty A3 i A4 jednakowo. (iv) Myszy wykazują podobny poziom całkowitej eksploracji obiektu podczas sesji testowej. Dane prezentowane są jako średnia ± SEM. **p<>

Hamowanie syntezy białek hipokampa po aktualizacji zakłóca zarówno zaktualizowane informacje, jak i oryginałpamięćNastępnie sprawdziliśmy, czy zaktualizowane informacje zdobyte w zadaniu OUL modyfikują oryginałpamięćlub tworzy nowe, niezależne stowarzyszenie. Aby zadanie OUL było użytecznym modelem aktualizacji pamięci, oryginalna pamięć musi zostać pobrana i zmieniona w celu uwzględnienia nowych informacji o lokalizacji obiektu przedstawionych podczas aktualizacji. Aby to sprawdzić, zastosowaliśmy dwie uzupełniające się metody, aby zbadać, czy oryginałpamięćjest zaangażowany w sesję aktualizacji OUL: infuzje anisomycyny i analizę sumów.

Najpierw sprawdziliśmy, czy anizomycyna zastosowana po sesji aktualizacji wpłynie napamięćw celu uzyskania oryginalnych informacji o szkoleniu. Liczne badania wykazały, że infuzja po pobraniu inhibitora syntezy białek anisomycyny (ANI) może blokować rekonsolidację w pewnych warunkach [43, 44] przynajmniej tymczasowo [patrz 45]. Przypuszczalnie oryginałpamięćjest labilny dzięki nowym informacjom przedstawionym podczas pobierania, ale nie jest w stanie prawidłowo restabilizować w przypadku braku syntezy białek de novo, co prowadzi do zakłócenia pierwotnej pamięci [6–9]. Z drugiej strony, gdy podczas badania pobierania nie przedstawiono żadnych nowych informacji, infuzje ANI nie przynoszą efektu, ponieważ do rozpoczęcia rekonsolidacji wymagane są nowe informacje [6].

Aby ustalić, czy zaktualizowane informacje w zadaniu OUL dotyczą oryginałupamięć, natychmiast po sesji aktualizacji podaliśmy anizomycynę i oceniliśmy, czy osłabia to pierwotne skojarzenie (ryc. 2a). Po sesji aktualizacji wprowadziliśmy ANI bezpośrednio do hipokampa grzbietowego (DH) (ryc. 2b, poszczególne rozmieszczenia kaniuli pokazane na rys. 1A), ponieważ pamięci lokalizacji obiektów przestrzennych są szczególnie wrażliwe na manipulacje w tym regionie [40, 46, 47], co pozwoliłoby nam zlokalizowaćpamięćaktualizować i unikać pozadocelowych skutków globalnego hamowania syntezy białek. Myszy wykazały podobną eksplorację obiektów A1 i A2 podczas treningu (dwukierunkowa ANOVA, brak znaczących efektów głównych lub aktualizacja x interakcji leków) i miały podobny poziom całkowitej eksploracji (dwukierunkowa ANOVA, brak znaczących efektów głównych lub aktualizacja x interakcji leków) (Ryc. 1B, C). Podczas sesji aktualizacji myszy w stanie aktualizacji wykazywały znaczną preferencję dla poruszającego się obiektu, a myszy w stanie Bez aktualizacji nadal wykazywały podobną eksplorację obiektów w obu znanych lokalizacjach (rys. 2ci; dwukierunkowa ANOVA, znaczący główny efekt aktualizacji (F(1,29) = 42,31, p< 0.0001),="" but="" no="" significant="" effect="" of="" drug="" or="" significant="" interaction,="" n="6,6,12,9))." no="" group="" differences="" were="" observed="" between="" animals="" destined="" to="" get="" anisomycin="" or="" vehicle="" and="" no="" difference="" in="" total="" object="" exploration="" was="" observed="" during="" the="" update="" (fig.="" 2cii;="" two-way="" anova,="" no="" significant="" main="" effects="" or="" interaction).="" this="" suggests="" that="" before="" anisomycin="" infusion,="">

Ryc. 2 Zaburzenie syntezy białek popamięćaktualizacja osłabia zarówno oryginałpamięćoraz zaktualizowane informacje dotyczące młodych myszy. projekt eksperymentalny. b Reprezentatywne umieszczenie kaniuli ukierunkowane na obszar CA1 hipokampa grzbietowego. c Zaktualizuj zachowanie sesji. (i) Obie grupy myszy w warunku aktualizacji preferowały nowatorską lokalizację A3 nad znaną lokalizacją A1, podczas gdy myszy No Update wykazują DI bliskie zeru, co wskazuje na brak preferencji. (ii) Myszy wykazują podobną całkowitą eksplorację w różnych grupach. d Zachowanie podczas sesji testowej. (i) W przypadku oryginalnego obiektu treningowego A1 myszy w stanie bez aktualizacji wykazują nienaruszoną pamięć niezależnie od leczenia farmakologicznego. W przypadku stanu aktualizacji myszy leczone anizomicyną wykazują znacznie zmniejszone DI dla A1 w porównaniu z kontrolami nośnika, co wskazuje, że anisomycyna upośledzonapamięćdla oryginalnych informacji treningowych w Update animals. (ii) W przypadku pierwotnego obiektu treningowego A2 nie zaobserwowano znaczącego wpływu anizomycyny u zwierząt bez aktualizacji lub aktualizacji. (iii) W przypadku zaktualizowanej lokalizacji A3 zwierzęta bez aktualizacji wykazały niski POZIOM DI w porównaniu z obiektem A4, niezależnie od infuzji leku. Zaktualizowane zwierzęta, którym podano anisomycynę, wykazały znacznie niższe DI niż kontrole pojazdu, co wskazuje, że anisomycyna upośledza pamięć dla zaktualizowanych informacji. iv) Podczas testu nie zaobserwowano istotnych różnic w całkowitej eksploracji. Dane prezentowane są jako średnia ± SEM. **p< 0.01,="" ***p="">< 0.001,="" ****p="">< 0.0001.="" veh,="" vehicle;="" ani,="">