Îmbunătățirea memoriei prin ester al acidului ferulic la nivelul speciilor

A lua legatura:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791

Cognitive impairments can be devastating for quality of life, and thus, preventing or counteracting them is of great value. To this end, the present study exploits the potential of the plant Rhodiola Rosea and identifies the constituent ferulic acid epicotyl ester [icosyl-(2E)-3-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-prop-2-enoate (FAE-20)] as a memory enhancer. We show that food supplementation with dried root material from R. Rosea dose-dependently improves odor-taste reward associative memory scores in larval Drosophila and prevents the age-related decline of this appetitive memory in adult flies. Task-relevant sensorimotor faculties remain unaltered. From a parallel approach, a list of candidate compounds has been derived, including R. Rosea–derived FAE-20. Here, we show that both R. Rosea–derived FAE-20 and synthetic FAE-20 are effective as memory enhancers in larval Drosophila. Synthetic FAE-20 also partially compensates for age-related memory decline in adult flies, as well as genetically induced early onset loss of memory function in young flies. Furthermore, it increases excitability in mouse hippocampal CA1 neurons, leads to more stable context-shock aversive associative memory in young adult (3-month-old) mice, and increases memory scores in old (>șoareci de 2-ani). Având în vedere aceste efecte și având în vedere utilitatea lui R. Rosea - planta de la care am descoperit FAE-20 - ca amplificator de memorie, aceste rezultate pot avea potențiale pentru aplicații clinice.

INTRODUCERE

Ori de câte ori o funcție cognitivă este afectată patologic, există o dorință evidentă de a o remedia. În acest context, plantele au potențialul de a ne furniza substanțe terapeutice. Într-adevăr, compuși din plante care sunt utilizați pe scară largă și care exercită efecte puternice asupra funcției sistemului nervos, inclusiv morfina și codeina (Papaver somniferum), pseudoefedrina/efedrina [genul Ephedra (de exemplu, E. Sinica)], cofeina [genul Coffea (de exemplu, C). . arabica și C. canephora)] și nicotina [genul Nicotiana (de exemplu, N. tabacum și N. Rustica)], au fost identificate.

Birgit Michels1*†, Hanna Zwaka1,2†‡, Ruth Bartels2†, Oleh Lushchak3†, Katrin Franke4, Thomas Endres5, Markus Fendt6,7, Inseon Song8, May Bakr8, Tuvshinjargal Budragchaa4, Bernhard Westermann Eshrach49,▀Dushyantermann49,‖†† , Stefanie Schreyer2, Annika Lingnau2, Caroline Vahl2, Marike Hilker2, Randolf Menzel2, Thilo Kähne10, Volkmar Leßmann5,7, Alexander Dityatev7,8,11, Ludger Wessjohann4*, Bertram Gerber1,7,12*

1 Institutul Leibniz pentru Neurobiologie, Departamentul Genetica Învățării și Memoriei, Magdeburg, Germania.

2Free University Berlin, Institutul de Neurobiologie, Berlin, Germania.

3Universitatea Națională Precarpatică, Departamentul de Biochimie, Ivano Frankivsk, Ucraina.

4Leibniz Institute of Plant Biochimie (IPB), Departamentul de Bioorganic Chemistry, Halle (Saale), Germania.

5 Universitatea Otto von Guericke, Facultatea de Medicină, Magdeburg, Germania.

6 Universitatea Otto von Guericke, Facultatea de Medicină, Institutul de Farmacologie și Toxicologie, Magdeburg, Germania.

7Center for Behavioral Brain Sciences (CBBS), Universitatea Otto von Guericke, Magdeburg, Germania.

8Centrul German pentru Boli Neurodegenerative (DZNE), Grupul de Neuroplasticitate Moleculară, Magdeburg, Germania.

9Universitatea din Würzburg, Biocenter Am Hubland, Departamentul de Genetică și Neurobiologie, Würzburg, Germania.

10 Universitatea Otto von Guericke, Institutul de Medicină Internă Experimentală, Magdeburg, Germania.

11 Universitatea Otto von Guericke, Facultatea de Medicină, Magdeburg, Germania. 12 Universitatea Otto von Guericke, Institutul de Biologie, Magdeburg, Germania.

Preparatele din rădăcina Rhodiola Rosea L., o plantă perenă din familia Crassulaceae, care crește în mod natural în regiunile de altitudine mai mare din emisfera nordică, sunt folosite în mod tradițional de oameni pentru diverse presupuse efecte, inclusiv cele care, probabil, sunt legate de funcția sistemului nervos. (1–3) [dar vezi (4–6)]. Linnaeus (2), de exemplu, menționează utilizarea rădăcinilor R. Rosea în cazuri inclusiv „cefalgie” și „isterie”. Studiile contemporane la oameni (3) și la șobolani (7) raportează că extractul de R. Rosea îmbunătățeștememorieși/sau atenție [revizuit în (8)] și contracarează deficitele induse farmacologic în inhibarea pre-puls la șobolani (9), precum și oboseala (3) și formele mai ușoare de depresie la om (3). Cu toate acestea, încă lipsesc analize cuprinzătoare pentru a stabili dacă unul sau mai mulți compuși conținuti în materialul rădăcină de R. Rosea sau extractele sale pot produce individual unul sau mai multe dintre aceste efecte sau pot produce creșterile duratei de viață care au fost observate. la diferite specii hrănite cu pulbere sau extract de R. Rosea (10, 11). Acest lucru împiedică un control adecvat al calității și astfel impune limite dure utilității medicale și științifice a R. Rosea și a preparatelor derivate din acesta. Mai departe, specificulmemorieprocesele afectate de R. Rosea sau preparatele sale nu au fost identificate. În special, rămâne necunoscut dacă achiziția memoriei,memorieconsolidare, saumemorierecuperarea este îmbunătățită.

Cistanchetubulosaîmbunătăţimemorie, faceți clic aici pentru a obține eșantionul

Pentru a permite analize accelerate ale acestor probleme, studiul de față folosește trei cazuri de studiu cu insecte [larve și adulte Drosophila melanogaster, precum și albinele Apis mellifera (12–15)] ca sisteme model eficiente și fără placebo pentru a investigamemorie-efectele de intensificare a materialului rădăcină de R. Rosea și extractelor brute. După ce au demonstrat efectele lor dependente de doză înmemorieîmbunătățire, profităm de un studiu paralel care a furnizat o listă de compuși candidați activi din punct de vedere neurocomportamental, inclusiv esterul epicotilic al acidului ferulic [icosil-(2E)-3-(4- hidroxi-3-metoxifenil) -prop-2-enoat (FAE{-20)], purificat din materialul radicular de R. Rosea. Aici, studiem efectele materialului rădăcină de R. Rosea, FAE derivat din R. Rosea-20 și, mai important, FAE sintetic-20 ca compus individual. Arătăm că FAE-20 poate îmbunătăți într-adevăr memoria larvelor Drosophila și poate compensa parțialmemorietulburări atât la muștele în vârstă, cât și într-un caz de afectare a memoriei cu debut precoce indus genetic la muștele tinere. În plus, poate crește excitabilitatea celulelor CA1 hipocampale și poate îmbunătăți memoria fricii contextuale dependentă de hipocamp la șoareci. Având în vedere aspectele comune ale mecanismelor de învățare și memorie între specii (13, 16), discutăm potențialul acestor descoperiri pentru utilizare clinică.

REZULTATE

Suplimentarea alimentelor cu Rhodiola1 îmbunătățește scorurile de memorie ale larvelor Drosophila

Am crescut larve de Drosophila fie pe mediu alimentar standard (martor), fie pe mediu alimentar suplimentat cu diferite concentrații de pulbere de rădăcină Rhodiola1 pentru a testa efectele acestei suplimente alimentare asupramemorieformat într-o paradigmă de condiționare clasică asociativă miros-zahăr (Fig. 1A). Pentru cea mai mare concentrație de Rhodiola1,memoriescorurile au fost aproape triplate față de control. Acest efect a fost confirmat de două ori prin utilizarea unei versiuni simplificate, cu un miros, a paradigmei (17) și prin introducerea unui interval mai larg de concentrații (Fig. 1, B și C). Împreună, aceste trei seturi de date independente dezvăluie o îmbunătățire dependentă de concentrație amemorieprin suplimente alimentare Rhodiola1 (Fig. 1, A la D și fig. S1). În schimb, comportamentul larvelor naive experimental față de recompensa de zahăr [fructoză (FRU)] și față de mirosuri [acetat de n-amil (AM) și 1-octanol (1OCT)] nu a fost afectat (Fig. 2, A). la C). În plus, suplimentarea hranei cu Rhodiola1 nu a afectat comportamentul larvelor față de mirosuri după expunerea doar la recompensă similară antrenamentului sau după expunerea numai la miros asemănătoare antrenamentului (Fig. 2, D până la G și fig. S2). Concluzionăm că suplimentarea alimentară cu Rhodiola1 îmbunătățește asociațiamemoriescoruri de Drosophila larvară într-o manieră dependentă de doză și lasă neafectate procesarea senzorio-motorie relevantă pentru sarcină și efectele neasociative ale expunerii la stimul.

Un preparat de Rhodiola disponibil comercial nu crește scorurile de memorie larvară

Un preparat comprimat care conține extractul SHR-5 din R. Rosea este disponibil comercial (tablete „Arctic root”, Swedish Herbal Institute). S-a raportat că acest extract contracarează oboseala la oameni (3), că este eficient în tratamentul depresiei ușoare până la moderate (3, 18) și că crește durata de viață și rezistența la stres fizic la Caenorhabditis elegans și muștele (10, 18). 11) [vezi și (3) pentru o revizuire]. Prin urmare, am testat dacă suplimentele alimentare cu tablete măcinate din rădăcină arctică afectează scorurile de memorie. Sa constatat că nu este cazul (fig. S3; pentru alegerea noastră de concentrații, vezi Materiale și Metode).

Un experiment ulterior a evidențiat o diferență în performanța memoriei între larvele de control și larvele crescute pe alimente care conțin tableta menționată mai sus sau accesări de rădăcină de Rhodiola din surse diferite, numite Rhodiola1 (accesiunea 1), Rhodiola2 (accesiunea 2, un lot separat de Rhodiola1) și Rhodiola3. (accesiunea 3, o probă de rădăcină de origine geografică diferită) (fig. S4). Mai exact, suplimentele alimentare cu Rhodiola1, Rhodiola2 și Rhodiola3 au crescut scorurile de memorie, la fel ca și materialul rădăcină dintr-o altă sursă suplimentară (accesiunea 4: Rhodiola4; fig. S1), dar tableta nu a făcut-o. Am efectuat o analiză chimică separată, paralelă și o analiză a corelației bioactivității, care vizează identificarea compușilor candidați activi comportamental în rădăcinile R. Rosea; aceasta s-a bazat pe accesarea din care obținusem cea mai mare probă (Rhodiola4). Cu toate acestea, în cadrul prezentului studiu, am întrebat mai întâi dacă aceste efecte pot fi observate și la muștele adulte tinere și/sau în vârstă.

Rhodiola4 îmbunătățește scorurile de memorie la vârstnici, dar nu la adulții tineri

Drosophila Suplimentarea alimentară cu Rhodiola4 nu a îmbunătățit scorurile de memorie ale Drosophila adulților tineri într-o paradigmă de învățare asociativă miros-zahăr (Fig. 3, A și B). În mod surprinzător, totuși, scorurile scăzute de memorie la Drosophila adult în vârstă pot fi remediate prin suplimente alimentare cu Rhodiola4 (Fig. 3C și fig. S5).

Concluzionăm că suplimentarea alimentară cu Rhodiola4 poate compensa scăderea memoriei asociată vârstei la Drosophila adultă. Pentru a vedea dacă hrănirea cu Rhodiola poate avea, de asemenea, efecte acute asupra funcției memoriei și pentru a dezlega efectul de îmbunătățire al Rhodiolei asupra achiziționării memoriei, consolidării memoriei și regăsirea memoriei, am decis să folosim paradigma de condiționare reflexă a extensiei proboscidei a albinei, în care aceste procese pot fi investigate în mod convenabil separat (14, 15).

culturism cistanche

Hrănirea cu Rhodiola4E înainte de antrenament îmbunătățește acumularea memoriei la albine

Am întrebat mai întâi dacă Rhodiola are un impact acut asupra achiziției de memorie. Pentru a stabili acest lucru, am hrănit albinele cu o zi înainte de antrenament. Un grup de albine a fost hrănit cu soluție de zahăr plus Rhodiola4E, în timp ce al doilea grup a primit aceeași cantitate de soluție de zahăr simplu. În ziua următoare, ambele grupuri au fost antrenate în cinci încercări, asociind mirosul cu zahăr simplu ca recompensă (Fig. 4A). Grupul hrănit anterior cu Rhodiola4E a arătat rate de răspuns statistic mai mari la mirosul condiționat în timpul achiziției decât grupul de control. Deoarece am putea exclude efectele Rhodiola4E asupra procesării senzoriomotorii relevante pentru sarcină, cum ar fi sensibilitatea la zahăr și sensibilitatea la miros (Fig. 4, B și C), creșterea răspunsurilor condiționate reflectă o îmbunătățire a achiziției de memorie.

Hrănirea cu Rhodiola4E după antrenament îmbunătățește consolidarea memoriei la albine

Apoi, am testat dacă hrănirea acută cu Rhodiola4E afectează consolidarea memoriei (14, 15). În paradigma actuală, consolidarea la o formă timpurie de memorie pe termen lung (eLTM) are loc până la 9 ore după antrenament (19). Animalele au fost hrănite cu soluție de control sau Rhodiola4E la 5 ore după antrenament (adică, în timpul ferestrei de timp de consolidare a memoriei) și au fost testate pentru memoria lor a doua zi, moment în care consolidarea memoriei în eLTM a fost completă. Scorurile de memorie la albinele tratate cu Rhodiola4E au fost mai mari decât cele din grupul martor (Fig. 4D și fig. S6), într-o manieră dependentă de doză (Fig. 4E).

Hrănirea cu Rhodiola4E nu afectează recuperarea memoriei la albine

Pentru a vedea dacă hrănirea acută cu Rhodiola4E afectează și recuperarea memoriei, am schimbat hrănirea cu Rhodiola4E la 29 de ore după antrenament și am testat memoria în ziua următoare. Această sincronizare a evenimentelor experimentale asigură că procesele de consolidare a memoriei au fost finalizate atunci când animalele au fost tratate la 29 de ore după antrenament (19), în timp ce intervalul de timp dintre hrănirea Rhodiola4E și test a rămas constant față de experimentul anterior (adică, 19 ore). Dacă hrănirea Rhodiola4E cronometrată în acest mod ar facilita recuperarea memoriei, ar trebui observate scoruri crescute. Acesta nu a fost însă cazul (Fig. 4F).

Concluzionăm că hrănirea acută cu Rhodiola4E accelerează achiziția memoriei și consolidarea ei mai eficientă într-o formă stabilă, în timp ce recuperarea memoriei și facultățile senzoriomotorii relevante pentru sarcini rămân nealterate. Împreună, descoperirile la Drosophila și albinele de până acum ne-au încurajat să ne întrebăm dacă un anumit compus de îmbunătățire a memoriei ar putea fi identificat din Rhodiola.

Identificarea esterului epicotilic al acidului ferulic (FAE-20) ca un potențial de îmbunătățire a memoriei

După obținerea unui eșantion mare de material de rădăcină Rhodiola4 uscat, am testat mai întâi un extract brut pentru efectul său de îmbunătățire a memoriei pentru a ne asigura că componentele funcționale ale Rhodiola sunt extractibile. Suplimentarea alimentelor cu extract brut de R.rosea (extract de Rhodiola) a îmbunătățit într-adevăr scorurile de memorie la larva de Drosophila (Fig. 5A), arătând că o componentă solubilă a conferit un astfel de efect. Acest lucru ne-a încurajat să adoptăm izolarea ghidată de biotest și abordarea metabolomică inversă folosind algoritmi de corelare a activității (20). Cu toate acestea, paradigma actuală de suplimentare alimentară necesită, în mod nepractic, cantități mari de extract pentru o astfel de abordare. Deși, în principiu, paradigma albinei ar fi fost o alternativă potrivită și prietenoasă cu resursele, ne-am gândit că, pe termen lung, ar fi un avantaj să lucrăm într-un sistem model mai accesibil genetic. Prin urmare, într-un studiu paralel, am dezvoltat un ecran alternativ legat de memorie pentru larva Drosophila, care profită de efectul plin de satisfacții al Rhodiola și necesită mult mai puțin material. Acest ecran a sugerat o listă de compuși candidați, inclusiv -sitosterol- -D-glucozid (BSSG) și esterul epicotilic al acidului ferulic (FAE{-20). În consecință, ambii compuși au fost sintetizați pentru a obține material suficient și pur pentru verificarea cauzală în prezentul test de îmbunătățire a memoriei Având în vedere că suplimentarea alimentară cu BSSG sintetic și derivații săi nu a avut niciun impact asupra scorurilor de memorie larvară (fig. S7) și având în vedere că am avut am constatat prezența FAE-20 în Rhodiola (fig. S8 și S9), ne-am concentrat pe FAE-20 sintetice în experimentele următoare.

Fig. 1. Rhodiola1 îmbunătățește memoria la larva de Drosophila. (A la C) Larvele au fost crescute în flacoane de hrană fie cu alimente de control (gri, martor), fie cu alimente suplimentate cu concentrațiile indicate de rădăcină Rhodiola1 (maro, Rhodiola1). (A) Larvele au suferit un antrenament diferențial, astfel încât unul dintre cele două mirosuri (AM, nor negru; 1OCT, nor galben) a fost prezentat pe un vas Petri împreună cu o recompensă de zahăr [verde, fructoză (FRU); în jumătate din cazuri, secvența de antrenament a fost cea indicată; în cealaltă jumătate, a fost invers]. În timpul testării, a fost măsurată alegerea între mirosuri. Indicele de performanță (PI) cuantifică memoria asociativă ca diferență de comportament de testare între grupuri de larve antrenate reciproc, dezvăluind că Rhodiola1 crește în funcție de doză scorurile de memorie. n=15, 12, 12 și 11. (B) Ca și în (A), arătând că Rhodiola1 crește în funcție de doză scorurile de memorie și într-o versiune nediferențială a paradigmei. n=11, 11, 11 și 11. (C) Ca și în (B), testarea unor niveluri mai scăzute de concentrație de Rhodiola1. n=15, 15, 13 și 11. (D) Rezumat bazat pe PI medii folosind Rhodiola1 (A la C) și Rhodiola4 (fig. S1), normalizat la mediana controlului respectiv. Diagramele cu casete reprezintă mediana ca linie de mijloc, cuantile 25 și 75 ca limite de cutie și cuantile 1{{3{0}}lea și 90 ca mustăți. „b” indică o diferență semnificativă statistic față de control („a”) în testele U corectate cu Bonferroni (P < 0,05/3)="" precedate="" de="" un="" test="" kruskal-wallis="" (p="">< 0,05).="" datele="" sunt="" documentate="" în="" fișierul="" de="" date="">

Fig. 2. Rhodiola1 nu afectează facultățile senzoriomotorii relevante pentru sarcină. Larvele crescute în flacoane de hrană fie cu alimente de control, fie cu alimente suplimentate cu concentrația indicată de rădăcină Rhodiola1 au îndeplinit sarcinile indicate. Aceste sarcini testează facultățile senzoriomotorii relevante pentru experimentele de învățare cu recompensă de miros prezentate în Fig. 1. Rhodiola1 nu a avut în niciun caz un efect asupra performanței. (AtoC) Preferința larvelor naive experimental față de recompensa de zahăr [A: FRU, verde (n=17, 17, 17 și 17)] și față de mirosuri [B; AM, nor negru (n=12, 12, 12 și 12); C: 1OCT, nor galben (n=12, 12, 28 și 12)]. (D la G) Preferința de miros după expunerea la recompensă la un stimul asemănător antrenamentului, dar omițând mirosurile [D și E, testarea preferințelor pentru AM (n=12, 12, 12 și 12) și 1OCT (n { {26}}, 12, 12 și respectiv 12] sau la mirosuri, dar omițând recompensa [F și G, testând preferințele pentru AM (n {{3{0}}, 11, 12, și 12) și 1OCT (n=12, 12, 12 și respectiv 12). În jumătate din cazuri, succesiunea încercărilor de expunere a fost cea indicată; în cealaltă jumătate, era invers. În fig. S2, preferințele de miros după expunerea la doar unul dintre mirosuri sunt afișate. ns indică P > 0,05 (testul Kruskal-Wallis). Mai multe detalii ca în Fig. 1. Datele sunt documentate în fișierul de date S1.

Fig. 3. Rhodiola4 compensează declinul memoriei dependent de vârstă. (A la C) Muștele crescute până la 1 sau 15 zile după ecloziune în flacoane de hrană fie cu alimente de control, fie cu alimente suplimentate cu rădăcină de Rhodiola4 au fost supuse unui antrenament diferențial astfel încât unul dintre cele două mirosuri [nori negri și galbeni; în jumătate din cazuri, benzaldehidă (BA); în cealaltă jumătate, 3-octanol (3OCT)] a fost prezentat cu o recompensă de zahăr [verde; zaharoză (SUC)], iar celălalt miros a fost prezentat fără recompensă (în jumătate din cazuri, secvența de antrenament a fost cea indicată; în cealaltă jumătate, a fost invers). În timpul testului, a fost măsurată alegerea între mirosuri. PI cuantifică memoria asociativă ca diferență de comportament de testare între grupuri de muște antrenate reciproc. Rhodiola4 lasă neafectate scorurile de memorie la muștele tinere (B; n=24 și 46), totuși compensează scăderea scorurilor de memorie ale muștelor în vârstă (C; n=23 și 22). ns indică P > 0.05 (test U). b indică o diferență semnificativă statistic față de controlul (a) într-un test U (P < 0,05).="" mai="" multe="" detalii="" ca="" în="" fig.="" 1.="" datele="" sunt="" documentate="" în="" fișierul="" de="" date="">

FAE-20 ca amplificator de memorie la Drosophila

Larvele de Drosophila au fost crescute fie pe un mediu alimentar de control, fie pe un mediu alimentar suplimentat cu diferite concentrații de FAE sintetice{{0}}. Acesta din urmă a îmbunătățit scorurile de memorie într-o manieră dependentă de doză. Scorurile de memorie au fost dublate la o concentrație de 0,71 mM de FAE-20, în timp ce concentrațiile de FAE de 10-ori mai mici sau de 10-ori mai mari-20 nu au avut niciun efect semnificativ statistic (Fig. 5B). O dependență similară de doză a fost observată mai devreme când s-a folosit extract de Rhodiola brut și Rhodiola4E (Figurile 4E și 5A). Efectul suplimentelor alimentare cu R. Rosea asupra duratei de viață a drosophilei urmează și o funcție optimă (11).

Următoarea întrebare a fost dacă nu numai FAE-20, ci și derivații înrudiți structural și naturali ar îmbunătăți scorurile de memorie la larva de Drosophila (Fig. 5C). Larvele au fost crescute fie cu alimente de control, fie pe alimente suplimentate cu FAE-20, hexadecil-(2E)-3-({4-hidroxi-3-metoxifenil)-prop-2- enoat (FAE-16), dodecil-(2E)-3-({4-hidroxi{-3-metoxifenil)-prop{-2-enoat (FAE{-12) ,octil-(2E)-3-({4-hidroxi{-3-metoxifenil)-prop-2-enoat (FAE{-8),cozy-(2E){{29 }}(4-hidroxifenil)-prop-2-enoat (4-OH-CAE{{-20), sau 7,8-esterul epicotilic al acidului dihidro-ferulic (DH- FAE-20). Rezultatele confirmă că hrănirea cu FAE-20 duce la scoruri de memorie mai mari decât la martori și sugerează că substanțele cu o lungime mai scurtă a lanțului alchil (FAE-16, FAE-12 și FAE{{44} }}) nu au niciun efect semnificativ statistic. În plus, suplimentarea alimentară cu substanțe similare cu FAE-20, dar lipsite de grupul metoxi al FAE (4-OH-CAE{-20) sau cu substanțe cu o legătură dublă hidrogenată (DH-FAE{{ 50}}) nu a exercitat niciun efect măsurabil asupra scorurilor de memorie. Suplimentarea alimentară cu FAE-20 lasă neschimbate scorurile de memorie ale muștelor adulte tinere (Fig. 6, A și B), dar compensează parțial declinul memoriei legat de vârstă (Fig. 6C). În schimb, comportamentul muștelor în vârstă experimentală naive față de mirosurile BA și 3OCT (Fig. 6D) și față de recompensa de zahăr (Fig. 6E) nu a fost afectat de suplimentele alimentare FAE-20.

O abordare preliminară de proteomică a sugerat că suplimentarea alimentară cu Rhodiola4 scade nivelurile proteinei din zona activă Bruchpilot la Drosophila adultă în vârstă (BRP, codificată de gena brp). Am găsit acest lucru intrigant deoarece, la Drosophila, s-a raportat că expresia BRP crește odată cu vârsta, iar reglarea în sus a proteinei BRP la muștele tinere determină o afectare prematură a funcției memoriei într-o paradigmă de învățare aversivă (21). Acest lucru a ridicat întrebarea dacă, în raport cu starea inițială cu două copii genomice ale genei brp (2 × BRP, linia de bază), stabilirea unei stări de debut precoce a expresiei BRP ridicate la muștele tinere cu patru copii genomice ale brp. gena (4×BRP, „control”) (21) ar duce la o scădere precoce a scorurilor de memorie și în paradigma noastră apetitivă. S-a constatat într-adevăr că acesta este cazul la nivel comportamental (Fig. 6F; 2 × BRP, linia de bază versus 4 × BRP, control). Suplimentarea alimentară cu FAE-20 la muștele 4×BRP (4×BRP, FAE-20) a putut compensa parțial această afecțiune „patologică” indusă genetic.

Fig. 4. Rhodiola4E îmbunătățește achiziția și consolidarea, dar nu și recuperarea, la albine. (A) Albinele au fost hrănite cu soluție de zahăr plus extract de Rhodiola4E (maro) sau soluție de zahăr (gri, martor). În ziua următoare, albinele au suferit condiționarea clasică a răspunsului de extensie a proboscisului (PER) prin prezentări pereche miros-recompensă. Ratele de achiziție pentru PER față de miros sunt mai mari după hrănirea cu Rhodiola4E [regresie logistică: c2(1)=13.33, P=0.00026; n=73 și 117]. (B și C) Hrănirea cu Rhodiola4E nu afectează nici capacitatea de răspuns la zahăr [B; analiza unidirecțională a varianței (ANOVA), P > 0,05; n=49, 51, 47 și 45] și nici sensibilitatea la miros [C; regresie logistică: c2(1)=0,01, P=0,98; n=157 și 114). (D) Când albinele au fost hrănite cu Rhodiola4E în timpul consolidării memoriei, nivelurile de PER în timpul testării au fost mai mari decât cele din martori [regresie logistică: c2(1)=8.50, P=0.0036; n=129 și 130]. Datele prezentate includ date din experimentele din (E) și fig. S6. (E) Ca și în (D), arătând că memoria este îmbunătățită în conformitate cu concentrația Rhodiola4E. Memoria albinelor hrănite cu 1 procente Rhodiola4E diferă de martor [regresia logistică: c2(1)=16.08, P=0.00006; n=44, 46, 47 și 46]. (F) Rhodiola4E nu are niciun efect asupra recuperării memoriei atunci când este hrănit în același timp înainte de test ca în (D) și (E), dar are un moment după antrenament, când consolidarea memoriei s-a încheiat deja. Ratele PER nu au fost diferite pentru albinele hrănite mai târziu cu Rhodiola4E față de martor [regresie logistică: c2(1)=0.01, P=0.92; n=59 și 55]. *P < 0,05.="" barele="" indică="" intervalele="" de="" încredere.="" datele="" sunt="" documentate="" în="" fișierul="" de="" date="">

Fig. 5. Extractul de Rhodiola brut și FAE-20 îmbunătățesc memoria la larva de Drosophila. (A și B) Ca și în Fig. 1B, suplimentarea alimentară cu extract de Rhodiola brut (A; maro) sau cu ester epicotilic FA (B; FAE-20, albastru) îmbunătățește memoria larvelor Drosophila într-o stare dependentă de doză. manieră. Similar cu ceea ce s-a găsit pentru consolidarea memoriei la albine (Fig. 4E), atât pentru extractul de Rhodiola brut, cât și pentru FAE-20, am observat îmbunătățirea memoriei la concentrații intermediare. b indică o diferență semnificativă statistic față de controlul (a) în testele U corectate de Bonferroni [A: P < 0.05/2="" (n="33," 34="" și="" 27);="" b:="" p="">< 0.05/3="" (n="17," 16,="" 19="" și="" 18)]="" precedat="" de="" teste="" kruskal-wallis="" (p="">< 0,05).="" (c)="" ca="" mai="" sus,="" pentru="" suplimentele="" alimentare="" cu="" fae-20="" sau="" derivații="" fae-20="" indicați.="" dintre="" compușii="" testați,="" numai="" fae-20="" duce="" la="" scoruri="" de="" memorie="" îmbunătățite="" în="" raport="" cu="" controlul="" (p="0.007)," replicând="" rezultatele="" de="" la="" (b).="" „b”="" indică="" o="" diferență="" semnificativă="" statistic="" față="" de="" control="" („a”)="" în="" testele="" u="" corectate="" cu="" bonferroni="" [p="">< 0,05/6="" (n="35," 35,="" 35,="" 35,="" 35="" și="" 35)]="" precedată="" de="" un="" testul="" kruskal="" wallis="" (p="0.055)." umbrirea="" gri="" indică="" valorile="" dintre="" cuantilele="" 25="" și="" 75="" ale="" scorurilor="" pi="" de="" control.="" mai="" multe="" detalii="" ca="" în="" fig.="" 1.="" datele="" sunt="" documentate="" în="" fișierul="" de="" date="">

Fig. 6. FAE-20 îmbunătățește memoria la muștele în vârstă și modulează nivelurile proteinei BRP. (A la C) Ca și în Fig. 3, suplimentarea alimentară cu FAE-20 (albastru) lasă scorurile de memorie la muștele tinere neafectate (B; n=24 și 28), dar compensează parțial afectarea memoriei a muște în vârstă (C; n=29 și 28). ns și, respectiv, b indică P > 0.{{10}}5 și P < 0.{05="" în="" testele="" u="" versus="" control="" (a).="" (d="" și="" e)="" hrănirea="" cu="" fae-20="" nu="" afectează="" preferința="" de="" miros="" [d:="" ba="" (nor="" galben)="" și="" 3oct="" (nor="" negru)]="" sau="" preferința="" suc="" (e,="" verde)="" la="" muștele="" în="" vârstă.="" ns="" indică="" p=""> 0.05 în testele U (n=28 și 28; 28 și 28; și 40 și 40). (F) Ca și în (B) și (C), arătând că, în raport cu condițiile de bază ale BRP (2 × BRP, linia de bază), scorurile de memorie la muștele tinere sunt afectate la supraexprimarea BRP atunci când sunt crescute pe hrana de control (4 × BRP, martor). ), care este parțial compensată prin creșterea animalelor cu alimente FAE-20 (4×BRP, FAE-20). b indică o diferență față de valoarea inițială (a), „c” indică o diferență față de control în testele U corectate cu Bonferroni [P < 0,05/2="" (n="20," 28="" și="" 27)]="" precedat="" de="" un="" kruskal-wallis="" test="" (p="">< 0,05).="" (g)="" spectrometria="" cantitativă="" de="" masă="" (ms)="" arată="" că="" supraexprimarea="" brp="" poate="" fi="" compensată="" parțial="" prin="" hrănirea="" fae-20.="" „b”="" indică="" o="" diferență="" față="" de="" valoarea="" inițială="" („a”),="" „c”="" indică="" o="" diferență="" față="" de="" control="" în="" testele="" u="" corectate="" cu="" bonferroni="" [p="">< 0,05/2="" (n="95," 96="" și="" 102)]="" precedat="" de="" un="" test="" kruskal-wallis="" (p="">< 0,05).="" inset="" ilustrează="" topologia="" brp="" la="" presinapsie="" [©="" din="" (47);="" publicat="" inițial="" în="" journal="" of="" cell="" biology.="" https://doi.org/10.1083/jcb.200812150].="" mai="" multe="" detalii="" ca="" în="" fig.="" 1.="" datele="" sunt="" documentate="" în="" fișierul="" de="" date="">

Pentru a vedea dacă hrănirea FAE-20 la animale de 4×BRP reduce într-adevăr nivelurile de proteină BRP, am folosit MS cantitativ al capetelor de muște adulte (Fig. 6G). Acest lucru a confirmat creșterea nivelurilor de BRP la muștele tinere de control 4×BRP în comparație cu muștele de bază tinere 2×BRP (21). În mod critic, suplimentele alimentare cu FAE-20 au redus această creștere a BRP la muștele 4×BRP.

Am ajuns la concluzia că suplimentarea alimentelor cu FAE-20 poate îmbunătăți scorurile de memorie la larva de Drosophila. Mai mult, FAE-20 poate compensa parțial atât tulburările de memorie la muștele în vârstă, cât și tulburările de memorie cu debut precoce cauzate de o creștere prematură, indusă genetic, a nivelurilor de BRP la muștele tinere. Următoarea noastră întrebare a fost dacă FAE-20 are efecte neurocognitive și la șoareci.

FAE-20 crește excitabilitatea neuronilor CA1 și îmbunătățește memoria fricii contextuale

Given the role of hippocampal CA1 neurons in learning and memory in rodents and humans (22, 23), we tested whether the physiological properties of these neurons are altered by acute application of Rhodiola extract crude. It turned out that cell excitability, measured as the number of action potentials upon current injection, is increased (Fig. 7, A and B). Likewise, the application of 4 mM FAE-20 increases the excitability of CA1 neurons (Fig. 7, C, and D). This prompted us to test whether acute application of FAE-20 modulates hippocampus-dependent memory in the mouse. Because we were concerned that the acidic conditions in parts of the mammalian digestive system might incapacitate FAE-20 by acidic hydrolysis, mice were intraperitoneally injected with FAE-20 solution (6 or 12 mg/kg) or solvent and trained in a contextual fear conditioning paradigm 30 min later. On the next day, they were tested for freezing behavior first in a novel context and then in the training context (Fig. 7, E to G). After injection of FAE-20 in young adult mice (3 months), the FAE-20–treated groups and the control groups showed a similarly low level of freezing in the novel context, and initially, equally elevated freezing in the training context. Contextual fear memory was more stable across the testing period in FAE-20–treated animals (Fig. 7, E and F). Application of FAE-20 in aged mice (>2 ani) a dus la niveluri mai ridicate de memorie contextuală a fricii pe tot parcursul testului, în comparație cu martorii (Fig. 7G). Concluzionăm că tratamentul cu FAE-20 acut poate îmbunătăți memoria fricii contextuale dependentă de hipocampus la șoarece, posibil legată de excitabilitatea crescută a neuronilor implicați.

DISCUŢIE

Potenţial de translaţie

Punctul de plecare al prezentului studiu a fost că preparatele din rădăcinile R. Rosea cresc durata de viață la diferite specii de animale (10, 11), sunt utilizate în medicina umană tradițională (1–3) și s-a raportat că au efecte pozitive. despre funcția de memorie la rozătoare (7) și la oameni (3) [dar vezi (4–6)]. În ceea ce privește efectele asupra funcției de memorie, totuși, procesele specifice de memorie afectate de Rhodiola (achiziție, consolidare și recuperare) și compușii bioactivi din rădăcină care provoacă aceste efecte au rămas necunoscute. Am investigat sistematic efectele R. Rosea, extractele sale și compușii individuali prezenți în aceste extracte asupra învățării asociative și memoriei. Concluzionăm că R. Rosea îmbunătățește scorurile de memorie într-o manieră dependentă de doză la larvele de Drosophila și că compensează declinul memoriei legate de vârstă la muștele în vârstă. La albine, hrănirea cu R. Rosea îmbunătățește în mod specific achiziția și consolidarea memoriei, dar nu și regăsirea acesteia. Facultățile senzoriomotorii legate de sarcină rămân neschimbate în toate cazurile. Atribuim în mod special un efect de îmbunătățire a memoriei în Drosophila compusului bioactiv FAE-20, despre care arătăm că este prezent în extractul de R. Rosea. Confirmăm aceste efecte cu FAE pur sintetic-20, care ameliorează, de asemenea, tulburările de memorie legate de vârstă, precum și cauzate genetic la muștele adulte.

În mod critic, din perspectiva medicinei translaționale, FAE-20 este eficient și într-un model de rozătoare: neuronii CA1 hipocampali de șoarece au prezentat o excitabilitate crescută, iar șoarecii tratați cu FAE-20 au prezentat o memorie dependentă de hipocampus îmbunătățită. În lumina rapoartelor menționate mai sus cu privire la efectele neurocognitive ale R. Rosea în medicina tradițională și având în vedere că FAE-20 a fost identificat de la R. Rosea ca un compus de îmbunătățire a memoriei, studiile privind efectele FAE{{6} } la oameni par acum justificate. Odată ce testele de toxicitate sunt trecute și farmacocinetica FAE-20 este cunoscută, astfel de teste ar putea fi deosebit de promițătoare din cauza asociațiilor raportate între excitabilitatea neuronală, plasticitatea sinaptică și învățarea (24, 25). Un posibil mecanism prin care o creștere a excitabilității neuronale ar putea duce la îmbunătățirea plasticității sinaptice este că numărul mai mare de potențiale de acțiune generate în timpul inducerii plasticității sinaptice de către celulele mai excitabile poate provoca o

a crescut Ca2 plus influx prin tipurile de N-metil-D-aspartat de receptori de glutamat. Celulele piramidale din zona CA1 a hipocampului dorsal, de exemplu, sunt mai puțin excitabile la șoarecii bătrâni decât la tineri (26); astfel, șoarecii bătrâni ar trebui să beneficieze mai mult de creșterea excitabilității decât șoarecii tineri, ceea ce este în concordanță cu efectele comportamentale aparent mai pronunțate ale FAE-20 pe care le observăm la șoarecii bătrâni. Mai mult, câțiva compuși care cresc excitabilitatea intrinsecă a acestor neuroni, cum ar fi inhibitorul de colinesterază galantamina și nimodipina, blocantul canalelor de calciu de tip L, îmbunătățesc performanța șoarecilor bătrâni în sarcini comportamentale dependente de hipocamp (26).

FAE-20 ca amplificator de memorie

FAE-20 nu a fost raportat până acum ca constituent al R. Rosea [în ceea ce privește alte plante, vezi (27) și (28)], dar, în general, acidul ferulic (FA) și compușii fenolici înrudiți în formă liberă sau ca conjugații sunt antioxidanți omniprezent în plante. În timp ce FA este discutat ca un agent terapeutic împotriva bolilor legate de stresul oxidativ, inclusiv tulburările neurodegenerative (29), nu au fost raportate anterior efecte neurocognitive pentru esterii alchilici ai FA, cum ar fi FAE-20. S-a demonstrat că esterii alchilici sintetici ai FA (și acidului cafeic) inhibă proliferarea celulelor tumorale in vitro, activitatea enzimelor ciclooxigenazei (COX-1 și COX{-2) și peroxidarea lipidelor (30) - efecte care sunt în concordanță cu creșterea duratei de viață și reducerea greutății corporale observate la R. suplimente alimentare cu rosea la un număr de specii (10, 11, 31, 32).

Aceste efecte au fost sporite de formarea esterilor, probabil pentru că biodisponibilitatea și permeabilitatea membranei sunt crescute prin acest proces. În special, esterificarea cu lanț lung ar putea crește biodisponibilitatea sau chiar acumularea membranară a FA (deoarece crește lipofilitatea și astfel facilitează localizarea și traversarea membranelor și a barierei hemato-encefalice). În consecință, găsim o îmbunătățire a memoriei pentru FAE-20, mai degrabă decât pentru esterii alchilici cu lanț mai scurt ai FA (vezi și secțiunea „Ar putea FAE-20 să ajungă la creier?”).

Identificarea FAE-20 ca amplificator de memorie nu invalidează afirmațiile anterioare cu privire la activitatea altor compuși de la R. Rosea (4-6). În majoritatea studiilor anterioare, a fost folosit așa-numitul extract SHR-5 din materialul rădăcină de R. Rosea, care este comercializat de obicei sub formă de tablete (3–6, 10, 11). Acest extract este standardizat la conținutul de salidrozidă [2-({4-hidroxifenil)etil bD-glucopiranozidă] (4–6). De asemenea, se raportează că conține alți feniletanoizi și prostanoizi (de exemplu, tirosol, rosavin și mandarin), iar bioactivitatea a fost atribuită acestor clase de compuși (3, 33) [dar vezi (4-6)]. Cel puțin în cazul larvelor de Drosophila și, în măsura în care au fost testate, datele noastre nu oferă nicio dovadă pentru un efect de îmbunătățire a memoriei al materialului de tabletă care conține SHR-5. Încercările noastre de a determina dacă acest lucru se datorează cantităților insuficiente de FAE-20 în comprimatele care conțin SHR-5 au fost însă eșuate, deoarece suprapunerea semnalului și efectele matricei au împiedicat analiza cantitativă adecvată.

Fig. 7. FAE-20 crește excitabilitatea hipocampului și duce la o memorie contextuală mai stabilă a fricii la șoareci. (AtoD) Extractul de Rhodiola brut (A și B) sau FAE-20 (C și D) a fost aplicat pe felii acute de hipocamp murin la concentrațiile indicate, iar excitabilitatea neuronilor CA1 a fost determinată ca număr de potențiale de acțiune ( AP) la injectarea curentului. Excitabilitatea a fost crescută de extractul de Rhodiola brut [P <0.05, anova="" cu="" măsuri="" repetate="" în="" două="" căi="" (rm="" anova);="" n="10]" și="" de="" fae-20="" [rmanova="" bidirecțională="" cu="" p=""> 0.05 pentru cele două concentrații mai mici (n=11 la 18) și P < 0.05="" pentru="" cea="" mai="" mare="" concentrație="" de="" fae-20="" (n="13)]," în="" raport="" cu="" aplicarea="" solventului="" ca="" martor="" (n="" {{19}="" }="" până="" la="" 14).="" (e)="" şoarecii="" (3="" luni)="" au="" fost="" injectaţi="" intraperitoneal="" fie="" cu="" fae-20="" (6="" mg/kg;="" n="14)" fie="" cu="" solvent="" ca="" martor="" (n="13)" 3{{37="" }}="" min="" înainte="" de="" antrenamentul="" de="" condiționare="" a="" fricii="" contextuale.="" în="" ziua="" următoare,="" comportamentul="" de="" înghețare="" a="" fost="" testat="" într-un="" context="" nou="" (pentru="" a="" evalua="" frica="" nespecifică)="" și="" în="" contextul="" antrenamentului="" (pentru="" a="" evalua="" frica="" contextuală="" condiționată).="" animalele="" din="" ambele="" grupuri="" au="" discriminat="" la="" fel="" de="" bine="" între="" contextul="" neutru="" și="" cel="" de="" antrenament="" (rm="" anova,="" toate="" valorile="" p="">< 0.{05).="" la="" animalele="" de="" control,="" frica="" contextuală="" a="" scăzut="" de-a="" lungul="" timpului="" [p=""><0.05, testul="" post="" hoc="" al="" diferenței="" cele="" mai="" puțin="" semnificative="" a="" lui="" fisher="" (lsd)],="" totuși="" memoria="" a="" rămas="" stabilă="" după="" tratamentul="" cu="" fae-20="" (p=""> 0,05) și a fost mai mare decât la animalele martor (P=0.0007). (F) Dacă animalele au fost tratate cu o concentrație mai mare de FAE-20, au discriminat din nou între cele două contexte, precum și animalele de control (rm ANOVA, toate valorile P < 0,05).="" aceștia="" au="" arătat="" o="" scădere="" ușoară,="" dar="" semnificativă="" statistic="" (p="0.04)" a="" orelor="" suplimentare="" de="" înghețare="" în="" contextul="" antrenamentului,="" dar,="" important,="" au="" prezentat="" mai="" multă="" înghețare="" în="" a="" doua="" jumătate="" a="" expunerii="" contextului="" de="" antrenament="" decât="" grupul="" de="" control="" (p="">< 0,0001)="" ,="" indicând="" din="" nou="" o="" memorie="" mai="" stabilă="" a="" fricii="" la="" șoarecii="" tratați="" cu="" fae-20="" (comparații="" post-hoc="" cu="" lsd="" fisher;="" control,="" n="13;" fae-20,="" n="9)." (g)="" ca="" în="" (e),="" pentru="" șoareci="" cu="" vârsta="" cuprinsă="" între="" 2,4-="" și="" 2,8-ani.="" animalele="" din="" ambele="" grupuri="" au="" discriminat="" la="" fel="" de="" bine="" între="" contextul="" neutru="" și="" cel="" de="" antrenament="" (rm="" anova,="" toate="" valorile="" p="">< 0,05).="" animalele="" tratate="" cu="" fae-20="" au="" prezentat="" niveluri="" mai="" ridicate="" de="" memorie="" a="" fricii="" în="" contextul="" de="" antrenament="" (adică="" au="" prezentat="" mai="" multă="" îngheț)="" decât="" animalele="" de="" control="" pe="" parcursul="" fazei="" de="" testare="" (p="">< 0,05,="" testul="" lsd="" post-hoc="" al="" lui="" fisher;="" control,="" n="" {{="" 57}};="" fae-20,="" n="16)." datele="" sunt="" documentate="" în="" fișierul="" de="" date="">

Poate FAE-20 să țină cont de efectele Rhodiola?

FAE{{0}} îmbunătățește memoria larvelor Drosophila la o concentrație de 0.71 mM (Fig. 5B), indicând eficacitatea în intervalul micromolar scăzut. Această concentrație corespunde cu 0,34 mg de FAE-20 per mililitru de aliment. Conform investigațiilor noastre analitice, conținutul de FAE-20 din extractul brut de Rhodiola este estimat a fi mai mic de 1 la sută. Din punct de vedere al intervalului, acest lucru este în concordanță cu ceea ce am găsit pentru efectul de îmbunătățire a memoriei al extractului de Rhodiola brut la 0,3 mg de extract per mililitru de aliment (Fig. 5A), deoarece aceasta ar corespunde la mai puțin de 3 mg de FAE{{15 }} pe mililitru de hrană. Având în vedere că am obținut aproximativ 25 până la 30% din greutatea materialului uscat de rădăcină de R. Rosea sub formă de extract, pentru a ajunge la aproximativ aceeași doză de FAE-20 prin adăugarea de material de rădăcină Rhodiola1 ar necesita aproximativ de trei până la patru ori mai mult Rhodiola1 materialul de rădăcină în comparație cu extractul brut de Rhodiola, care se ridică la câteva miligrame de Rhodiola1 per mililitru de hrană. Este vorba despre ceea ce am descoperit că este eficient (Fig. 1, de la B la D). Avertismentele datorate includ marjele de eroare ale estimărilor de mai sus, efectele combinate ale compușilor înrudiți structural care au individual efecte sub prag, posibilitatea unor relații inversate doză-efect în formă de U și erori care decurg din relaționarea cantitativă a experimentelor comportamentale care nu au fost efectuate în paralel. . Ținând cont de aceste avertismente, credem că este probabil ca FAE-20 să mediază o parte substanțială a efectului de îmbunătățire a memoriei al R. Rosea și al extractului său și ne abținem cu tărie de a face afirmații mai cantitative.

maca ginseng cistanche

Efectele moleculare ale Rhodiola/FAE-20

Un proces propus anterior pentru a media îmbunătățirea memoriei de către R. Rosea este inhibarea activității acetilcolinesterazei (AChE) (34, 35). Cu toate acestea, la albine, inhibitorii AChE fie afectează ușor achiziția memoriei (36) fie o lasă nealterată (37). În plus, recuperarea memoriei la albină a fost îmbunătățită prin inhibarea AChE (37). Fără alte presupuneri, aceste efecte ale inhibării AChE nu se potrivesc cu ușurință cu descoperirile noastre la albine, deoarece Rhodiola4E, prin contrast, îmbunătățește achiziția de memorie și lasă recuperarea neafectată. S-a raportat că extractele Polar R. Rosea și compușii izolați din acestea, cum ar fi rosiridina, influențează nivelurile și/sau moderează efectele aminelor biogene (38) [vezi și (39, 40)]. Deoarece aminele biogene sunt ele însele conservate evolutiv și modulatori puternici ai proceselor de memorie [Drosophila, (13, 41, 42); albină, (14, 15); mamifere, (43)], sistemele de amine biogene par într-adevăr a fi candidați promițători pentru a media efectele legate de memorie ale extractelor polare de R. Rosea între specii. Ar trebui să subliniem, totuși, că FAE-20 este mai degrabă nepolar, așa că este de așteptat ca un mecanism diferit sau suplimentar să aducă îmbunătățirea memoriei prin FAE-20. Rezultatele noastre prezente arată că, la creșterea nivelurilor proteinei sinaptice BRP la muștele adulte în vârstă și la muștele tinere care supraexprimă proteina BRP, FAE-20 poate reduce nivelurile BRP înapoi la normal. În ambele cazuri, acest efect asupra nivelurilor BRP este însoțit de o compensare parțială pentru declinul memoriei. Acest lucru este în concordanță cu descoperirile anterioare care arată că menținerea nivelurilor adaptative de exprimare a BRP este necesară pentru o funcție adecvată a memoriei la muște (21, 44) și, probabil, la albine (45). De ce ar putea conta nivelurile BRP pentru funcția de memorie? BRP se localizează în zona activă presinaptică (46). Este necesar pentru concentrarea veziculelor sinaptice în apropierea canalelor Ca2 plus și astfel pentru reglarea fină a transmisiei sinaptice (47, 48). Deoarece capătul N-terminal al Drosophila BRP are omologie de secvență cu proteina ELKS/CAST/ERC de vertebrate (46), BRP pare a fi un candidat promițător pentru a media efectele legate de memorie ale FAE-20 între specii. Nu a scăpat atenției noastre că efectele FAE-20 asupra memoriei, precum și asupra nivelurilor de BRP la muștele adulte seamănă cu efectele hrănirii muștelor cu poliamina spermidină care promovează autofagia (49). Cu toate acestea, analizele proteomice preliminare au rămas neconcludente dacă există o schimbare în abundența proteinelor care sunt implicate în sinteza spermidinei sau în autofagie după hrănirea muștelor cu FAE-20. În plus, cele două substanțe diferă drastic în proprietățile lor fizico-chimice și, prin urmare, este puțin probabil să aibă aceeași țintă moleculară. Totuși, rămâne posibil ca FAE-20 și spermidina să afecteze procesele care se suprapun, cum ar fi autofagia. Aceasta este o idee atractivă, având în vedere rolul comun al autofagiei în plasticitate și învățare între specii (21, 49-51).

Împreună, dovezile disponibile arată că FAE-20 este un amplificator puternic al memoriei în diferite specii și paradigme și provoacă cel puțin patru ipoteze de lucru neexclusive pentru un mecanism al acțiunii sale, și anume modularea excitabilității neuronale a sistemelor de amine biogene. , a funcției BRP/ELKS/CAST/ERC și a autofagiei homeostatice. Pentru a identifica modul(ele) de acțiune al FAE-20, aceste ipoteze de lucru trebuie acum investigate în detaliu.

Ar putea FAE-20 să ajungă la creier?

Presupunând că creierul este locul afectat în cele din urmă de tratamentul cu FAE-20, ne întrebăm dacă FAE-20 ar ajunge cu adevărat la creier. Cu analizele farmacocinetice în așteptare, observăm că, la Drosophila, digestia și absorbția se realizează predominant în intestinul mijlociu, care este mult mai puțin acid decât la mamifere (52), făcând improbabilă hidroliza acidă a esterilor. Dacă FAE-20 este într-adevăr absorbit în hemolimfă ("sânge"), atunci lipoproteinele precum lipoproteina (53) l-ar putea transporta aproape de oriunde în organism. Datorită proprietăților sale lipofile extrem de nepolare, interacțiunea FAE-20 transportată cu membranele celulare i-ar putea permite apoi să treacă prin bariera hemato-encefalică (54). În cazul șoarecilor, această din urmă interacțiune ar putea permite, de asemenea, FAE-20 să ajungă la creier la injectarea intraperitoneală a FAE-20.

Larvele sunt tinere sau bătrâne?

Efectele amplificatoarelor de memorie sunt adesea mai ușor de detectat atunci când, indiferent de motiv, funcția de memorie este compromisă (49, 55, 56). În consecință, în studiul nostru, efectele FAE-20 au fost dezvăluite prin compensarea deficiențelor mnemonice induse genetic la Drosophila adultă și prin îmbunătățirea funcției de memorie care este compromisă de vârstă. Dar de ce, atunci, îmbunătățirea memoriei prin FAE-20 este atât de ușor dezvăluită în larva de Drosophila? Un posibil motiv pentru aceasta este că larvele târzii, din stadiul 3, utilizate în experimentele prezente sunt, într-un fel, „îmbătrânite”, reprezentând o etapă de viață la sfârșitul unei 5-zi de frenezie de hrănire continuă și cu puțin timp înainte de „moartea larvelor” urmată de renașterea ca adult tânăr (57).

Avertismente

Remarcăm că, în condiții sănătoase, utilizarea amplificatoarelor de memorie implică riscuri. (i) După cum sa argumentat mai sus, efectele de îmbunătățire a memoriei sunt mai ușor de obținut ori de câte ori funcția de memorie este compromisă. Acest lucru ar putea determina subiecții sănătoși să utilizeze concentrații mai mari în încercarea de a obține totuși o creștere a funcției de memorie, crescând probabilitatea de efecte secundare neintenționate. Efectele pline de satisfacție ale Rhodiola și FAE-20 pe care le-am observat la larva de Drosophila într-un studiu paralel pot indica un potențial de dependență și precauție față de utilizarea lor nemedicală. (ii) În condiții sănătoase, îmbunătățirea memoriei poate induce dobândirea și consolidarea excesiv de rapidă doar pentru evenimente asociate în mod fals, ceea ce duce la un comportament superstițios care nu este o lipsă de experiență bazată pe adaptare. Nu în ultimul rând, (iii) poate distorsiona echilibrul adaptativ dintre dobândirea memoriei și uitare/extingere, sau echilibrul adaptativ între discriminarea și generalizarea amintirilor. Cu alte cuvinte, o învățare mai rapidă sau o memorie mai robustă sau mai specifică nu înseamnă neapărat o mai bună cunoaștere și poate să nu fie întotdeauna adaptativă. Ținând cont de aceste avertismente, îmbunătățirea memoriei poate fi totuși de dorit, de exemplu, pentru a compensa pierderea de memorie dependentă de vârstă sau atunci când abilitățile mnemonice sunt afectate patologic.

recenzii cistanche