חלק 1: עכברים מזדקנים מראים עדכון זיכרון לקוי בפרדיגמת עדכון OUL הרומן

למידע נוסף:Ali.ma@wecistanche.com

בבקשה, לחץ כאן לחלק 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, and Marcelo A. Wood1

זיכרונות אינם נמשכים במצב סטטי קבוע אלא יש לשנות אותם באופן דינמי בתגובה למידע חדש. אמנם חדשזיכרוןהיווצרות נחקרת בדרך כלל במסגרת מעבדה, רוב האסוציאציות בעולם האמיתי הן שינויים בזיכרונות קיימים, במיוחד במוח המזדקן והמנוסה. עד היום חסרה לתחום פרדיגמה התנהגותית פשוטה שיכולה למדוד האם מידע מקורי ומעודכן נזכר בפגישת מבחן אחת. כדי להתמודד עם הפער הזה, פיתחנו רומןזיכרוןפרדיגמת עדכון, הנקראת משימת האובייקטים במקומות מעודכנים (OUL) המסוגלת להעריךזיכרוןעדכון במשימה לא מלחיצה המתאימה למכרסמים צעירים ומבוגרים כאחד. אנו מראים תחילה שעכברים צעירים זוכרים בהצלחה הן את הזיכרון המקורי והן את המידע המעודכן ב- OUL. לאחר מכן, אנו מדגימים כי עירוי תוך היפוקמפוס של מעכב סינתזת החלבון anisomycin משבש הן את המידע המעודכן והן את הזיכרון המקורי בעת הבדיקה, דבר המצביע על כך שעדכון זיכרון ב- OUL מעסיק את הזיכרון המקורי. כדי לאמת זאת, השתמשנו בטכניקת Arc CatFISH כדי להראות שהפעלת עדכון OUL מפעילה מחדש קבוצה חופפת במידה רבה של נוירונים כמקורזיכרון. לבסוף, באמצעות OUL, אנו מראים זאתזיכרוןהעדכון נפגע בהזדקנות, 18-מו עכברים. יחד, תוצאות אלו מדגימות כי ההיפוקמפוסזיכרוןהעדכון נפגע עם ההזדקנות וקבע שפרדיגמת OUL היא שיטה יעילה ורגישה להערכת עדכון זיכרון במכרסמים.

לחץ כדיCistanche באורדו לשיפור הזיכרון

מבוא

יש לעדכן את הזיכרונות באופן דינמי כדי לשלב את המידע העדכני והרלוונטי ביותר באחסון. יכולת זו לשלב מידע חדש בקייםזיכרוןהוא קריטי כדי לאפשר לאורגניזמים לצפות תוצאות עתידיות ולהסתגל למצבים חדשים. רוב הזיכרונות אינם אסוציאציות חדשות אלא הם שינויים או תוספות (עדכונים) לזיכרונות קיימים, במיוחד במוח המזדקן והמנוסה. למרות חשיבותו הבסיסית, המנגנונים התומכים בעדכון הזיכרון אינם מאופיינים במידה רבה, ואף פחות מובן כיצד חוסר ויסות של מנגנונים אלו עשוי לתרום לירידה קוגניטיבית הקשורה לגיל. הבנת האופן שבו זיכרונות משתנים בתגובה למידע חדש היא, אם כן, צעד חשוב לקראת שיפורזיכרוןלאורך תוחלת החיים.

זיכרונות עשויים להתעדכן באמצעות תהליך הנקרא "גיבוש מחדש", שבו השליפה מפעילה תקופה של אחריות שעלולה לאפשר שילוב מידע חדש בתוך קיים ויציבזיכרון. תהליך הגיבוש מחדש מורכב משלב חוסר יציבות ראשוני המסומן על ידי פירוק חלבון ואחריו שלב יציבות מחדש המאופיין בסינתזת חלבון [1-9]. עבודה אחרונה הוכיחה שגיבוש מחדש מתחיל רק כאשר מידע חדש מוצג בעת אחזור; כאשר השליפה מורכבת ממידע מוכר בלבד, המקורזיכרוןנשאר יציב ועמיד בפני חומרים אמנזיים כמו מעכבי סינתזת חלבון [2, 10-16]. זה מצביע על כך שמידע חדש גורם לחוסר יציבות בזיכרון כדי לאפשר שינוי. בהתאם לכך, מחקרים רבים מצביעים כעת על כך שמידע חדש המוצג במהלך אחזור יכול לשנות את תוכן הזיכרון [2, 3, 11, 17, 18], המרכיב הרגשי של הזיכרון [19-22], לייצר הכחדה מתמשכת [23-27 ], או אפילו ארגן מחדש את הזיכרון ברמת המעגל [11, 28].

מקוםזיכרוןמשימה, המכונה פרדיגמת האובייקטים במיקומים מעודכנים (OUL). המטרות של מחקר זה היו כפולות. ראשית, שאפנו לבסס את משימת OUL כשיטה חדשה ללימוד תלויי היפוקמפוסזיכרוןעִדכּוּן. שנית, שאפנו להשתמש בפרדיגמה זו כדי לקבוע אםזיכרוןהעדכון נפגע עם הגיל.

פרדיגמת OUL היא חדשנית בכך שהיא מסוגלת להעריך הן את הזיכרון המקורי והן את המידע המעודכן בפגישת מבחן אחת. יתר על כן, OUL משתמשת בלמידה מקרית המנצלת את ההעדפה המולדת של מכרסמים לחידוש, מונעת מתח מיותר והופכת אותה למתאים לבדיקת ליקויים הקשורים לגיל בעדכון הזיכרון. כאן, אנו מאמתים תחילה את משימת ה- OUL, ומדגימים שעכברים צעירים מראיםזיכרוןהן לאימון המקורי והן לעדכון הזיכרון במפגש מבחן OUL. לאחר מכן, השתמשנו בשתי שיטות משלימות (זריקות אניסומיצין תוך-היפוקמפוס ו-Arc CatFISH) כדי לוודא שעדכון OUL דורש שליפה של הזיכרון המקורי, במקום ליצור זיכרון חדש ועצמאי. לבסוף, באמצעות OUL, אנו מדגימים שעכברים מזדקנים מראים ליקויים בזיכרוןעדכון, המצביע על כך שחוסר יכולת לעדכן זיכרונות עשוי לתרום לירידה קוגניטיבית הקשורה לגיל. יחד, תוצאות אלו מוכיחות שניתן להשתמש בפרדיגמת OUL כדי להבין את המנגנונים העומדים בבסיס עדכון זיכרון ההיפוקמפוס לאורך תוחלת החיים.

חומרים ושיטות

עכברים

הנבדקים היו עכברי זכר C57BL/6 J מבוגרים (בני חודשיים-4- חודשים) או מבוגרים (בני 18-20 חודשים) (מעבדת ג'קסון). עכברים אוכסנו, הוזנו וטופלו כמתואר בשיטות המשלימות. כל ההליכים אושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של אוניברסיטת קליפורניה של אירווין והיו בהתאם להנחיות המכון הלאומי לבריאות.

המשימה שלנו

לאחר טיפול והתרגלות (ראה שיטות משלימות), עכברים אומנו עם שני אובייקטים זהים במיקומים ספציפיים (A1 ו-A2) עבור 1 או 3d בהקשר המורגל. 24 שעות לאחר מכן, עכברים קיבלו סשן עדכון, שבו הם הוקצו למצב ללא עדכון או לתנאי עדכון. שום עכברי עדכון לא נחשפו מחדש למיקומי אימון A1 ו-A2. עבור עכברי עדכון, אובייקט אחד הועבר למיקום חדש (A3). לבסוף, עכברים קיבלו מבחן שמירה שבו הם נחשפו לשלושת האובייקטים במיקומים שחוו בעבר (A1, A2, A3) והאובייקט הרביעי במיקום חדש A4.זיכרוןעבור מערך ההכשרה המקורי הוסק על ידי השוואת חקר המיקום החדש A4 למקומות A1 ו-A2.זיכרוןשכן העדכון הוסק על ידי השוואת חקירה של המיקום החדש A4 למיקום A3.

ניתוח צנתר

לעכברים באיור 2 הושתלו צינוריות כרוניות כפי שתואר בעבר [37] כדי לאפשר עירוי היפוקמפוס ישיר של אניסומיצין לאחר עדכון (ראה שיטות משלימות). עכברים התאוששו במשך 7 ימים לפחות לפני שהחלו בדיקות התנהגותיות. מיד לאחר פגישת העדכון, לעכברים הוזרמו באופן דו-צדדי עם אניסומיצין (ANI, 125/ug/μL) או כלי רכב (VEH) לתוך ההיפוקמפוס הגבי (1.0 μL/צד). מיקום צינוריות אושרו על ידי צביעה של פרוסות עטרה בסגול קרסילי.

שפמנון

הכלאה של פלואורסצנטי באתר עבור CatFISH בוצעה כפי שתואר קודם [38, 39] (ראה מוסף לפרטים). ה-DIG שכותרתו Arc antisense riboprobe הוכלאה עם רקמה למשך הלילה והוצגה עם מצמיד אנטי-DIG-HRP, הדמייה עם ערכת מצע Cy3, ונצבע נגד עם DAPI.

תמונות קונפוקאליות נאספו באזור CA1b של ההיפוקמפוס הגבי והתמונות צוינו כדי לזהות את הלוקליזציה של תת-התא של Arc כדי לחשב ציון דמיון כפי שתואר בעבר [39].

ניתוח סטטיסטי

משימת OUL קיבלה ניקוד ידני למדידת זמני חקר אובייקטים כפי שתואר קודם לכן עבור מיקום אובייקטזיכרוןניסויים [40, 41]. ניתוחים סטטיסטיים (ראה מוסף) בוצעו באמצעות מבחני t דו-זנב של Student, ANOVAs חד כיווני או ANOVA דו-כיווני עם מבחני t מתוקנים של Sidak. נעשה שימוש ב-ANOVA של מודל מעורב כאשר משתנה אחד היה מדד חוזר. ערך של 0.05 נדרש למובהקות.

תוצאות

חיות צעירות להראות בהצלחהזיכרוןהן להדרכה והן לעדכון מידע ב- OUL

תחילה שאפנו לאמת את משימת ה-OUL כמסוגלת להעריךזיכרוןעדכון בעכברים צעירים (איור 1א). לאחר התרגלות, עכברים אומנו לראשונה ללמוד את מיקומם של שני אובייקטים זהים בהקשר מוכר (מפגש אימון, יום 1). למחרת, במהלך פגישת העדכון (יום 2), העכברים חולקו לשתי קבוצות. הקבוצה ללא עדכון נחשפה מחדש לשני מיקומי האובייקטים המוכרים (A1 ו-A2). קבוצת העדכון נחשפה למיקום אובייקט מוכר אחד (A1) ואובייקט אחד הועבר למיקום חדש (A3). כל הקבוצות קיבלו מפגש מבחן (ביום 3) כדי להעריך את זיכרון החיות הן עבור מיקומי האובייקט המקורי והן עבור המיקום המעודכן. תעיד, עכברים נחשפו לארבעה עצמים זהים: שלושה במקומות שנחשפו בעבר (A1, A2 ו-A3) ואחד במיקום חדש (A4).זיכרוןעבור האימון המקורי הוערך על ידי השוואת חקירה של מיקום האובייקט החדש (A4) לחקירה של מיקומי אובייקט האימון (A1 ו-A2).זיכרוןעבור המידע המעודכן הוערך על ידי השוואת חקירה של מיקום האובייקט החדש (A4) לחקירה של מיקום האובייקט ה"מעודכן" (A3). מכיוון שעכברים מעדיפים חידוש, הזיכרון עבור האימון המקורי או המידע המעודכן מודגם על ידי חקירה מוגברת של האובייקט במיקום החדש (A4) בהשוואה לכל אחד משלושת האובייקטים האחרים (מסומן על ידי ציון גבוה יותר במדד ההבחנה ( DI), ראה שיטות).

במהלך האימון, עכברים בשתי הקבוצות הראו רמות דומות של חקירה של אובייקטים A1 ו-A2, וכתוצאה מכך אינדקס הבחנה (DI) קרוב לאפס עבור שתי הקבוצות (איור 1bi; מבחן t של תלמיד דו-זנב: t(17) {{ 6}}.086, עמ'=0.40). רמות החקירה הכוללות היו דומות גם בין הקבוצות ללא עדכון ועדכון במהלך האימון (איור 1bii; מבחן t של תלמיד דו-זנב: t(17)=0.035, p=0.97, n=10,9).

כדי לאשר את מיקום האובייקט המקוריזיכרוןנרכש בהצלחה, בשלב הבא הערכנו את הביצועים במהלך סשן העדכון (איור 1c). עכברים בקבוצת No Update הראו העדפה שווה למיקומים שנחשפו מחדש A1 ו-A2, וכתוצאה מכך DI קרוב לאפס (איור 1ci). עכברים בקבוצת עדכון, לעומת זאת, חקרו את האובייקט הנע A3 בהשוואה לאובייקט A1 שלא הוזז והראו DI גבוה משמעותית בהשוואה לקבוצת ללא עדכון (איור 1ci, מבחן t של סטודנט דו-זנבתי: t( 17)=3.57, עמ'=0.002). החקירה הכוללת הייתה גם גבוהה משמעותית בקבוצת העדכון בהשוואה לקבוצת ללא עדכון במהלך הפעלת העדכון (איור 1cii; מבחן t של סטודנט דו-זנבתי: t(17)=3.39, p {{22} }.004), מה שמציע שעכברים בילו זמן רב יותר בחקירת האובייקטים כאשר הוצג מיקום חדש. יחד, תוצאות אלו מאשרות כי מיקומי האובייקט המקוריים נלמדו בעכברים צעירים שנחשפו ל10-דקת אימון, בהתאם לדיווחים קודמים [41, 42].

כדי לקבוע אם המקורזיכרוןשונה כך שיכלול את מיקום האובייקט המעודכן (A3), עכברים קיבלו סשן מבחן שבו נבדק כל מיקום מוכר (A1, A2 ו-A3).כנגד מיקום חפץ חדש (A4) (איור 1ד). זמן חקירה גולמי של אחוז גולמי עבור כל אחד מארבעת האובייקטים במהלך הבדיקה מוצג באיור משלים. 5A. שתי הקבוצות הראו שלמותזיכרוןלמידע המקורי, שכן גם חיות עדכון וגם בעלי חיים ללא עדכון העדיפו באופן דומה את המיקום החדש A4 על פני שני המיקומים המקוריים A1 (איור 1di; מבחן t של תלמיד דו-זנב: t(17)=0.31, p { {8}}.76) ו-A2 (איור 1dii; מבחן t של תלמיד דו-זנב: t(17)=1.66, p=0.12). זה מאשר כי לאחר העדכון, המידע המקורי נשמר. כדי לבדוק אם המידע המעודכן נלמד בהצלחה, השווינו גם את החקירה של המיקום החדש A4 למיקום המעודכן A3 במהלך הבדיקה. עכברים בקבוצת ללא עדכון הראו העדפה שווה לאובייקטים A3 ו-A4, וכתוצאה מכך DI שלא היה שונה באופן משמעותי מאפס (איור 1diii; מבחן t-מדגם אחד בהשוואה ל-0: t(9)=1.55, עמ' {{30}}.156). עכברים שקיבלו את העדכון, לעומת זאת, בחנו את המיקום החדש A4 על פני המיקום המעודכן A3 (איור 1diii, מבחן t מדגם אחד בהשוואה ל-0: t(8)=3.42, p { {41}}.009; מבחן t דו-זנב של תלמיד המשווה בין עדכון ללא עדכון: t(17)=2.92, p=0.0096), המציין שהם זוכרים את המיקום המעודכן. לא נצפו הבדלים בחקירה הכוללת במהלך מפגש המבחן בין קבוצות (איור 1div; מבחן t של תלמיד דו-זנב: t(17)=1.27, p=0.22). יחד, תוצאות אלו מאשרות שחיות צעירות מפגינות התנהגויות העדפה העולה בקנה אחד עם היזכרות מוצלחת הן של המידע המקורי והן של המידע המעודכן בבדיקה.

איור 1 עכברים צעירים מבצעים בהצלחהזיכרוןעדכון במשימת OUL. עיצוב ניסיוני. ב התנהגות אימון. עכברים מראים DI נמוך, המצביע על אי העדפה לאובייקט A1 או A2 (משמאל), ויש להם רמות דומות של חקר אובייקטים כולל (ימין). ג עדכן את התנהגות הפגישה. (i) עכברים במצב עדכון מעדיפים את המיקום החדש A3 על המיקום המוכר A1 ואילו עכברי No Update מראים חקירה דומה של המיקומים המוכרים A1 ו-A2, עם DI קרוב לאפס. (ii) עכברי עדכון מראים יותר חקירה כוללת של אובייקטים באופן משמעותי מאשר עכברי ללא עדכון. ד התנהגות במהלך פגישת המבחן. (i) עכברים בקבוצת עדכון וגם ללא עדכון מציגים זיכרון שלם עבור מיקום אובייקט האימון המקורי A1. (ii) שתי הקבוצות גם מציגותזיכרוןלמיקום אימון מקורי A2. (iii) רק קבוצת העדכון מציגה העדפה למיקום החדש A4 על פני המיקום המעודכן A3; עכברי ללא עדכון מעדיפים אובייקטים A3 ו-A4 באותה מידה. (iv) עכברים מראים רמות דומות של חקר אובייקטים כולל במהלך הבדיקה. הנתונים מוצגים כממוצע ± SEM. **p <>

עיכוב סינתזת חלבון ההיפוקמפוס לאחר עדכון משבש הן את המידע המעודכן והן את המקורזיכרוןלאחר מכן בדקנו אם המידע המעודכן שנלמד במשימה של OUL משנה את המקורזיכרוןאו מקים עמותה חדשה ועצמאית. כדי שמשימת OUL תהיה מודל שימושי של עדכון זיכרון, יש לאחזר ולשנות את הזיכרון המקורי כדי לשלב את מידע מיקום האובייקט החדש שהוצג במהלך העדכון. כדי לבדוק זאת, השתמשנו בשתי שיטות משלימות כדי לבחון האם המקורזיכרוןעוסקת במפגש עדכון OUL: עירוי אניסומיצין וניתוח catFISH.

ראשית, בדקנו אם אניסומיצין שיושם לאחר סשן העדכון ישפיעזיכרוןלקבלת מידע ההדרכה המקורי. מחקרים רבים הוכיחו כי עירוי לאחר אחזור של מעכב סינתזת החלבון anisomycin (ANI) יכול לחסום איחוד מחדש בתנאים מסוימים [43, 44] לפחות באופן זמני [ראה 45]. ככל הנראה, המקורזיכרוןנעשה לאבילי על ידי המידע החדש שהוצג במהלך השליפה אך אינו מצליח להתייצב כראוי בהיעדר סינתזת חלבון דה נובו, מה שמוביל לשיבוש הזיכרון המקורי [6-9]. כאשר לא מוצג מידע חדש במהלך ניסוי האחזור, לעומת זאת, לעירויי ANI אין השפעה, מכיוון שנדרש מידע חדש כדי להתחיל קונסולידציה מחדש [6].

כדי לקבוע אם המידע המעודכן במשימת OUL מעסיק את המקורזיכרון, הענקנו anisomycin מיד לאחר פגישת העדכון והערכנו אם זה החליש את הקשר המקורי (איור 2a). החדרנו ANI ישירות להיפוקמפוס הגבי (DH) לאחר סשן העדכון (איור 2b, מיקומי צינורית בודדים המוצגים באיור משלים. 1A), שכן זיכרונות מיקום אובייקטים מרחביים רגישים במיוחד למניפולציות באזור זה [40, 46, 47 ] וזה יאפשר לנו למקם אתזיכרוןעדכן והימנע מהשפעות מחוץ למטרה של עיכוב סינתזת חלבון גלובלי. עכברים הראו חקר דומה של אובייקטים A1 ו-A2 באימון ( ANOVA דו-כיווני, ללא השפעות עיקריות משמעותיות או עדכון x אינטראקציה בין תרופות) והיו להם רמות דומות של מחקר כולל ( ANOVA דו-כיווני, ללא השפעות עיקריות משמעותיות או עדכון x אינטראקציה בין תרופות) (איור משלים 1B, C). במהלך הפעלת העדכון, עכברים במצב עדכון הראו העדפה משמעותית לאובייקט הנע, ועכברים במצב ללא עדכון המשיכו להראות חקר דומה של האובייקטים בשני המיקומים המוכרים (איור 2ci; ANOVA דו-כיווני, ראשי משמעותי השפעת העדכון (F(1,29) {{10}}.31, p < 0.0001),="" אך="" ללא="" השפעה="" משמעותית="" של="" תרופה="" או="" אינטראקציה="" משמעותית,="" n="6,6,12,9" )).="" לא="" נצפו="" הבדלים="" קבוצתיים="" בין="" בעלי="" חיים="" שנועדו="" לקבל="" אניסומיצין="" או="" כלי="" רכב="" ולא="" נצפה="" הבדל="" בחקר="" האובייקטים="" הכולל="" במהלך="" העדכון="" (איור="" 2cii;="" anova="" דו-כיווני,="" ללא="" השפעות="" עיקריות="" או="" אינטראקציה="" משמעותית).="" זה="" מצביע="" על="" כך="" שלפני="" עירוי="" anisomycin,="">

איור 2 שיבוש סינתזת חלבון לאחרזיכרוןעדכון פוגע גם במקורזיכרוןוהמידע המעודכן בעכברים צעירים. עיצוב ניסיוני. ב נציג מיקום צינורית המיקוד לאזור CA1 של ההיפוקמפוס הגבי. ג עדכן את התנהגות הפגישה. (i) שתי קבוצות העכברים במצב העדכון העדיפו את המיקום החדש A3 על פני המיקום המוכר A1 ואילו עכברי No Update מציגים DI קרוב לאפס, מה שמצביע על העדפה. (ii) עכברים מראים חקר כולל דומה בין קבוצות. ד התנהגות במהלך פגישת המבחן. (i) עבור אובייקט אימון מקורי A1, עכברים במצב ללא עדכון מציגים זיכרון שלם ללא קשר לטיפול התרופתי. עבור מצב העדכון, עכברים שטופלו ב-Anisomycin מראים DI מופחת משמעותית עבור A1 בהשוואה לבקרת כלי הרכב, מה שמצביע על כך שה-Anisomycin פגוםזיכרוןלקבלת מידע האימון המקורי בעדכון חיות. (ii) עבור אובייקט אימון מקורי A2, לא נצפתה השפעה משמעותית של אניזומיצין בבעלי חיים ללא עדכון או עדכון. (iii) עבור המיקום המעודכן A3, בעלי חיים ללא עדכון הראו DI נמוך בהשוואה לאובייקט A4, ללא קשר לעירוי סמים. חיות עדכון שקיבלו אניסומיצין הראו DI נמוך משמעותית מבקרות הרכב, מה שמצביע על כך שהאניסומיצין פגע בזיכרון עבור המידע המעודכן. iv) לא נצפו הבדלים משמעותיים במחקר הכולל בבדיקה. הנתונים מוצגים כממוצע ± SEM. **p < 0.01,="" ***p="">< 0.001,="" ****p="">< 0.0001.="" veh,="" רכב;="" ani,="">