Časť 1: Starnúce myši vykazujú poruchu aktualizácie pamäte v novom modeli aktualizácie OUL

pre viac informácií:{0}}

Pls kliknite sem pre časť 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 a Marcelo A. Wood1

Spomienky nezostávajú v trvalom, statickom stave, ale musia sa dynamicky upravovať v reakcii na nové informácie. Aj keď novéPamäťformovanie sa zvyčajne študuje v laboratórnom prostredí, väčšina asociácií v reálnom svete sú modifikácie existujúcich spomienok, najmä v starnúcom skúsenom mozgu. K dnešnému dňu v tejto oblasti chýbala jednoduchá behaviorálna paradigma, ktorá by dokázala zmerať, či sa pôvodné a aktualizované informácie zapamätajú v jedinej testovacej relácii. Na vyriešenie tejto medzery sme vyvinuli románPamäťaktualizačná paradigma, nazývaná úloha Objects in Updated Locations (OUL), ktorá je schopná vyhodnotiťPamäťaktualizácia v nestresujúcej úlohe, ktorá je vhodná pre mladé aj staré hlodavce. Najprv ukážeme, že mladé myši si úspešne pamätajú pôvodnú pamäť aj aktualizované informácie v OUL. Ďalej demonštrujeme, že intrahipokampálna infúzia inhibítora syntézy proteínov anisomycínu narúša pri teste aktualizované informácie aj pôvodnú pamäť, čo naznačuje, že aktualizácia pamäte v OUL zapája pôvodnú pamäť. Aby sme to overili, použili sme techniku ​​Arc CatFISH, aby sme ukázali, že relácia aktualizácie OUL reaktivuje do značnej miery prekrývajúcu sa množinu neurónov ako originál.Pamäť. Nakoniec to ukážeme pomocou OULPamäťaktualizácia je narušená starnutím, 18-má myší. Tieto výsledky spolu ukazujú, že hipokampálnePamäťaktualizácia sa starnutím zhoršuje a zistili, že paradigma OUL je efektívna a citlivá metóda hodnotenia aktualizácie pamäte u hlodavcov.

Kliknite naCistanche v Urdu na zlepšenie pamäte

ÚVOD

Pamäte sa musia dynamicky aktualizovať, aby do úložiska začlenili najrelevantnejšie najnovšie informácie. Táto schopnosť integrovať nové informácie do existujúcichPamäťje rozhodujúce, aby organizmy mohli predvídať budúce výsledky a prispôsobiť sa novým situáciám. Väčšina spomienok nie sú nové asociácie, ale sú to zmeny alebo doplnenia (aktualizácie) existujúcich spomienok, najmä v starnúcom skúsenom mozgu. Napriek svojej zásadnej dôležitosti sú mechanizmy, ktoré podporujú aktualizáciu pamäte, do značnej miery necharakterizované a ešte menej sa chápe, ako môže dysregulácia týchto mechanizmov prispieť k poklesu kognitívnych funkcií súvisiacich s vekom. Pochopenie toho, ako sa spomienky modifikujú v reakcii na nové informácie, je preto dôležitým krokom k zlepšeniuPamäťpočas celej životnosti.

Spomienky môžu byť aktualizované prostredníctvom procesu nazývaného „rekonsolidácia“, v ktorom vyhľadávanie spúšťa obdobie lability, ktoré by mohlo umožniť začlenenie nových informácií do existujúcej, stabilnejPamäť. Rekonsolidačný proces pozostáva z počiatočnej destabilizačnej fázy charakterizovanej degradáciou proteínov, po ktorej nasleduje restabilizačná fáza charakterizovaná syntézou proteínov [1–9]. Nedávna práca ukázala, že opätovná konsolidácia sa začne len vtedy, keď sa pri vyhľadávaní predložia nové informácie; keď vyhľadávanie pozostáva len zo známych informácií, origináluPamäťzostáva stabilný a odolný voči amnesickým látkam, ako sú inhibítory syntézy proteínov [2, 10–16]. To naznačuje, že nové informácie spúšťajú destabilizáciu pamäte, aby sa umožnila modifikácia. V súlade s tým mnohé štúdie teraz naznačujú, že nové informácie prezentované počas vyhľadávania môžu zmeniť obsah pamäte [2, 3, 11, 17, 18], afektívnej zložky pamäte [19–22], spôsobiť trvalé vymieranie [23–27 ], alebo dokonca reorganizovať pamäť na úrovni okruhu [11, 28].

umiestneniePamäťúloha, nazývaná paradigma Objekty v aktualizovaných miestach (OUL). Ciele tejto štúdie boli dvojaké. Najprv sme sa zamerali na stanovenie úlohy OUL ako novej metódy na štúdium závislého od hipokampuPamäťaktualizácie. Po druhé, chceli sme použiť túto paradigmu na určenie, čiPamäťaktualizácia je s vekom narušená.

Paradigma OUL je nová v tom, že je schopná posúdiť pôvodnú pamäť aj aktualizované informácie v jedinom teste. Ďalej OUL využíva náhodné učenie, ktoré využíva vrodenú preferenciu hlodavcov pre novosť, vyhýbajúc sa zbytočnému stresu a robí ho vhodným na testovanie vekom podmienených deficitov pri aktualizácii pamäte. Tu najprv overíme úlohu OUL a demonštrujeme, že mladé myši sa ukazujúPamäťpre pôvodný tréning aj aktualizáciu pamäte v testovacej relácii OUL. Ďalej sme použili dve komplementárne metódy (intra-hippokampálne injekcie anisomycínu a Arc CatFISH), aby sme overili, že aktualizácia OUL vyžaduje získanie pôvodnej pamäte, a nie vytvorenie novej nezávislej pamäte. Nakoniec pomocou OUL demonštrujeme, že starnúce myši vykazujú poruchyPamäťaktualizácia, čo naznačuje, že neschopnosť aktualizovať spomienky môže prispieť k poklesu kognitívnych funkcií súvisiacich s vekom. Tieto výsledky spolu ukazujú, že paradigma OUL môže byť použitá na pochopenie mechanizmov, ktoré sú základom aktualizácie hipokampálnej pamäte počas celého života.

MATERIÁLY A METÓDY

Myši

Subjektmi boli mladí dospelí (vo veku 2 – 4- mesiace) alebo starí (18 – 20 mesiacov) samci myší C57BL/6 J (Jackson Laboratory). Myši boli umiestnené, kŕmené a bolo s nimi zaobchádzané tak, ako je opísané v Doplnkových metódach. Všetky postupy boli schválené Kalifornskou univerzitou, Irvinovým výborom pre inštitucionálnu starostlivosť a používanie zvierat a boli v súlade s usmerneniami Národného inštitútu zdravia.

NAŠA úloha

Po manipulácii a habituácii (pozri doplnkové metódy) boli myši trénované s dvoma identickými objektmi na špecifických miestach (A1 a A2) na 1 alebo 3 d v habituovanom kontexte. O 24 hodín neskôr dostali myši reláciu aktualizácie, v ktorej im bola priradená buď podmienka Bez aktualizácie, alebo podmienka Aktualizácia. Myši No Update neboli znovu vystavené tréningovým miestam A1 a A2. V prípade Update myší bol jeden objekt presunutý na nové miesto (A3). Nakoniec myši dostali retenčný test, v ktorom boli vystavené trom objektom na predtým skúsených miestach (A1, A2, A3) a štvrtému objektu na novom mieste A4.Pamäťpôvodná cvičná formácia bola odvodená porovnaním prieskumu novej polohy A4 s polohami A1 a A2.Pamäťpre aktualizáciu bola odvodená porovnaním prieskumu nového miesta A4 s miestom A3.

Kanylačná operácia

Myšiam na obrázku 2 boli implantované chronické kanyly, ako už bolo opísané [37], aby sa umožnila priama hipokampálna infúzia anisomycínu po aktualizácii (pozri Doplnkové metódy). Myši sa zotavovali najmenej 7 dní pred začatím testovania správania. Ihneď po aktualizačnej relácii boli myšiam do dorzálneho hipokampu (1.0 μl/strana) obojstranne podané anisomycínom (ANI, 125/ug/μl) alebo vehikulom (VEH). Umiestnenie kanyly bolo potvrdené farbením koronálnych rezov kresylovou fialovou.

Sumec

Fluorescenčná in situ hybridizácia pre CatFISH sa uskutočnila tak, ako už bolo opísané [38, 39] (podrobnosti pozri v prílohe). Arc antisense ribosonda značená DIG bola cez noc hybridizovaná s tkanivom a vizualizovaná konjugátom anti-DIG-HRP, vizualizovaná pomocou súpravy Cy3 substrátu a kontrastne zafarbená DAPI.

Konfokálne snímky sa zbierali v oblasti CA1b dorzálneho hipokampu a snímky sa hodnotili, aby sa identifikovala podkompartmentová lokalizácia Arc, aby sa vypočítalo skóre podobnosti, ako už bolo opísané [39].

Štatistická analýza

Úloha OUL bola ručne hodnotená na meranie časov skúmania objektov, ako bolo opísané vyššie pre umiestnenie objektuPamäťexperimenty [40, 41]. Štatistické analýzy (pozri Dodatok) sa uskutočňovali s použitím dvojstranných Studentových t-testov, jednosmerných ANOVA alebo dvojcestných ANOVA s t-testmi korigovanými Sidakom. ANOVA so zmiešaným modelom sa použili, keď jedna premenná bola opakovaným meraním. Pre významnosť bola požadovaná hodnota 0,05.

VÝSLEDKY

Mladé zvieratá úspešne ukazujúPamäťpre školenia a aktualizácie informácií v OUL

Najprv sme sa zamerali na overenie úlohy OUL ako na posúdeniePamäťaktualizácia u mladých myší (obr. 1a). Po habituácii boli myši najprv trénované, aby sa naučili umiestnenie dvoch identických objektov v známom kontexte (tréning, deň 1). Nasledujúci deň, počas aktualizácie (deň 2), boli myši rozdelené do dvoch skupín. Skupina No Update bola znovu vystavená dvom známym umiestneniam objektov (A1 a A2). Skupina Aktualizácia bola vystavená jednému známemu umiestneniu objektu (A1) a jeden objekt bol presunutý na nové miesto (A3). Všetky skupiny dostali testovaciu reláciu (v deň 3), aby sa vyhodnotila pamäť zvierat pre umiestnenie pôvodných objektov aj aktualizované umiestnenie. Potvrdzujeme, že myši boli vystavené štyrom identickým objektom: tri na predtým exponovaných miestach (A1, A2 a A3) a jeden na novom mieste (A4).Pamäťpre pôvodný výcvik bol hodnotený porovnaním prieskumu polohy nového objektu (A4) s prieskumom umiestnení výcvikového objektu (A1 a A2).Pamäťpre aktualizované informácie bola hodnotená porovnaním prieskumu polohy nového objektu (A4) s prieskumom polohy "aktualizovaného" objektu (A3). Keďže myši uprednostňujú novosť, pamäť buď na pôvodnú tréningovú reláciu alebo aktualizované informácie sa demonštruje zvýšeným prieskumom objektu na novom mieste (A4) v ​​porovnaní s každým z ostatných troch objektov (indikované vyšším skóre na indexe diskriminácie ( DI), pozri metódy).

Počas tréningu myši v oboch skupinách vykazovali podobné úrovne skúmania objektov A1 a A2, čo viedlo k diskriminačnému indexu (DI) blízko nule pre obe skupiny (obr. 1bi; dvojstranný Studentov t-test: t(17) {{ 6}}.086, p=0.40). Celkové úrovne prieskumu boli počas tréningu podobné aj medzi skupinami Bez aktualizácie a Aktualizácia (obr. 1bii; dvojstranný Studentov t-test: t(17)=0,035, p=0,97, n=10,9).

Na potvrdenie pôvodného umiestnenia objektuPamäťbola úspešne získaná, ďalej sme hodnotili výkon počas relácie aktualizácie (obr. 1c). Myši v skupine No Update vykazovali rovnakú preferenciu pre re-exponované miesta A1 a A2, čo viedlo k DI takmer nule (obr. 1ci). Na druhej strane myši v skupine Aktualizácia prednostne skúmali presunutý objekt A3 v porovnaní s nepohnutým objektom A1 a vykazovali výrazne vyšší DI v porovnaní so skupinou Bez aktualizácie (obr. 1ci, dvojstranný Studentov t-test: t( 17)=3.57, s.=0.002). Celkový prieskum bol tiež výrazne vyšší v skupine Aktualizácia v porovnaní so skupinou Bez aktualizácie počas relácie aktualizácie (obr. 1cii; dvojstranný Studentov t-test: t(17)=3,39, p {{22} }.004), čo naznačuje, že myši strávili viac času skúmaním objektov, keď bolo predstavené nové miesto. Tieto výsledky spolu potvrdzujú, že pôvodné polohy objektov sa naučili u mladých myší vystavených 10-minútovému tréningu, čo je v súlade s predchádzajúcimi správami [41, 42].

Ak chcete zistiť, či originálPamäťbola upravená tak, aby zahŕňala aktualizované umiestnenie objektu (A3), myši dostali testovaciu reláciu, v ktorej sa testovalo každé známe miesto (A1, A2 a A3).oproti novému umiestneniu objektu (A4) (obr. 1d). Surový percentuálny čas prieskumu pre každý zo štyroch objektov počas testovacej relácie je znázornený na doplnkovom obrázku 5A. Obe skupiny sa ukázali ako intaktnéPamäťpre pôvodné informácie, keďže zvieratá Aktualizácia aj Bez aktualizácie podobne preferovali novú polohu A4 pred oboma pôvodnými lokalitami A1 (obr. 1di; dvojstranný Studentov t-test: t(17)=0.31, p { {8}}.76) a A2 (obr. 1dii; dvojstranný Studentov t-test: t(17)=1.66, p=0.12). To potvrdzuje, že po aktualizácii sa pôvodné informácie zachovajú. Aby sme otestovali, či sa aktualizované informácie úspešne naučili, počas testovacej relácie sme porovnali aj prieskum nového miesta A4 s aktualizovaným miestom A3. Myši v skupine Bez aktualizácie vykazovali rovnakú preferenciu pre objekty A3 a A4, čo viedlo k DI, ktoré sa výrazne nelíšilo od nuly (obr. 1diii; jednovzorkový t-test v porovnaní s 0: t(9)=1.55, p {{30}}.156). Na druhej strane myši po aktualizácii prednostne skúmali novú polohu A4 pred aktualizovanou polohou A3 (obr. 1diii, jednovzorkový t-test v porovnaní s 0: t(8)=3.42, p { {41}}.009; dvojstranný Studentov t-test porovnávajúci Aktualizáciu s Bez aktualizácie: t(17)=2.92, p=0.0096, čo naznačuje, že si pamätajú aktualizované umiestnenie. Medzi skupinami neboli pozorované žiadne rozdiely v celkovom prieskume počas testovacej relácie (obr. 1div; dvojstranný Studentov t-test: t(17)=1.27, p=0.22). Tieto výsledky spolu potvrdzujú, že mladé zvieratá vykazujú preferenčné správanie v súlade s úspešným vybavovaním pôvodných informácií aj aktualizovaných informácií pri teste.

Obr. 1 Mladé myši úspešne fungujúPamäťaktualizácia v úlohe OUL. experimentálny dizajn. b Správanie počas tréningu. Myši vykazujú nízke DI, čo naznačuje, že neuprednostňujú objekt A1 alebo A2 (vľavo) a majú podobné úrovne celkového skúmania objektov (vpravo). c Aktualizujte správanie relácie. (i) Myši v stave aktualizácie uprednostňujú nové miesto A3 pred známym miestom A1, zatiaľ čo myši bez aktualizácie vykazujú podobné skúmanie známych miest A1 a A2 s DI blízkou nule. (ii) Aktualizované myši vykazujú podstatne viac celkového skúmania objektov ako myši bez aktualizácie. d Správanie počas testovacej relácie. (i) Myši v skupine Aktualizovať aj Bez aktualizácie vykazujú neporušenú pamäť pre pôvodné umiestnenie cvičného objektu A1. (ii) Obidve skupiny tiež ukazujúPamäťpre pôvodné miesto tréningu A2. (iii) iba skupina Aktualizácia zobrazuje preferenciu pre nové umiestnenie A4 pred aktualizovaným umiestnením A3; Myši No Update preferujú objekty A3 a A4 rovnako. (iv) Myši vykazujú podobné úrovne celkového skúmania objektov počas testovacej relácie. Údaje sú prezentované ako priemer ± SEM. **p <>

Inhibícia syntézy hipokampálnych proteínov po aktualizácii narúša aktualizované aj pôvodné informáciePamäťĎalej sme testovali, či aktualizované informácie získané v úlohe OUL modifikujú originálPamäťalebo vytvorí nové, nezávislé združenie. Aby bola úloha OUL užitočným modelom aktualizácie pamäte, pôvodná pamäť musí byť získaná a zmenená tak, aby obsahovala informácie o umiestnení nového objektu prezentované počas aktualizácie. Aby sme to otestovali, použili sme dve doplnkové metódy, aby sme preskúmali, či je originálPamäťsa zaoberá aktualizáciou OUL: infúzie anisomycínu a analýza catFISH.

Najprv sme testovali, či to ovplyvní anizomycín aplikovaný po aktualizáciiPamäťpre pôvodné informácie o tréningu. Početné štúdie ukázali, že infúzia inhibítora syntézy proteínov anisomycínu (ANI) po odbere môže za určitých podmienok aspoň dočasne blokovať rekonsolidáciu [43, 44] (pozri 45). Vraj originálPamäťje labilný novými informáciami prezentovanými počas vyhľadávania, ale nedokáže sa správne restabilizovať pri absencii de novo syntézy proteínov, čo vedie k narušeniu pôvodnej pamäte [6–9]. Na druhej strane, keď sa počas vyhľadávacieho pokusu neprezentujú žiadne nové informácie, infúzie ANI nemajú žiadny účinok, pretože na začatie rekonsolidácie sú potrebné nové informácie [6].

Na určenie, či aktualizované informácie v úlohe OUL zaberajú originálPamäťIhneď po aktualizácii sme podali anizomycín a zhodnotili sme, či to oslabilo pôvodnú asociáciu (obr. 2a). Po aktualizácii sme podali ANI priamo do dorzálneho hipokampu (DH) (obr. 2b, jednotlivé umiestnenia kanyly zobrazené na doplnkovom obrázku 1A), pretože pamäte na umiestnenie priestorových objektov sú obzvlášť citlivé na manipulácie v tejto oblasti [40, 46, 47 ] a to by nám umožnilo lokalizovaťPamäťaktualizovať a vyhnúť sa mimocieľovým účinkom globálnej inhibície syntézy proteínov. Myši vykazovali podobné skúmanie objektov A1 a A2 pri tréningu (obojsmerná ANOVA, žiadne významné hlavné účinky alebo aktualizácia x lieková interakcia) a mali podobné úrovne celkového prieskumu (dvojcestná ANOVA, žiadne významné hlavné účinky alebo aktualizácia x lieková interakcia) (Doplnkový obrázok 1B, C). Počas relácie aktualizácie myši v stave aktualizácie vykazovali významnú preferenciu pre pohybujúci sa objekt a myši v stave bez aktualizácie naďalej vykazovali podobné skúmanie objektov na oboch známych miestach (obr. 2ci; obojsmerná ANOVA, významná hlavná účinok aktualizácie (F(1,29) {{10}}.31, p < 0,0001),="" ale="" žiadny="" významný="" účinok="" lieku="" alebo="" významná="" interakcia,="" n="6,6,12,9" )).="" neboli="" pozorované="" žiadne="" skupinové="" rozdiely="" medzi="" zvieratami="" určenými="" na="" získanie="" anizomycínu="" alebo="" vehikula="" a="" počas="" aktualizácie="" nebol="" pozorovaný="" žiadny="" rozdiel="" v="" celkovom="" skúmaní="" objektu="" (obr.="" 2cii;="" dvojcestná="" anova,="" žiadne="" významné="" hlavné="" účinky="" alebo="" interakcia).="" to="" naznačuje,="" že="" pred="" infúziou="" anisomycínu="">

Obr. 2 Prerušenie syntézy bielkovín poPamäťaktualizácia poškodí aj originálPamäťa aktualizované informácie u mladých myší. experimentálny dizajn. b Reprezentatívna cieľová oblasť umiestnenia kanyly CA1 dorzálneho hipokampu. c Aktualizujte správanie relácie. (i) Obe skupiny myší v stave aktualizácie uprednostňovali novú polohu A3 pred známou polohou A1, zatiaľ čo myši bez aktualizácie vykazujú DI blízko nule, čo naznačuje žiadnu preferenciu. (ii) Myši vykazujú podobný celkový prieskum medzi skupinami. d Správanie počas testovacej relácie. (i) Pre pôvodný tréningový objekt A1 myši v stave bez aktualizácie vykazujú neporušenú pamäť bez ohľadu na liečbu liekom. Pokiaľ ide o stav aktualizácie, myši liečené anisomycínom vykazujú významne znížený DI pre A1 v porovnaní s kontrolami s vehikulom, čo naznačuje, že anizomycín zhoršilPamäťpre pôvodné informácie o výcviku v časti Aktualizácia zvierat. (ii) Pre pôvodný tréningový objekt A2 nebol pozorovaný žiadny významný účinok anisomycínu ani u zvierat bez aktualizácie, ani u zvierat s aktualizáciou. (iii) Pre aktualizované umiestnenie A3 zvieratá bez aktualizácie vykazovali nízky DI v porovnaní s objektom A4, bez ohľadu na infúziu lieku. Aktualizované zvieratá, ktorým bol podávaný anizomycín, vykazovali výrazne nižší DI ako kontroly s vehikulom, čo naznačuje, že anizomycín zhoršil pamäť pre aktualizované informácie. iv) Pri teste neboli pozorované žiadne významné rozdiely v celkovom prieskume. Údaje sú prezentované ako priemer ± SEM. **p < 0.01,="" ***p="">< 0.001,="" ****p="">< 0,0001.="" veh,="" vozidlo;="" ani,="">