Karboksüpeptidaas E tingimuslikud knockout hiired näitavad õppimis- ja mälupuudulikkust ning neurodegeneratsiooni, 1. osa

Karboksüpeptidaas E (CPE) on multifunktsionaalne valk, millel on erinevates süsteemides palju mitteensümaatilisi funktsioone. Varasemad uuringud, milles kasutati CPE knock-out hiiri, on näidanud, et CPE-l on neuroprotektiivne toime stressi vastu ning see on seotud õppimise ja mäluga.

Stressikindlus ja mälu on kaks lahutamatut aspekti. Olgu selleks töö, õppimine või elu, seisame silmitsi igasuguse survega. Mõnikord võivad need stressid panna meid tundma masendust, ärevust, väsimust ja isegi mõjutada meie mälu. Sel juhul peame leidma mõned viisid oma stressitaluvuse ja mälu parandamiseks.

Esiteks saab stressitaluvust parandada treeningu abil. Uuringud näitavad, et treening võib aidata inimestel ärevust ja depressiooni vähendada. Lisaks võib sobiv treening soodustada ainevahetust, parandada und ja parandada füüsilist vormi. Need kõik aitavad parandada meie stressitaluvust ja mälu.

Teiseks on psühholoogiline nõustamine ka tõhus vahend stressikindluse parandamiseks. Raskuste ja tagasilöökide korral suhtle kiiresti oma pere või sõpradega, et vabastada oma sisemised halvad emotsioonid ja vähendada psühholoogilist koormust, et saaksid paremini toime tulla survele ja väljakutsetele.

Lisaks on head uneharjumused olulised ka mälu ja stressiresistentsuse parandamiseks. Halb uni võib põhjustada füüsilist väsimust, depressiooni ja mälukaotust. Seetõttu peame kujundama häid magamisharjumusi, tagama igal õhtul piisava uneaja ning tagama une kvaliteedi.

Lõpuks on oluline ka positiivne suhtumine. Peate säilitama hea suhtumise, jätkama õppimist ja oma oskuste täiendamist, aktiivselt vastu astuma väljakutsetele, säilitama raskustega silmitsi seistes optimistliku hoiaku ning uskuma, et suudate pingetest üle saada ja edu saavutada.

Lühidalt, stressitaluvus ja mälu on kaks omavahel tihedalt seotud aspekti. Treenimise, psühholoogilise nõustamise, heade magamisharjumuste ja positiivse suhtumise abil saame tõhusalt parandada oma stressitaluvust ja mälu ning paremini toime tulla erinevatele väljakutsetele elus ja töös. On näha, et me peame parandama mälu ja Cistanche deserticola võib oluliselt parandada mälu, sest Cistanche deserticola on traditsiooniline Hiina ravimmaterjal, millel on palju ainulaadseid toimeid, millest üks on mälu parandamine. Hakkliha tõhusus tuleneb selles sisalduvatest erinevatest toimeainetest, sealhulgas hapetest, polüsahhariididest, flavonoididest jne. Need koostisosad võivad aju tervist mitmel viisil edendada.

Klõpsake nuppu Tea 10 võimalust mälu parandamiseks

CPE funktsioonid neuronites on siiski suures osas teadmata. Siin kasutasime CPE inneuronite tingimuslikuks väljalülitamiseks süsteemi Camk2a-Cre. Metsiktüüpi, CPEflox/− ja CPEflox/flox hiired võõrutati, neile märgiti kõrvamärgid ja nende saba lõigati genotüpiseerimiseks 3 nädala vanuselt ning neile tehti 8-aastaselt avamaa, objektide tuvastamise, Y-labürindi ja hirmu konditsioneerimise testid. nädalat vana.

CPEflox/flox hiirtel oli normaalne kehakaal ja glükoosi metabolism. Käitumistestid näitasid, et CPEflox/flox hiirtel oli õppimisvõime ja mälu halvenenud võrreldes metsiktüüpi ja CPEflox/- hiirtega. Üllataval kombel oli CPEflox / flox hiirte subiculum (Sub) piirkond täielikult degenereerunud, erinevalt CPE täieliku knockout hiirtest, millel on CA3 piirkonna neurodegeneratsioon. Lisaks viitas topeltkortiini immunovärvimine sellele, et CPEflox/flox hiirtel vähenes märkimisväärselt neurogenees hipokampuse dentaadis.

Huvitav on see, et TrkB fosforüülimine hipokampuses oli CPEflox / flox hiirtel alareguleeritud, kuid ajust tuletatud neurotroofsete faktorite tase ei olnud. Nii hipokampuses kui ka dorsaalses mediaalses prefrontaalses ajukoores täheldasime CPEflox / flox hiirtel MAP2 ja GFAP ekspressiooni vähenemist. Kokkuvõttes näitavad selle uuringu tulemused, et spetsiifiline neuronaalne CPE väljalülitamine põhjustab kesknärvisüsteemi talitlushäireid, sealhulgas õppimis- ja mälupuudulikkust, hipokampuse subdegeneratsiooni ja neurogeneesi häireid.

SISSEJUHATUS

Karboksüpeptidaas E (CPE), tuntud ka kui neurotroofne faktor- 1, on multifunktsionaalne valk, millel on endokriin- ja närvisüsteemis palju olulisi mitteensümaatilisi funktsioone [1]. CPE on rikastatud küpsetes sekretoorsetes vesiikulites ja mängib kriitilist rolli peptiidhormoonide ja neuropeptiidide biosünteesis [2]. CPE toimib ka paljude proproteiinide, sealhulgas proinsuliini, proenkefaliini, pro-opiomelanokortiini ja pro-aju-derived neurotroofse faktori (pro-BDNF) sorteeriva retseptorina [3].

Looduslikult esinev rasvumise fenotüübi hiiremutatsioon, nimega "rasv", on kaardistatud CPE geeniga [4]. Hilisem uuring näitas, et CPE-rasv/rasv ja CPE-knockout (KO) hiirtel esinesid sarnased fenotüübid, sealhulgas viljatus ja täiskasvanute rasvumine [5]. On teatatud, et inimese CPE geenis on mutatsioone, sealhulgas nullmutatsioone, mutatsioone, mis annavad kärbitud valke, ja selliseid, mille peamised katalüütilised jäägid on elimineeritud [6].

Raskete mutatsioonidega homosügootsed isikud on haigestunud rasvunud ja neil on hüpogonadism. Lisaks on II tüüpi diabeediga patsientidel leitud CPE missense polümorfismi. Mutatsioon muudab CPE ensüümi aktiivsust ja patsientidel algab II tüüpi diabeet [7]. Lisaks mängib CPE olulist rolli vesikulaarses transpordis, nagu on näidatud hipokampuse neuronites ja sünapsides [8].

Varasemad uuringud on näidanud, et kõrge CPE tase ekspresseerub hipokampuses ja sellel on neurotroofne roll, mis ei sõltu selle ensümaatilisest aktiivsusest, kaitstes stressist põhjustatud püramiidse neuronite surma ja kognitiivsete häirete eest [9, 10]. Stress kahjustab mitmete närvirakkude struktuuri ja funktsiooni. ajupiirkonnad [11].

Prefrontaalne ajukoor (PFC) on stressi peamine neuropatoloogiline sihtmärk, mis on seotud paljude ajukoore ja subkortikaalsete piirkondadega ning aitab kaasa kognitiivsetele funktsioonidele [12, 13]. Dorsaalne mediaalne PFC (dmPFC) hõlmab rostralanterioorset tsingulaarset ajukoort ja prelimbilist ajukoort, mis on piirkonnad, mis on seotud valu, emotsioonide ja tunnetuse moduleerimisega. On näidatud, et dmPFC funktsionaalne inaktiveerimine kutsub esile negatiivseid emotsioone ja vähendab kognitiivsust [14]. DmPFC neuronite aktiivsus edastab teavet varasemate valikute ja tulemuste kohta ning dmPFC eemaldamine või inaktiveerimine kahjustab juhtnööre [15].

Lisaks põhjustab stress närvivõrkude kahjustusi, kognitiivset düsfunktsiooni, hipokampuse degeneratsiooni ja neurogeneesi vähenemist [10]. DmPFC ja hipokampuse püramidaalsed neuronid näitavad stressi all atroofiat ning psühhosotsiaalne ja vaoshoitav stress põhjustavad atroofiat ligikaudu 3–4 nädala jooksul [11, 16]. Temorfoloogilised muutused varieeruvad sõltuvalt ajupiirkonnast. Krooniline pingestress põhjustab dendriitide tagasitõmbumist ja vähendab spinaaltihedust dmPFC ja hipokampuse prelimbilises piirkonnas [17].

Hipokampuse apikaalse dendriidi komplekssuse stressist põhjustatud vähenemine on kooskõlas hipokampuse funktsioonide, näiteks õppimise ja mälu, halvenemisega [18]. Lisaks põhjustavad neuronite vigastused ja apoptoos CA3 piirkonnas ruumilise mälu puudujääke [19]. Käitumuslikult on leitud, et stress kahjustab erinevaid hipokampusest sõltuvaid funktsioone, nagu mälu [20].

CPE-d moduleeritakse erinevat tüüpi stressi korral ja see on oluline neuronite kaitsmisel. Hipokampuses ja ajukoores olevad neuronid reguleerivad CPE ekspressiooni pärast isheemilist stressi, mis on seotud neuronite ellujäämisega [21].

Lisaks ilmnes pärast CPEknockouti (KO) hiirtel stressiparadigma, kui nad võõrutati 3 nädala vanuselt, CA3 piirkonna degeneratsioon ja neurogenees vähenes hambahammas (DG) [1, 22].

Selles uuringus kasutasime neuronite CPE kustutamiseks tavalist neuronispetsiifilist Camk2aCre süsteemi. Lõime CPE tingimusliku KO (cKO) hiiremudeli, et uurida CPE funktsiooni kadumise fenotüüpi aju neuronites. Hindasime stressiparadigma (võõrutatud, kõrvamärgistatud ja sabaga lõigatud) mõju 3 nädala vanuselt CPE-cKO hiirtele. Kognitiivse jõudluse hindamiseks kasutasime 8–10 nädala vanuses objektituvastuse, Y-labürindi ja hirmu konditsioneerimise teste. Lisaks analüüsisime neuronite ja astrotsüütide fenotüüpe, samuti neurogeneesi hipokampuses.

MEETODID

Loomad

Camk2a-Cre hiired ja CPEflox/flox hiired saadi firmast CyagenBiosciences (Suzhou, Hiina). Kõiki loomi hoiti ümbritseva keskkonna temperatuuril (22 kraadi ± 2 kraadi) loomuliku valguse/pimeduse tsükliga ning neile võimaldati vaba juurdepääs puhtale veele ja standardsele näriliste toidule. Camk2a-Cre ja CPEflox / floxhiiri nimetatakse CPE-cKO hiirteks. 3 nädala vanuselt hiired võõrutati, märgistati neile kõrvad ja nende sabad lõigati genotüpiseerimiseks, põhjustades emotsionaalse ja füüsilise stressi paradigma. Me viitame Camk2a-Cre'ile; CPEflox/flox hiired nagu CPEcKO, Camk2a-Cre; CPEflox/- hiired on heterosügootsed (HE) ja CPE-/- hiired aswild tüüpi (WT). Kõik loomadega tehtavad katseprotseduurid kiitis heaks Hiina Minzu ülikooli katseloomade eetikakomitee.

Polümeraasi ahelreaktsioon (PCR)

Lõigatud sabad koguti DNA eraldamiseks PCR jaoks, et tuvastada genotüüp. Praimerite järjestused on järgmised:

Kehakaal

WT, CPEflox/− ja CPEflox/flox hiiri (vanuses 1–20 nädalat; n=10 iga genotüübi jaoks) kaaluti igal nädalal, mida kasutati kaalumuutuste määramiseks. Iga hiire kaal keskmistati iga rühma jaoks.

Plasma glükoos

Pärast 12-tunnist paastumist koguti hiirte sabade venoosne veri ja see tuvastati veresuhkru jälgimissüsteemiga (Yuwell, Hiina). Vereproovid võeti sabaveenist tühja kõhuga plasma glükoosisisalduse määramiseks 0 min. Järgmisena süstiti igale hiirele intraperitoneaalselt 1 g/kg glükoosilahust. Seejärel määrasime vere glükoositaseme mõõtmiseks plasma glükoosisisalduse 15, 30, 60, 90 ja 120 minutiks.

Käitumistestid

WT, CPEflox/− ja CPEflox/flox hiirte käitumise hindamiseks läbisid 8–10-nädalased loomad avamaa, objektide tuvastamise, Y-labürindi ja hirmu konditsioneerimise testid.

Avatud väli

Uurimiskäitumist mõõdeti avatud välja aparaadiga (50 × 50 × 40 cm). Iga loom asetati aparaadi ühte nurka ja mõõdeti 7 minutit. Läbitud vahemaa salvestati viimase 5 minuti jooksul videopildisüsteemiga (Taimeng, Chengdu, Hiina).

Objekti tuvastamine

Objektide tuvastamise testi kasutati hiirte õppimise ja mälu testimiseks. Koolituspäeval asetati kaks identset objekti aparaadi diagonaalile (50 × 50 × 40 cm). Loomadel lasti 7 minutit vabalt uurida. Testimisprotseduuri jaoks asendati üks objekt koolituspäevaga samal diagonaalil uudse objektiga. Loomadel lasti 7 minutit vabalt uurida. Uurimisaeg uudse objekti ümber 2–3 cm kaugusel registreeriti viimase 5 minuti jooksul.

Y labürint

Uurimisaktiivsust ja töömälu mõõdeti Y-labürindi abil (käe pikkus: 30 cm, käe laius: 6 cm, seina kõrgus: 15 cm).Iga loom asetati keskossa. Kätesse sisenemiste arv ja muutused salvestati 7 minuti jooksul videopildisüsteemiga (Taimeng, Chengdu, Hiina). Tulemus arvutati korrektsiooninumbrina/käe kogu sisestusnumbrina.

Hirmu konditsioneerimine

Hirmu konditsioneerimine koosnes kahest kambrist ja külmutusmonitori kast (23 × 23 × 30 cm) asetati suuremasse helikindlasse ruumi (30 × 30 × 37 cm). Külmumismonitori kast sisaldas metallist võre jalašoki jaoks ning registreeriti loomade vertikaalsed ja horisontaalsed liikumised. Esimene päev oli konditsioneeritud refleksi treening. Protseduur oli järgmine: tegevusetus 60 sekundit ja seejärel stimulatsioon 12 korda.

Stimulatsiooni sisu sisaldas konditsioneeritud stiimulit 30 sekundit (75 dB), millele järgnes jälgimisintervall (30 s) ja lõppes 2-sekundilise jala šokiga (30 mA) ja 15-sekundilise tegevusetusega. Kuus tundi hiljem viidi läbi lühiajalise mälu test ja stiimulite arv vähendati 6-ni. Stimulatsiooniprotsessi ajal koosnes iga katse konditsioneeritud stiimulist, millele järgnes jälgimisintervall (30 sekundit) ja lõppes jalašoki andmata.

Pikaajalise mälu test viidi läbi järgmisel päeval ühepäevase intervalliga. Meetod oli sama, mis lühiajalise mälu puhul, et mõõta pikaajalise mälu kvaliteeti.

For more information:1950477648nn@gmail.com