1. osa: Vananevad hiired näitavad halvenenud mälu värskendamist uudse OUL-i värskendamise paradigmas

lisateabe saamiseks:Ali.ma@wecistanche.com

Palun klõpsake siin 2. osa juurde

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 ja Marcelo A. Wood1

Mälestused ei püsi püsivas, staatilises olekus, vaid tuleb dünaamiliselt muuta vastuseks uuele teabele. Kuigi uusmäluteket uuritakse tavaliselt laboratoorsetes tingimustes, enamik reaalseid seoseid on olemasolevate mälestuste modifikatsioonid, eriti vananevas ja kogenud ajus. Siiani on valdkonnas puudunud lihtne käitumisparadigma, mis suudaks mõõta, kas algne ja uuendatud teave jääb ühe testiseansi jooksul meelde. Selle lünga kõrvaldamiseks oleme välja töötanud romaanimäluajakohastamise paradigma, mida nimetatakse ülesandeks uuendatud asukohtades (OUL) objektid, mis on võimelised hindamamäluvärskendamine stressivaba ülesandega, mis sobib nii noortele kui ka vanadele närilistele. Esmalt näitame, et noored hiired mäletavad edukalt nii algset mälu kui ka värskendatud teavet OUL-is. Järgmisena demonstreerime, et valgusünteesi inhibiitori anisomütsiini intrahippokampuse infusioon häirib testimisel nii värskendatud teavet kui ka algset mälu, mis viitab sellele, et mälu värskendamine OUL-is seob algse mälu. Selle kontrollimiseks kasutasime Arc CatFISH tehnikat, et näidata, et OUL-i värskendusseanss aktiveerib suures osas kattuva neuronite komplekti algsena.mälu. Lõpuks, kasutades OUL-i, näitame sedamäluvärskendamine on vananemise tõttu häiritud, 18-mo hiired. Need tulemused näitavad koos, et hipokampusmäluVärskendamine on vananemisega halvenenud ja näitavad, et OUL-i paradigma on tõhus ja tundlik meetod näriliste mälu värskendamise hindamiseks.

Klõpsake selleksCistanche urdu keeles mälu parandamiseks

SISSEJUHATUS

Mälestusi tuleb dünaamiliselt värskendada, et lisada talletusse kõige asjakohasem ja värskem teave. See võime integreerida uut teavet olemasolevassemäluon ülioluline, et võimaldada organismidel tulevasi tulemusi ette näha ja uute olukordadega kohaneda. Enamik mälestusi ei ole uued assotsiatsioonid, vaid on olemasolevate mälestuste muudatused või täiendused (värskendused), eriti vananevas ja kogenud ajus. Vaatamata oma põhilisele tähtsusele on mälu värskendamist toetavad mehhanismid suures osas iseloomustamata ja veelgi vähem mõistetakse, kuidas nende mehhanismide düsregulatsioon võib kaasa aidata vanusega seotud kognitiivsele langusele. Seetõttu on selle mõistmine, kuidas mälestusi uuele teabele reageerides muudetakse, oluline samm täiustamise suunasmälukogu eluea jooksul.

Mälestusi saab värskendada protsessiga, mida nimetatakse "taaskonsolideerimiseks", mille käigus otsimine käivitab labiilsuse perioodi, mis võib võimaldada uue teabe kaasamist olemasolevasse stabiilsessemälu. Taaskonsolideerimisprotsess koosneb esialgsest destabiliseerimisfaasist, mida iseloomustab valgu lagunemine, millele järgneb taasstabiliseerimisfaas, mida iseloomustab valgusüntees [1–9]. Hiljutine töö on näidanud, et uuesti konsolideerimist alustatakse ainult siis, kui otsimisel esitatakse uut teavet; kui otsimine koosneb ainult tuttavast teabest, siis originaalistmälujääb stabiilseks ja resistentseks amnestiliste ainete nagu valgusünteesi inhibiitorite suhtes [2, 10–16]. See viitab sellele, et uus teave käivitab mälu destabiliseerimise, et võimaldada muudatusi. Kooskõlas sellega näitavad arvukad uuringud nüüd, et otsingu käigus esitatav uus teave võib muuta mälu [2, 3, 11, 17, 18], mälu afektiivse komponendi [19–22] sisu, põhjustada püsivat väljasuremist [23–27]. ] või isegi mälu ümber korraldada vooluringi tasemel [11, 28].

asukohtmäluülesanne, mida nimetatakse uuendatud asukohtades objektide (OUL) paradigmaks. Sellel uuringul oli kaks eesmärki. Esiteks püüdsime luua OUL-i ülesande kui uue meetodi hipokampusest sõltuva uurimiseksmäluvärskendamine. Teiseks püüdsime seda paradigmat kasutada, et teha kindlaks, kasmäluuuendamine on vanusega häiritud.

OUL-i paradigma on uudne selle poolest, et see suudab ühe testiseansi jooksul hinnata nii algset mälu kui ka värskendatud teavet. Lisaks kasutab OUL juhuslikku õppimist, mis kasutab ära näriliste kaasasündinud eelistusi uudsuse suhtes, vältides tarbetut stressi ja muutes selle sobivaks mälu värskendamise vanusega seotud puudujääkide testimiseks. Siin kinnitame esmalt OUL-i ülesande, näidates, et noored hiired näitavadmälunii algse treeningu kui ka mäluvärskenduse jaoks OUL-i testiseansil. Järgmisena kasutasime kahte täiendavat meetodit (hipokampuse anisomütsiini süstid ja Arc CatFISH), et kontrollida, kas OUL-i värskendus nõuab uue, sõltumatu mälu moodustamise asemel algse mälu hankimist. Lõpuks, kasutades OUL-i, näitame, et vananevatel hiirtel on kahjustusimäluajakohastamine, mis viitab sellele, et võimetus mälestusi värskendada võib kaasa aidata vanusega seotud kognitiivsele langusele. Need tulemused näitavad koos, et OUL-i paradigmat saab kasutada hipokampuse mälu uuendamise aluseks olevate mehhanismide mõistmiseks kogu eluea jooksul.

MATERJALID JA MEETODID

Hiired

Katsealused olid noored täiskasvanud (2–4-kuused) või vanad (18–20 kuu vanused) isased C57BL/6 J hiired (Jackson Laboratory). Hiiri majutati, toideti ja käideldi, nagu on kirjeldatud täiendavates meetodites. Kõik protseduurid kiitis heaks California ülikooli Irvine'i institutsionaalne loomade hooldamise ja kasutamise komitee ning need olid kooskõlas riiklike terviseinstituutide juhistega.

MEIE ülesanne

Pärast käitlemist ja harjumist (vt täiendavaid meetodeid) treeniti hiiri kahe identse objektiga konkreetsetes kohtades (A1 ja A2) 1 või 3 päeva jooksul harjunud kontekstis. 24 tundi hiljem anti hiirtele värskendusseanss, mille käigus määrati neile kas värskenduseta või värskenduse tingimus. No Update hiired viidi uuesti kokku treeningukohtades A1 ja A2. Värskendushiirte puhul teisaldati üks objekt uude asukohta (A3). Lõpuks tehti hiirtele retentsioonitest, milles nad puutusid kokku kolme objektiga varem kogetud kohtades (A1, A2, A3) ja neljanda objektiga uudses asukohas A4.Mälualgse treeningu moodustumise kohta järeldati, võrreldes uudse asukoha A4 uurimist asukohtadega A1 ja A2.Mäluvärskenduse jaoks järeldati, võrreldes uudse asukoha A4 uurimist asukohaga A3.

Kanüüli eemaldamise operatsioon

Joonisel 2 kujutatud hiirtele implanteeriti kroonilised kanüülid, nagu eelnevalt kirjeldatud [37], et võimaldada anisomütsiini otsest infusiooni hipokampusse pärast värskendamist (vt Täiendavad meetodid). Hiired taastusid enne käitumistestide algust vähemalt 7 päeva. Vahetult pärast värskendusseanssi infundeeriti hiirtele kahepoolselt anisomütsiini (ANI, 125/ug/μL) või vehiikulit (VEH) dorsaalsesse hipokampusesse (1.0 μL/külg). Kanüüli paigutamine kinnitati koronaalsete viilude värvimisega kresüülvioletiga.

SÄGA

CatFISH-i fluorestsents in situ hübridisatsioon viidi läbi nagu eelnevalt kirjeldatud [38, 39] (üksikasju vt lisa). DIG-märgistatud Arc antisenss riboprobe hübridiseeriti koega üleöö ja visualiseeriti anti-DIG-HRP konjugaadiga, visualiseeriti Cy3 substraadikomplektiga ja värviti DAPI-ga.

Konfokaalsed kujutised koguti dorsaalse hipokampuse piirkonda CA1b ja pilte hinnati, et tuvastada kaare alamkambri lokaliseerimine, et arvutada sarnasusskoor, nagu eelnevalt kirjeldatud [39].

Statistiline analüüs

OUL-ülesanne hinnati käsitsi, et mõõta objekti uurimise aegu, nagu eelnevalt kirjeldatud objekti asukoha jaoksmälukatsed [40, 41]. Statistilised analüüsid (vt lisa) viidi läbi, kasutades kahepoolseid Studenti t-teste, ühesuunalisi ANOVA-sid või kahesuunalisi ANOVA-sid koos Sidak-korrigeeritud t-testidega. Segamudeli ANOVA-sid kasutati siis, kui üks muutuja oli korduv mõõt. Olulisuse jaoks oli vaja väärtust 0,05.

TULEMUSED

Noored loomad näitavad edukaltmälunii koolituse kui ka teabe uuendamise jaoks OUL-is

Kõigepealt püüdsime kinnitada, et OUL-i ülesanne on hindamisvõimelinemäluvärskendamine noortel hiirtel (joonis 1a). Pärast harjumist koolitati hiiri esmalt õppima kahe identse objekti asukohta tuttavas kontekstis (treening, 1. päev). Järgmisel päeval, värskendusseansi ajal (2. päev), jagati hiired kahte rühma. Värskenduseta rühm eksponeeriti uuesti kahele tuttavale objekti asukohale (A1 ja A2). Värskendamise gruppi eksponeeriti üks tuttav objekti asukoht (A1) ja üks objekt teisaldati uude asukohta (A3). Kõigile rühmadele tehti katseseanss (3. päeval), et hinnata loomade mälu nii objekti algsete asukohtade kui ka värskendatud asukoha osas. Tõen, hiired puutusid kokku nelja identse objektiga: kolm varem eksponeeritud kohtades (A1, A2 ja A3) ja üks uudses kohas (A4).Mälualgse koolituse jaoks hinnati, võrreldes uudse objekti asukoha uurimist (A4) õppeobjekti asukohtade uurimisega (A1 ja A2).Mäluuuendatud teabe jaoks hinnati, võrreldes uudse objekti asukoha uurimist (A4) "uuendatud" objekti asukoha uurimisega (A3). Kuna hiired eelistavad uudsust, näitab kas algse treeningu või värskendatud teabe mälu mälu uues asukohas (A4) võrreldes kõigi ülejäänud kolme objektiga (seda näitab kõrgem skoor diskrimineerimisindeksis () DI), vt meetodeid).

Treeningu ajal näitasid mõlema rühma hiired objektide A1 ja A2 uurimise taset sarnast, mille tulemuseks oli diskrimineerimisindeks (DI) mõlema rühma jaoks nullilähedane (joonis 1bi; kahesuunaline Studenti t-test: t(17) {{ 6}}.086, lk=0.40). Uuringute kogutasemed olid koolituse ajal sarnased ka rühmades Ei värskenda ja Värskenda (joonis 1bii; kahesuunaline Studenti t-test: t(17)=0.035, p=0.97, n=10,9).

Objekti algse asukoha kinnitamiseksmäluedukalt omandatud, hindasime järgmisena jõudlust värskendusseansi ajal (joonis 1c). Värskendamata rühma hiired eelistasid võrdselt uuesti eksponeeritud asukohti A1 ja A2, mille tulemuseks oli nullilähedane DI (joonis 1ci). Värskendusrühma hiired seevastu uurisid eelistatavalt teisaldatud objekti A3 võrreldes teisaldamata objektiga A1 ja näitasid oluliselt kõrgemat DI-d võrreldes grupiga No Update (joonis 1ci, kahesuunaline Studenti t-test: t(). 17)=3.57, p=0.002). Kogu uurimine oli värskendusseansi ajal ka värskendusrühmas oluliselt suurem kui värskendusteta rühmas (joonis 1cii; kahesuunaline Studenti t-test: t(17)=3.39, p {{22} }.004), mis viitab sellele, et hiired kulutasid uudse asukoha tutvustamisel rohkem aega objektide uurimiseks. Üheskoos kinnitavad need tulemused, et algsed objektide asukohad õpiti noortel hiirtel, kes olid kokku puutunud 10-minutise treeningsessiooniga, kooskõlas varasemate aruannetega [41, 42].

Et teha kindlaks, kas originaalmälumuudeti nii, et see hõlmaks uuendatud objekti asukohta (A3), hiirtele viidi läbi testseanss, kus testiti iga tuttavat asukohta (A1, A2 ja A3).vastu uudset objekti asukohta (A4) (joonis 1d). Toores protsentuaalne uurimisaeg iga nelja objekti kohta katseseansi ajal on näidatud täiendaval joonisel 5A. Mõlemad rühmad olid tervedmälualgse teabe jaoks, kuna nii uuendatud kui ka uuendamata loomad eelistasid sarnaselt uudset asukohta A4 mõlemale algsele asukohale A1 (joonis 1di; kahesuunaline Studenti t-test: t(17)=0.31, p { {8}}.76) ja A2 (joonis 1dii; kaheosaline Studenti t-test: t(17)=1.66, p=0.12). See kinnitab, et pärast värskendamist säilib algne teave. Et testida, kas värskendatud teave õpiti edukalt, võrdlesime testiseansi ajal ka uudse asukoha A4 uurimist värskendatud asukohaga A3. Värskenduseta hiired eelistasid võrdselt objekte A3 ja A4, mille tulemuseks oli DI, mis ei erinenud oluliselt nullist (joonis 1diii; ühe valimi t-test võrreldes 0: t(9)=1.55, lk {{30}}.156). Seevastu hiired, kellele tehti värskendus, uurisid eelistatavalt uudset asukohta A4 kui värskendatud asukohta A3 (joonis 1diii, ühe valimi t-test võrreldes 0-ga: t(8)=3.42, p { {41}}.009; kahesuunaline Studenti t-test, mis võrdleb värskendust värskenduse puudumisega: t(17)=2.92, p=0.0096), mis näitab, et nad meenutavad värskendatud asukohta. Rühmade vahel ei täheldatud erinevusi kogu uurimises testiseansi ajal (joonis 1div; kaheosaline Studenti t-test: t(17)=1.27, p=0.22). Üheskoos kinnitavad need tulemused, et noortel loomadel on eelistuskäitumine, mis on kooskõlas nii algse kui ka testi ajal värskendatud teabe eduka meeldetuletamisega.

Joonis 1 Noored hiired toimivad edukaltmäluvärskendamine OUL-i ülesandes. eksperimentaalne disain. b Treeningu käitumine. Hiirtel on madal DI, mis viitab sellele, et objekti A1 või A2 (vasakul) ei eelistata, ja neil on sarnane kogu objekti uurimise tase (paremal). c Seansi käitumise värskendamine. (i) Värskendamise seisundis hiired eelistavad uut asukohta A3 tuttavale asukohale A1, samas kui uuenduseta hiired uurivad sarnaselt tuttavaid asukohti A1 ja A2, kusjuures DI on nullilähedane. (ii) Värskendushiirtel on objektide täielik uurimine oluliselt suurem kui uuendamata hiirtel. d Käitumine katseseansi ajal. (i) Hiirtel nii värskenduse kui ka värskenduseta rühmas on algse treeningobjekti asukoha A1 mälu puutumatu. (ii) Mõlemad rühmad näitavad kamälualgse koolituskoha jaoks A2. (iii) Ainult grupp Värskendus näitab uudse asukoha A4 eelistust värskendatud asukohale A3; No Update hiired eelistavad võrdselt objekte A3 ja A4. (iv) Hiirtel on katseseansi ajal objektide kogu uurimise tase sarnane. Andmed on esitatud kui keskmine ± SEM. **p <>

Hipokampuse valgu sünteesi inhibeerimine pärast värskendamist häirib nii värskendatud teavet kui ka algsetmäluJärgmisena testisime, kas OUL-i ülesandes õpitud värskendatud teave muudab originaalimäluvõi moodustab uue iseseisva ühenduse. Selleks, et OUL-ülesanne oleks mälu värskendamise kasulik mudel, tuleb algne mälu hankida ja muuta, et lisada värskenduse ajal esitatud uus objekti asukohateave. Selle testimiseks kasutasime kahte üksteist täiendavat meetodit, et uurida, kas originaalmäluon seotud OUL-i värskendusseanssiga: anisomütsiini infusioonid ja catFISH analüüs.

Esiteks testisime, kas pärast värskendusseanssi rakendatud anisomütsiin mõjutabmälualgse koolitusteabe saamiseks. Arvukad uuringud on näidanud, et valgusünteesi inhibiitori anisomütsiini (ANI) otsimisjärgne infusioon võib teatud tingimustel [43, 44] vähemalt ajutiselt blokeerida [45]. Arvatavasti originaalmäluon otsimise ajal esitatud uue teabe tõttu labiilne, kuid see ei stabiliseeru korralikult de novo valgusünteesi puudumisel, mis põhjustab algse mälu häireid [6–9]. Teisest küljest, kui otsimiskatse ajal uut teavet ei esitata, pole ANI-infusioonidel mingit mõju, kuna taaskonsolideerimise alustamiseks on vaja uut teavet [6].

Et teha kindlaks, kas OUL-i ülesande värskendatud teave kaasab originaalimälu, infundeerisime anisomütsiini kohe pärast värskendusseanssi ja hindasime, kas see nõrgendas esialgset seost (joonis 2a). Me infundeerisime ANI pärast värskendusseanssi otse dorsaalsesse hipokampusesse (DH) (joonis 2b, üksikud kanüüli paigutused on näidatud täiendaval joonisel 1A), kuna ruumiobjektide asukohamälud on selles piirkonnas manipulatsioonide suhtes eriti tundlikud [40, 46, 47 ] ja see võimaldaks meil lokaliseeridamäluuuendada ja vältida globaalse valgusünteesi pärssimise kõrvalmõjusid. Hiired näitasid koolitusel sarnast objektide A1 ja A2 uurimist (kahesuunaline ANOVA, olulisi peamisi mõjusid või värskendusi x ravimite koostoime) ja neil oli sarnane kogu uurimise tase (kahesuunaline ANOVA, olulisi peamisi mõjusid või värskendust x ravimite koostoime) (Täiendav joonis 1B, C). Värskendusseansi ajal näitasid värskendusseisundis hiired liikuva objekti olulist eelistust ja värskenduseta olekus hiired jätkasid objektide sarnast uurimist mõlemas tuttavas kohas (joonis 2ci; kahesuunaline ANOVA, oluline peamine värskenduse mõju (F(1,29) {{10}.31, p < 0,0001),="" kuid="" puudub="" ravimi="" või="" olulise="" koostoime="" oluline="" mõju,="" n="6,6,12,9" )).="" anisomütsiini="" või="" vehiikulit="" saanud="" loomade="" vahel="" ei="" täheldatud="" rühmadevahelisi="" erinevusi="" ega="" erinevusi="" kogu="" objekti="" uurimisel="" (joonis="" 2cii;="" kahesuunaline="" anova,="" olulisi="" peamisi="" mõjusid="" ega="" koostoimeid).="" see="" viitab="" sellele,="" et="" enne="" anisomütsiini="" infusiooni="">

Joonis 2 Valgusünteesi katkestamine pärastmäluvärskendamine kahjustab nii originaalimäluja ajakohastatud teave noorte hiirte kohta. eksperimentaalne disain. b Tüüpiline kanüüli paigutuse sihtpiirkond CA1 dorsaalses hipokampuses. c Seansi käitumise värskendamine. (i) Mõlemad värskenduse seisundis hiirerühmad eelistasid uudset asukohta A3 tuttava asukoha A1 asemel, samas kui uuendamata hiirtel on DI nullilähedane, mis viitab eelistuse puudumisele. (ii) Hiirtel on rühmades sarnane kogu uurimine. d Käitumine katseseansi ajal. (i) Algse treeningobjekti A1 puhul näitavad värskenduseta seisundis hiired tervet mälu olenemata ravimiravist. Värskendusseisundi puhul on anisomütsiiniga ravitud hiirtel A1 DI märkimisväärselt vähenenud võrreldes vehiikli kontrollidega, mis näitab, et anisomütsiin on kahjustatudmälualgse koolitusteabe saamiseks jaotises Loomade värskendamine. (ii) Algse treeningobjekti A2 puhul ei täheldatud anisomütsiini märkimisväärset toimet ei uuendatud ega värskendatud loomadel. (iii) Värskendatud asukoha A3 puhul näitas uuendamata loomade DI võrreldes objektiga A4, olenemata ravimi infusioonist. Värskendatud loomadel, kellele manustati anisomütsiini, oli märkimisväärselt madalam DI kui vehiikli kontrollidel, mis näitab, et anisomütsiin halvendas värskendatud teabe mälu. iv) Katse ajal ei täheldatud olulisi erinevusi kogu uurimises. Andmed on esitatud kui keskmine ± SEM. **p < 0.01,="" ***p="">< 0,001,="" ****p="">< 0,0001.="" veh,="" sõiduk;="" ani,="">