Elucidarea rolului sintezei proteinelor în consolidarea memoriei dependentă de hipocamp de-a lungul zilei și nopții

Contact: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-mail:audrey.hu@wecistanche.com

Abstract

Este larg recunoscut că sinteza proteinelor de novo este crucială pentru formarea și consolidarea amintirilor pe termen lung. În timp ce activitatea bazală a multor cascade de semnalizare care modulează sinteza proteinelor fluctuează într-un mod circadian, nu este clar dacă dinamica temporală a consolidării memoriei dependente de sinteza proteinelor variază în funcție de momentul zilei. Mai precis, nu este clar dacă inhibarea sintezei proteinelor afectează consolidarea memoriei dependentă de hipocamp la rozătoare în mod diferențial de-a lungul zilei (adică, faza inactivă cu un somn din abundență) și noapte (adică, faza activă cu puțin somn). Pentru a aborda această întrebare, șoarecii masculi și femele C57Bl6/J au fost antrenați într-o sarcină contextuală de condiționare a fricii la începutul sfârșitului fazei de lumină. Animalele au primit o singură injecție sistemică cu inhibitorul sintezei proteinelor anisomicină sau vehicul direct, la 4, 8 ore sau 11,5 ore după antrenament, iar memoria a fost evaluată după 24 de ore. Aici, arătăm că inhibarea sintezei proteinelor a afectat consolidarea amintirilor context – frică în mod selectiv atunci când inhibitorul sintezei proteinelor a fost administrat în primele trei puncte de timp, indiferent de momentul antrenamentului. Chiar dacă activitatea de bază a căilor de semnalizare care reglează sinteza proteinelor de novo poate fluctua pe parcursul 24-h, aceste rezultate sugerează că dinamica temporală a consolidării memoriei dependente de sinteza proteinelor este similară pentru învățarea pe timp de zi și pe timp de noapte. .

CUVINTE CHEIE anisomicină, hipocamp, memorie, șoareci, sinteza proteinelor

supliment desertliving cistanche: îmbunătățirea memoriei

1. INTRODUCERE

Capacitatea de a forma noi amintiri este crucială pentru adaptarea animalelor la un mediu complex și adesea în schimbare (Bruel-Jungerman, Davis și Laroche, 2007). Formarea de noi amintiri implică o gamă largă de procese moleculare și celulare (Asok, Leroy, Rayman și Kandel, 2019; Nadel, Hupbach, Gomez și Newman-Smith, 2012). Procesele de memorie pot fi împărțite în diferite faze și includ următoarele: (a) achiziția de noi informații, (b) consolidarea memoriei pe termen scurt în amintiri pe termen lung și (c) regăsirea informațiilor stocate (Abel & Lattal, 2001). Aceste procese apar în intervale de timp diferite și depind de mecanisme moleculare diferite, deși unele dintre mecanismele de bază se pot suprapune (Abel și Lattal, 2001; Akkerman, Blokland și Prickaerts, 2016).

Achiziția inițială a inputului senzorial are loc în momentul în care sunt prezentate informații noi și include codificarea acestor informații (Abel & Lattal, 2001; Tonegawa, Pignatelli, Roy, & Ryan, 2015). Consolidarea memoriei începe direct după achiziție (Abel și Lattal, 2001; Havekes, Meerlo și Abel, 2015). În timpul acestui proces, memoria labilă inițială este stabilizată în memorie pe termen lung, iar acest proces este sensibil la întrerupere (Abel și Lattal, 2001; Havekes și colab., 2015). Ulterior, atunci când este necesar, informațiile stocate pot fi accesate și rechemate în timpul recuperării (Abel & Lattal, 2001; Havekes et al., 2015).

Hipocampul contribuie critic la formarea amintirilor declarative și episodice, inclusiv amintiri spațiale și contextuale (Daumas, Halley, Frances și Lassalle, 2005; Eichenbaum și Cohen, 2014; Morris, Garrud, Rawlins și O'Keefe, 1982; Moser și Moser, 1998; Nadel și Moscovitch, 1997; Oliveira, Hawk, Abel și Havekes, 2010; Phillips și LeDoux, 1992; Scoville și Milner, 1957; Squire, 1992). O paradigmă folosită frecvent pentru a elucida fundamentele moleculare ale amintirilor specifice contextului este sarcina de condiționare a fricii contextuale (CFC), care se bazează atât pe hipocamp, cât și pe amigdală (Daumas și colab., 2005; Havekes, Park, Tolentino și colab. , 2016a; Kochi, Thompson, Fricke, Postle și Quinn, 2015; Parsons, Gafford, Baruch, Riedner și Helmstetter, 2006; Phillips și LeDoux, 1992; Rudy, Barrientos și O'Reilly, 2002). Antrenamentul în această paradigmă are ca rezultat o asociere context – frică a casetei de condiționare (stimulul condiționat, CS) cu un stimul advers neașteptat, adesea un șoc ușor la picior (stimulul necondiționat, US).

La reexpunerea la același context, șoarecii care au învățat cu succes să asocieze CS cu SUA prezintă niveluri ridicate de îngheț (adică, lipsa completă de mișcare, cu excepția comportamentului respirator), indicând o memorie de context – frică. Deoarece este necesară doar o singură sesiune de antrenament pentru a forma o memorie robustă a fricii contextuale, acest test este ideal pentru a examina mecanismele moleculare care contribuie la diferitele etape ale memoriei. Consolidarea amintirilor pe termen lung stabile, recuperabile în mod natural, inclusiv cele dependente de funcția adecvată a hipocampului, necesită sinteza proteinelor de novo (Bourtchouladze și colab., 1998; Davis & Squire, 1984; Jarome & Helmstetter, 2014; Lattal, Honarvar, & Abel, 2004; Ryan, Roy, Pignatelli, Arons și Tonegawa, 2015). Într-adevăr, blocarea sintezei proteinelor folosind inhibitori ai sintezei proteinelor atenuează formarea amintirilor obiectelor (Rossato et al., 2007), a amintirilor spațiale (Artinian și colab., 2008) și a asociațiilor context-frică (Bourtchouladze și colab., 1998). Interesant este că reglarea proceselor implicate în învățare și memorie, cum ar fi sinteza proteinelor, poate varia în timpul zilei și al nopții (Aten și colab., 2018; Frank, 2016; Gerstner și Yin, 2010; Jilg și colab., 2010; Kim; și colab., 2019; Nakanishi și colab., 1997; Ramm & Smith, 1990; Rawashdeh, Jilg, Maronde, Fahrenkrug și Stehle, 2016; Snider, Sullivan și Obrietan, 2018). De exemplu, nivelurile de cAMP din hipocamp, precum și fosforilarea proteinei kinazei activate de mitogen (MAPK) și a proteinei de legare a elementelor de răspuns la cAMP (CREB) prezintă oscilații zilnice, ceea ce poate sugera reglarea circadiană a căilor cAMP/MAPK/CREB (Eckel- Mahan et al., 2008; Mizuno & Giese, 2005; Rawashdeh et al., 2016; Snider et al., 2018; Trifilieff et al., 2006).

Este important că reglarea căii de semnalizare a țintei mamiferelor a complexului 1 al rapamicinei (mTORC1), care este cheia pentru sinteza proteinelor prin inițierea translației, arată, de asemenea, oscilații zilnice (Jouffe și colab., 2013; Robles, Humphrey și Mann, 2017; Saraf, Luo, Morris și Storm, 2014). Recent, s-a demonstrat că acumularea de Per2, o proteină de bază a ceasului, are ca rezultat inactivarea mTORC1, scăzând translația proteinelor (Wu et al., 2019). Prin urmare, reglarea proceselor care sunt importante pentru învățare și memorie arată oscilații de-a lungul zilei și nopții. În ciuda acestor observații, nu este clar dacă aceste oscilații zilnice în activitatea bazală a căilor de semnalizare critice pentru învățare și memorie afectează dinamica temporală a consolidării memoriei dependente de sinteza proteinelor. Cu alte cuvinte, variația zilnică a activității bazale a acestor căi înseamnă că procesarea și stocarea de informații noi care depind de sinteza proteinelor variază de-a lungul zilei? Pentru a răspunde la această întrebare, am evaluat la șoareci dacă inhibarea sintezei proteinelor afectează consolidarea memoriei în mod similar în faza de lumină (faza de repaus) și faza întunecată (faza activă). Animalele au fost antrenate la începutul sau la sfârșitul fazei de lumină, iar inhibitorul sintezei proteinelor anisomicină sau vehiculul a fost administrat sistemic la diferite momente după antrenament în sarcina de condiționare a fricii contextuală dependentă de hipocamp.

extract de cistanche: îmbunătățește memoria

2. MATERIALE ȘI METODE

Subiecți Un total de 64 de șoareci masculi și 64 de femele C57BL/6J au fost obținuți la vârsta de 6 săptămâni (Janvier Labs) și găzduiți în perechi de același sex pe tot parcursul experimentului. Cuștile conțineau o rolă de carton, așternut standard și material de cuib. Mâncarea și apa erau disponibile ad libitum. În timpul experimentului, șoarecii au fost găzduiți la o temperatură constantă (21 de grade) și într-un program de 12-h de lumină/{12-h de întuneric cu luminile aprinse la ora 10 dimineața pentru animalele care au fost antrenate la începutul experimentului. faza de lumină și luminile aprinse la ora 22:00 pentru animalele antrenate la sfârșitul fazei de lumină (vezi paragraful următor). Experimentele au fost efectuate când animalele aveau 12-16 săptămâni. Toate procedurile descrise au fost aprobate de Autoritatea Națională Centrală pentru Proceduri Științifice pentru Animale (CCD) și Organismul Instituțional de Protecție a Animalelor (IvD, Universitatea din Groningen, Țările de Jos).

2.2 Proiectare experimentală

Acest studiu a constat din 16 grupuri de șoareci, fiecare cu un total de 7-8 animale (masculi și femele egali), iar animalele au fost repartizate aleatoriu în grupuri. Jumătate dintre grupuri au fost antrenate în sarcina CFC la începutul fazei de lumină, adică la începutul fazei de repaus circadian, iar jumătate dintre animale au fost antrenate în ultima oră a fazei de lumină, adică doar înainte de începerea fazei lor active. Al doilea punct de timp a fost ales pentru a evita expunerea acestor animale la lumină atunci când în mod normal nu ar fi perceput, ceea ce ar fi fost cazul dacă animalele ar fi fost antrenate la început în faza întunecată. Ambele grupuri de șoareci au fost injectate cu un inhibitor al sintezei proteinelor (vezi mai jos) sau cu o soluție vehicul fie direct ("T0"), la 4 ore după antrenament ("T4"), la 8 ore după antrenament ("T8") , sau 11,5 ore după antrenament ("T11.5"). În toate cazurile, testarea CFC a avut loc la 24 de ore după antrenamentul inițial. Pentru o prezentare generală a designului experimental, vezi Figura 1.

2.3 Obișnuirea și condiționarea fricii

Cu trei zile consecutive înainte de sarcina CFC, animalele au fost transportate în camera experimentală și manipulate de experimentator timp de 2 minute pe zi. În ultima zi de obișnuire, animalele au fost cântărite și au primit un semn de coadă cu un marker permanent negru pentru identificare. În plus, cu o zi înainte de antrenamentul cu CFC, șoarecii au primit și o injecție subcutanată simulată de 50 ul 0,9% ser fiziologic pentru a-i obișnui cu această procedură. Animalele au fost antrenate în sarcina CFC folosind un protocol de condiționare în prim-plan (Havekes și colab., 2012; Havekes, Park, Tolentino și colab., 2016a). În ziua de antrenament, șoarecii au fost plasați în cutia de condiționare a fricii (Ugo Basile). După 2,5 minute, șoarecii au fost supuși unui singur șoc de picior de 2-s de 0,75 mA. La treizeci de secunde după șoc, șoarecii au fost returnați în camera de adăpost și au primit o injecție subcutanată de anisomicină sau vehicul la un anumit moment de timp, așa cum se arată în Figura 1. La douăzeci și patru de ore după antrenament, animalele au fost reexpuse la cutia de condiționare pentru 5 minute consecutive, fără eliberarea unui șoc. Înainte de antrenamentul și sesiunea de testare a fiecărui șoarece nou, cutia de condiționare a fricii a fost curățată cu 70% etanol. Condiționarea fricii a fost evaluată prin scorarea comportamentului de îngheț, definit ca o lipsă completă de mișcare, cu excepția comportamentului respirator, care a fost determinat folosind software-ul EthoVision XT (Noldus Information Technology). Acest software oferă măsurători fiabile ale comportamentului la îngheț (Pham, Cabrera, Sanchis-Segura și Wood, 2009).

2.4 Tratamentul medicamentos

Animalele au fost injectate subcutanat cu anisomicină (150 mg/kg; A&E Scientific, Marcq, Belgia) pentru a inhiba temporar sinteza proteinelor, sau cu un volum echivalent de soluție vehicul (0,9 la sută ser fiziologic). Anizomicină a fost dizolvată în soluție salină 0,9% utilizând 3,7% HCI, după care pH-ul a fost ajustat la 7,4 folosind 4% NaOH. La concentrația utilizată, anisomicină inhibă sinteza proteinelor cerebrale la șoareci timp de 15-45 de minute (Davis & Squire, 1984). Injecțiile au fost efectuate în camera locuinței de către un experimentator diferit de cel care a efectuat sarcina comportamentală.

2.5 Statistici

Nivelurile de îngheț delta au fost obținute prin normalizarea comportamentului de îngheț al animalului în timpul testului la nivelurile de îngheț de bază (= înainte de șoc). Diferențele în comportamentul de înghețare normalizat între șoarecii injectați cu anisomicină și șoarecii de control pe fază și punct de timp au fost calculate cu ANOVA. A fost utilizată o ANOVA unidirecțională pentru a calcula diferențele dintre momentele de timp pentru animalele injectate cu vehicul pe fază. Un ANCOVA unidirecțional între subiecți a fost folosit pentru a testa efectul sexului. În plus, pentru a calcula diferențele relative dintre anisomicină și animalele injectate cu vehicul, am făcut mai întâi media șoarecilor injectați cu vehicul pe moment de timp, pe fază. Apoi, am scăzut toate punctele de date individuale ale anizomicină cu media vehiculului corespunzătoare. Un ANOVA bidirecțional, folosind punctul de timp și faza ca independenți și anisomicină normalizată la nivelurile de înghețare a vehiculului ca dependentă, a fost efectuată pentru a examina dacă efectul anizomicicinei asupra înghețării depindea de momentul injectării, (2) faza de lumină sau întunecată. și (3) dacă a existat un efect de interacțiune al punctului de timp și al fazei.

Cinci animale au prezentat niveluri de îngheț foarte ridicate în timpul intervalului de antrenament înainte de șoc, adică cu mai mult de 2 SD peste media grupului și, prin urmare, au fost excluse din analiză (analiza SPSS cu valori extreme). Aceste cinci animale au aparținut grupelor: fază luminoasă, T0, anisomicină; Faza întunecată, T4, Anizomicină; Faza intunecata, T8, Vehicul; Faza întunecată, T8, Anizomicină; şi Faza întunecată, T11.5, Anizomicină. Datele sunt prezentate ca medie ± SEM, inclusiv un diagramă pirat care arată răspândirea punctelor de date individuale. Analizele statistice au fost efectuate folosind software-ul SPSS 25.0 (IBM Corp). Datele au fost produse în R (Boston, MA, SUA), folosind pachetul yard (Phillips, 2017). Diferențele au fost considerate semnificative statistic atunci când p <>

supliment cistanche: imbunatateste memoria

3. REZULTATE

Am examinat mai întâi în ce momente inhibarea sintezei proteinelor a afectat consolidarea memoriei dependentă de hipocamp atunci când animalele au fost antrenate la începutul fazei de lumină (Figura 1). Animalele au primit injecții subcutanate cu vehicul sau anisomicină după condiționarea fricii contextuale și, la 24 de ore după antrenament, animalele au fost reexpuse la camera CFC și au fost măsurate nivelurile de îngheț. Nu au fost găsite diferențe în nivelurile de îngheț înainte de șoc în timpul antrenamentului la începutul fazei de lumină (T0: Control 0,9 ± 0,3 la sută (n {{1} 0}}), Anizomicină 0,7 ± 0,3 procente (n=7), ANOVA F < 1;="" t4:="" control="" {{2{{25}="" }}},7="" ±="" 0,2="" la="" sută="" (n="8)," anizomicină="" 1,7="" ±="" 0,7="" la="" sută="" (n="8)," anova="" f="1" .7;="" t8:="" control="" 1,3="" ±="" 0,3="" la="" sută="" (n="8)," anizomicină="" 1,2="" ±="" 0,4="" la="" sută="" (n="" {{{0}}),="" anova="" f="">< 1;="" t11.5:="" control="" 1,6="" ±="" 0,4="" la="" sută="" (n="8)," anizomicină="" 0,8="" ±="" 0,2="" la="" sută="" (n="8)," anova="" f="2,9;" vezi="" și="" figura="" s1a).="" ulterior,="" am="" calculat="" nivelurile="" de="" îngheț="" delta="" prin="" normalizarea="" comportamentului="" de="" îngheț="" al="" animalului="" în="" timpul="" testului="" la="" nivelurile="" de="" îngheț="" de="" bază="">

După cum se indică în Figura 2, anisomicină a inhibat cu succes consolidarea memoriei CFC atunci când a fost injectată direct, la 4 ore și, respectiv, la 8 ore după antrenament (F1, 14=24.6, p < .001;="" f1,="" 15="6.4" ,="" p="">< .05;="" f1,15="11.2," p="">< .01;="" figura="" 2a).="" cu="" toate="" acestea,="" anisomicină="" nu="" a="" afectat="" consolidarea="" memoriei="" atunci="" când="" a="" fost="" injectată="" la="" 11,5="" ore="" după="" antrenament="" (f1,="" 15="0.1," p=""> .5; Figura 2a). Este important că nu a existat nicio diferență în nivelurile de îngheț între diferitele momente de timp pentru animalele injectate cu vehicul (F3, 31=0.9, p > .1; Figura 2a). Prin urmare, inhibarea sintezei proteinelor direct după antrenament sau 4 și 8 ore după antrenament a afectat în mod eficient consolidarea memoriei în faza ușoară. În schimb, livrarea inhibitorului de sinteza proteinelor la 11,5 ore după antrenament nu a afectat consolidarea amintirilor de frică de context.

În următorul set de studii, am examinat dacă inhibarea sintezei proteinelor a afectat consolidarea memoriei în același timp după antrenament, când antrenamentul a fost efectuat chiar înainte de debutul fazei întunecate, adică faza activă a animalelor (Figura 1). Din nou, animalele nu au fost diferite în ceea ce privește nivelurile de îngheț înainte de șoc în timpul antrenamentului la sfârșitul fazei de lumină (T0: Control 2,4 ± 0,6 la sută (n=8), Anizomicină 2,3 ± {{10}},6 procente (n=8), ANOVA F < 1;="" t4:="" control="" 2,7="" ±="" {0},8="" procente="" (n="8" ),="" anizomicină="" 4,6="" ±="" 0,7="" procente="" (n="7)," anova="" f="2,9;" t8:="" control="" {{3{0}},8="" ±="" {{="" 44}},2="" la="" sută="" (n="7)," anisomicină="" 1,6="" ±="" 0,5="" la="" sută="" (n="7)," anova="" f="1,5;" t11.5:="" martor="" 1,1="" ±="" 0,3="" procente="" (n="8)," anizomicină="" 0,8="" ±="" 0,2="" procente="" (n="7)," anova="" f="">< 1;="" vezi="" și="" figura="" s1b).="" după="" cum="" se="" poate="" observa="" în="" figura="" 2b,="" administrarea="" directă="" de="" anisomicină,="" la="" 4="" și="" 8="" ore="" după="" antrenament="" în="" timpul="" fazei="" întunecate,="" a="" inhibat="" consolidarea="" memoriei="" cfc="" (f1,="" 15="14.8," p="">< .01;="" f1,="" {{62)="" }}.4,="" p="">< .05;="" f1,13="23.9," p="">< .001;="" figura="" 2b).="" cu="" toate="" acestea,="" atunci="" când="" a="" fost="" injectată="" la="" 11,5="" ore="" după="" antrenament,="" anisomicină="" nu="" a="" dus="" la="" un="" deficit="" de="" memorie="" (f1,="" 15="1.0," p=""> .1; Figura 2b).

În plus, animalele injectate cu vehicul nu au prezentat nicio diferență în nivelurile de îngheț între diferitele momente de timp ale injectării (F3, 30=1.1, p > .1; Figura 2b). Prin urmare, aceste date indică faptul că inhibarea sintezei proteinelor direct după antrenament, precum și la 4 și 8 ore după antrenament, atenuează consolidarea memoriei, în faza de întuneric și lumină, într-un mod similar. În plus, am calculat diferențele relative dintre animalele injectate cu anisomicină și vehicule, făcând mai întâi o medie a șoarecilor injectați cu vehicul pe moment de timp, pe fază.

Apoi, am scăzut toate punctele de date individuale ale anizomicină cu media vehiculului corespunzătoare și am trasat acest lucru atât pentru faza de lumină, cât și pentru faza întunecată (Figura 2c). În conformitate cu constatările anterioare, există un efect semnificativ al punctului de timp al injectării, indicând faptul că efectul anizomicinei asupra nivelurilor de îngheț depinde de timpul în care este administrată (F3,52=10.1, p < .001;="" figura="">

În plus, nu există un efect general al fazei, ceea ce sugerează că nivelurile de îngheț delta nu diferă între fazele de lumină și întuneric (F1,52=3.2, p > .05; Figura 2c) . În plus, nu există nici un efect de interacțiune între faza și punctul de timp al injectării (F3, 52=1.0, p < .1;="" figura="" 2c).="" în="" total,="" aceste="" analize="" suplimentare="" sugerează="" că="" efectul="" anizomicinei="" asupra="" nivelurilor="" de="" îngheț="" delta="" depinde="" doar="" de="" momentul="" injectării,="" indiferent="" de="" fază,="" ceea="" ce="" este="" în="" conformitate="" cu="" concluzia="" noastră="" bazată="" pe="" analizele="" de="" mai="">

În cele din urmă, am evaluat dacă diferențele de sex au influențat nivelurile de îngheț și răspunsul la inhibarea sintezei proteinelor. Am efectuat mai întâi o ANCOVA unidirecțională între subiecți pentru a examina efectul inhibării proteinei asupra nivelurilor de îngheț în timpul fazei de testare (adică, la 24 de ore după antrenament) controlând efectul sexului. Analiza a indicat că sexul nu a fost semnificativ legat de nivelurile de îngheț (F1, 120=2.7, p > .1; datele separate pentru sexe nu sunt afișate). În total, inhibarea sintezei proteinelor a scăzut nivelurile de îngheț în ambele faze într-un mod similar, independent de sex.

cistanche

4. DISCUTIE

Acest studiu și-a propus să obțină o perspectivă asupra rolului sintezei proteinelor în consolidarea amintirilor dependente de hipocamp în diferite faze ale ciclului 24-h. În acest scop, am antrenat șoareci în sarcina CFC fie la începutul, fie la sfârșitul fazei de lumină și am inhibat sinteza proteinelor la diferite momente după antrenament. Am descoperit că inhibarea sintezei proteinelor a afectat consolidarea memoriei CFC independent de momentul antrenamentului, direct, la 4 și 8 ore după antrenament. Aceste date subliniază importanța sintezei proteinelor de novo pentru consolidarea amintirilor fricii contextuale și sugerează că dinamica temporală a consolidării dependente de sinteza proteinelor a amintirilor fricii contextuale este similară în fazele de lumină și întuneric.

Interesant, am constatat că blocarea sintezei proteinelor la 8 ore după antrenamentul CFC la începutul fazei ușoare a afectat consolidarea memoriei. Această constatare este oarecum surprinzătoare, deoarece lucrările anterioare au arătat că memoria CFC este afectată selectiv de inhibarea sintezei proteinelor fie direct, fie la 4 ore, dar nu la 8 ore după antrenament (Bourtchouladze et al., 1998). În ceea ce privește această discrepanță, trebuie remarcat faptul că Bourtchouladze și colegii au folosit condiționarea de fundal mai degrabă decât un protocol de condiționare în prim-plan. În timpul condiționării de fundal, SUA este asociată cu un ton, care acționează ca un al doilea CS în plus față de contextul de antrenament.

Astfel, diferențele subtile în protocolul de antrenament CFC (în acest caz prezența sau lipsa unui ton în timpul șocului) pot modifica dinamica temporală a consolidării memoriei dependente de sinteza proteinelor. Într-adevăr, utilizarea unui protocol de antrenament de condiționare de fundal mai robust (adică, cu șocuri multiple) are ca rezultat consolidarea amintirilor de frică de context care sunt perturbate de tratamentul cu anisomicină imediat după antrenament, dar nu la momentul de patru ore (Bourtchouladze și al., 1998). Cu toate acestea, în conformitate cu observațiile noastre, Trifilieff și colab. a arătat că antrenamentul cu CFC duce la o activare a căii ERK/CREB în regiunea CA1 a hipocampului la aproximativ nouă ore după antrenament (Trifilieff et al., 2006).

Această activare poate contribui la sinteza de novo a proteinelor care sunt cruciale pentru consolidarea amintirilor fricii contextuale. În studiile viitoare, ar fi interesant să se examineze modul în care modificările subtile ale protocoalelor de antrenament CFC afectează dinamica temporală a consolidării memoriei dependente de sinteza proteinelor și modelelor de activare ale căilor de semnalizare aferente.

După cum sa menționat anterior, activitatea căilor de semnalizare care implică MAPK, cAMP și PKA este critică pentru învățare și memorie și variază de-a lungul ciclului circadian (Eckel-Mahan și colab., 2008). În timp ce unele studii au examinat ritmurile circadiene de bază ale căilor de semnalizare, alte studii s-au concentrat pe plasticitatea indusă de învățare. Condiționarea de fond, de exemplu, este asociată cu o singură fază de activare a căii ERK/CREB în regiunea CA1 a hipocampusului direct după antrenament. Decuplarea tonului și SUA - adică atunci când tonul este dat pseudoaleator, nu împreună cu șocuri - conduce la o paradigmă care este mai comparabilă cu condiționarea în prim-plan și cu protocolul care a fost folosit în acest studiu.

Acest lucru are ca rezultat două valuri distincte de activare ERK/CREB în regiunea CA1: unul direct după antrenament și al doilea la aproximativ nouă ore după antrenament (Trifilieff et al., 2006). Inhibarea ERK/ CREB în timpul oricăreia dintre aceste faze a fost suficientă pentru a afecta formarea memoriei după condiționarea fricii nepereche. După cum sa menționat în paragraful anterior, momentul acestor două valuri de activare ERK/CREB pare să fie comparabil cu punctele de timp direct și opt ore după antrenamentul fricii contextuale din acest studiu, la care consolidarea amintirilor fricii contextuale depinde de novo. sinteza proteinelor.

Astfel, semnalizarea ERK/CREB poate contribui la sinteza de novo a proteinelor care sunt cruciale pentru consolidarea amintirilor fricii contextuale direct sau la 8-9 ore după antrenament. Sinteza proteinelor la momentul 4-h poate fi orchestrată de alte mecanisme independente de ERK, cum ar fi calea PKA-CREB. Într-adevăr, injecția intrahipocampală cu Rp-cAMPs (un inhibitor PKA) la 4 ore după condiționarea fricii afectează consolidarea amintirilor de frică de context (Bourtchouladze și colab., 1998). Noțiunea de două valuri de sinteză a proteinelor este susținută de un alt studiu care a folosit o paradigmă de învățare motorie (Peng & Li, 2009).

Este important de reținut că este dificil să se separe efectele circadiene și/sau ale orei zilei asupra consolidării memoriei de modificările ciclului somn/veghe (Snider et al., 2018). Somnul are o influență puternică asupra proceselor de memorie, iar amintirile dependente de hipocamp sunt vulnerabile la pierderea somnului (Graves, Heller, Pack și Abel, 2003; Havekes et al., 2014; Havekes, Park, Tudor, et al., 2016b; Raven, Zee, Meerlo și Havekes, 2017; Vecsey și colab., 2009). De exemplu, 5-6 ore de privare de somn (SD) direct după antrenamentul CFC afectează consolidarea memoriei atât la șoareci, cât și la șobolani (Graves și colab., 2003; Hagewoud și colab., 2010; Kreutzmann, Havekes, Abel și Meerlo, 2015). ; Vecsey și colab., 2009). Important este că aceste studii au fost efectuate în faza de lumină, care este principala fază de repaus a fazei de somn a șobolanilor și șoarecilor de laborator.

În schimb, șase ore de privare de somn direct după antrenamentul următor la începutul fazei întunecate, faza activă în care rozătoarele dorm mult mai puțin, nu au afectat consolidarea memoriei (Hagewoud et al., 2010). Numai atunci când animalele au fost private de somn timp de douăsprezece ore, pe întreaga perioadă întunecată, a împiedicat formarea amintirilor CFC pe termen lung (Hagewoud et al., 2010). În timp ce aceste constatări sugerează că reglarea temporală a proceselor moleculare care stau la baza consolidării memoriei dependente de hipocamp poate diferi în fazele active și inactive, în funcție de cantitatea de somn din aceste faze, ele ridică întrebarea cum este posibil ca sinteza proteinelor. inhibiția afectează consolidarea memoriei independent de ora din zi. Implica oare că consecințele negative ale pierderii somnului sunt cel puțin parțial independente de sinteza proteinelor? Pentru ca o memorie să existe, o urmă de memorie inițială trebuie făcută din proteine ​​de novo, formând în cele din urmă filamente de actină.

creând spini noi, formând astfel noi conexiuni sinaptice. Prin urmare, inhibarea sintezei proteinelor împiedică în mod direct consolidarea memoriei, deoarece noi amintiri nu pot fi formate. Acest proces implică și este sensibil la mulți constructori moleculari care modulează formarea de noi sinapse. Un exemplu de astfel de constructor molecular este cofilina. Cofilina este o proteină de destabilizare a actinei și, atunci când este activată, dezasambla filamentele de actină provocând pierderea coloanelor dendritice (Bamburg & Wiggan, 2002; Bernstein & Bamburg, 2010). O perioadă scurtă de SD în faza ușoară crește activarea cofilinei provocând în cele din urmă pierderea coloanei vertebrale (Havekes, Park, Tudor, et al., 2016b). În plus, SD reduce semnalizarea activității mTORC1 în hipocamp, afectând translația, reducând, de asemenea, indirect sinteza proteinelor, ceea ce poate duce la tulburări de memorie (Tudor et al., 2016).

Împreună, SD afectează mediatori moleculari importanți ai plasticității sinaptice, afectând astfel indirect stocarea memoriei. Acest lucru ar putea explica de ce SD afectează memoria doar în faza ușoară, când presiunea somnului este mare, țintind constructorii în loc de blocurile fundamentale ale amintirilor în sine (Figura 3). Având în vedere că pierderea somnului are un efect puternic asupra învățării și memoriei (Havekes & Abel, 2017; Raven și colab., 2017), s-ar putea întreba dacă efectele anizomicinei asupra formării memoriei nu sunt cauzate doar direct de inhibarea sintezei proteinelor, dar poate parțial indirect prin afectarea somnului. Deși în studiul nostru nu am măsurat EEG sau mișcarea în timpul experimentului, literatura arată că anizomicina poate avea efecte subtile asupra somnului. De exemplu, în timp ce somnul fără mișcarea oculară rapidă (NREM) este mai des raportat a fi neafectat, injecțiile de anisomicină ar putea reduce somnul cu mișcarea rapidă a ochilor (REM) (Drucker-Colin, Zamora, Bernal-Pedraza și Sosa, 1979; Gutwein). , Shiromani și Fishbein, 1980; Rojas-Ramirez, Aguilar-Jimenez, Posadas-Andrews, Bernal-Pedraza și Drucker-Colin, 1977). Cu toate acestea, nu este sigur dacă aceste efecte asupra somnului sunt suficient de puternice pentru a explica deficitele de memorie din studiul nostru.

Mai mult, un astfel de efect indirect al anizomicinei asupra memoriei prin modificări ale somnului nu este susținut de rezultatele injecțiilor de la sfârșitul fazei întunecate, chiar înainte de începerea fazei principale de somn circadian. Dacă anisomicina ar avea efecte majore asupra somnului care ar putea afecta formarea memoriei, ne-am aștepta ca acest lucru să se fi întâmplat și cu injecțiile la acel moment, ceea ce nu a fost cazul. Deși, așa cum am menționat anterior, efectele indirecte ale anizomicinei asupra memoriei sunt în mare măsură necunoscute, aceasta rămâne unul dintre cele mai utilizate instrumente pentru a manipula sinteza proteinelor în scopul investigarii proceselor de memorie (Davis & Squire, 1984; Gold, 2008; Rudy, Biedenkapp). , Moineau, & Bolding, 2006). Folosind anisomicină, cercetătorii au descoperit că sinteza proteinelor este necesară pentru ca amintirile pe termen lung să persistă. Au fost efectuate mai multe studii aplicând local anizomicină și, prin urmare, crescând rezoluția spațială, combinată cu rezoluția sa temporală deja avantajoasă. Recent, Ryan et al. (2015) au arătat că anisomicina a afectat memoria, dar că această amnezie ar putea fi recuperată, implicând astfel că sinteza proteinelor este importantă pentru întărirea structurală a sinapselor, care este necesară în timpul recuperării memoriei (Ryan et al., 2015). Un dezavantaj al anizomicinei este că este, de asemenea, capabilă să perturbe funcțiile neurobiologice de bază, de exemplu, prin cauzarea apoptozei (Iordanov și colab., 1997), care poate afecta bunăstarea neuronilor și, prin urmare, poate contribui la tulburări de memorie.

capsule cistanche: îmbunătățește memoria

FIGURA 2 Inhibarea sintezei proteinelor atenuează consolidarea amintirilor context – frică în anumite momente după antrenament, indiferent de ora din zi. Animalele au fost antrenate în paradigma condiționării fricii contextuale fie la începutul sfârșitului fazei de lumină. Injecțiile au fost administrate fie direct (T0), 4 ore (T4), 8 ore (T8) sau 11,5 ore (T11.5) după antrenament. Animalele au fost reexpuse în același context la 24 de ore după antrenament, în timpul căruia s-au măsurat nivelurile de îngheț. Apoi, nivelurile de îngheț delta au fost calculate prin normalizarea nivelurilor de îngheț în timpul testului la valoarea de bază (pre-șoc). (a) Niveluri de îngheț delta după antrenamentul fricii contextuale la începutul fazei de lumină și tratamentul medicamentos în timpul fazei de lumină. T0: vehicul n=8, Anizomicină n=7 (p < .0{01);="" t4:="" vehicul="" n="8," anizomicină="" n="8" (p=".024);" t8:="" vehicul="" n="8," anizomicină="" n="8" (p=".005);" t11.5:="" vehicul="" n="8," anizomicină="" n="8" (p=".912)." (b)="" niveluri="" de="" îngheț="" delta="" după="" antrenamentul="" fricii="" contextuale="" la="" sfârșitul="" fazei="" de="" lumină="" și="" tratamentul="" medicamentos="" în="" timpul="" fazei="" întunecate.="" t0:="" vehicul="" n="8," anizomicină="" n="8" (p=".002);" t4:="" vehicul="" n="8," anizomicină="" n="7" (p=".017);" t8:="" vehicul="" n="7," anizomicină="" n="7" (p="">< .001);="" t11,5;="" vehicul="" n="8," anizomicină="" n="7" (p=".168)." (c)="" nivelurile="" de="" congelare="" delta="" la="" animalele="" tratate="" cu="" anisomicină="" în="" comparație="" cu="" animalele="" tratate="" cu="" vehicul.="" t0:="" faza="" de="" lumină="" n="7," faza="" de="" întuneric="" n="8;" t4:="" faza="" de="" lumină="" n="8," faza="" de="" întuneric="" n="7;" t8:="" faza="" de="" lumină="" n="8," faza="" de="" întuneric="" n="7;" t11.5:="" faza="" luminoasă="" n="8," faza="" întunecată="" n="7." panoul="" a="" și="" b:="" datele="" sunt="" exprimate="" ca="" medie,="" aria="" (banda)="" din="" jurul="" mediei="" indică="" sem,="" curba="" de="" densitate="" netezită="" (fasole)="" arată="" distribuția="" completă="" a="" datelor,="" iar="" punctele="" indică="" punctele="" individuale="" de="" date.="" comportamentul="" la="" îngheț="" a="" fost="" evaluat="" timp="" de="" 300="" s.="" *="" p="">< .05,="" **p="">< .01,="" ***p="">< .001,="" calculat="" prin="" anova.="" panoul="" c:="" toate="" datele="" sunt="" exprimate="" ca="" medie="" ±="" sem.="" comportamentul="" la="" îngheț="" a="" fost="" evaluat="" timp="" de="" 300="" s.="" punct="" de="" timp="" ***p="">< .001,="" fază="" p=".081," efect="" de="" interacțiune="" p=".386," calculat="" printr-o="" anova="">

De exemplu, câteva studii au arătat că anisomicină a împiedicat proprietățile membranei de bază ale neuronilor hipocampali (Scavuzzo et al., 2019; Sharma, Nargang și Dickson, 2012). Prin urmare, tulburările de memorie observate după injecțiile cu anizomicină ar putea fi, de asemenea, influențate de modificările induse de anisomicină în activitatea neuronală. Cu toate acestea, în studiul nostru, nu am observat niciun efect al anizomicinei la cel mai recent punct de timp, ceea ce indică faptul că, dacă anizomicina a redus proprietățile celulelor de bază, aceste efecte sunt aproape neglijabile în paradigma noastră a sarcinii de condiționare a fricii contextuale. Cu toate acestea, utilizarea altor inhibitori mai specifici, cum ar fi rapamicina, care vizează în mod specific mTORC1, este recomandată pentru a exclude în mare măsură orice efecte asupra funcționării celulelor de bază.

Cunoașterea dinamicii consolidării memoriei în timpul zilei și al nopții este de mare importanță pentru toate studiile care urmăresc să dezvăluie mecanismele moleculare care stau la baza formării memoriei. Cercetările viitoare ar trebui să examineze dacă alte mecanisme moleculare care susțin memoria și despre care se știe că sunt susceptibile la SD sunt afectate în mod diferit ziua și noaptea. Acestea pot include transcripția, traducerea, legarea ARN și ubiquitinarea, așa cum a evidențiat o analiză genomică (Vecsey și colab., 2012). În plus, studiile viitoare pot utiliza tehnici noi și mai sofisticate, cum ar fi optogenetica, pentru a marca neuronii într-un mod dependent de activitate, pentru a vedea cum și când anumite amintiri sunt formate și conservate în timp (Ryan și colab., 2015; Tonegawa și colab., 2015). Aceste progrese tehnologice pot duce la o mai bună înțelegere a fundamentelor moleculare ale consolidării memoriei dependente de hipocampus, zi și noapte.