Часть 1: Стареющие мыши демонстрируют нарушение обновления памяти в новой парадигме обновления OUL

для получения дополнительной информации:Ali.ma@wecistanche.com

Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы перейти к части 2

Джанин Л. Квапис1,2, Ясаман Алагбанд1, Эшли А. Кайзер1, Три Н. Донг1, Кристина М. Майкл1, Дайан Ри1, Гуанхуа Шу1, Ричард Т. Данг1, Дина П. Матеос1 и Марсело А. Вуд1

Воспоминания не сохраняются в постоянном, статическом состоянии, а вместо этого должны динамически изменяться в ответ на новую информацию. Хотя новыйПамятьформирование обычно изучается в лабораторных условиях, большинство реальных ассоциаций являются модификациями существующих воспоминаний, особенно в стареющем, опытном мозге. На сегодняшний день в этой области отсутствовала простая поведенческая парадигма, которая могла бы измерить, запоминается ли исходная и обновленная информация за один сеанс тестирования. Чтобы восполнить этот пробел, мы разработали новыйПамятьПарадигма обновления, называемая задачей «Объекты в обновленных местоположениях» (OUL), которая способна оцениватьПамятьобновление в нестрессовой задаче, подходящей как для молодых, так и для старых грызунов. Сначала мы показываем, что молодые мыши успешно запоминают как исходную память, так и обновленную информацию в OUL. Затем мы демонстрируем, что внутригиппокампальное введение ингибитора синтеза белка анизомицина нарушает как обновленную информацию, так и исходную память при тестировании, предполагая, что обновление памяти в OUL задействует исходную память. Чтобы проверить это, мы использовали метод Arc CatFISH, чтобы показать, что сеанс обновления OUL повторно активирует в значительной степени перекрывающийся набор нейронов, как исходный.Память. Наконец, используя OUL, мы показываем, чтоПамятьобновление нарушается у стареющих мышей 18-mo. Вместе эти результаты демонстрируют, что гиппокампПамятьобновление ухудшается с возрастом, и установить, что парадигма OUL является эффективным и чувствительным методом оценки обновления памяти у грызунов.

Нажмите чтобыCistanche на урду для улучшения памяти

ВВЕДЕНИЕ

Воспоминания должны динамически обновляться, чтобы включать в хранилище самую актуальную и последнюю информацию. Эта способность интегрировать новую информацию в существующуюПамятьимеет решающее значение для того, чтобы позволить организмам предвидеть будущие результаты и адаптироваться к новым ситуациям. Большинство воспоминаний не являются новыми ассоциациями, а являются изменениями или дополнениями (обновлениями) к существующим воспоминаниям, особенно в стареющем, опытном мозге. Несмотря на свою фундаментальную важность, механизмы, которые поддерживают обновление памяти, в значительной степени не охарактеризованы, и еще меньше известно о том, как нарушение регуляции этих механизмов может способствовать возрастному снижению когнитивных функций. Таким образом, понимание того, как воспоминания изменяются в ответ на новую информацию, является важным шагом на пути к улучшению памяти.Памятьна протяжении всей жизни.

Воспоминания могут быть обновлены с помощью процесса, называемого «реконсолидация», в котором восстановление вызывает период лабильности, который может позволить новой информации быть включенной в существующую, стабильную память.Память. Процесс реконсолидации состоит из начальной фазы дестабилизации, характеризующейся деградацией белка, за которой следует фаза рестабилизации, характеризующаяся синтезом белка [1–9]. Недавняя работа показала, что реконсолидация начинается только тогда, когда при поиске представляется новая информация; когда поиск состоит только из знакомой информации, оригиналПамятьостается стабильным и устойчивым к амнестическим агентам, таким как ингибиторы синтеза белка [2, 10–16]. Это говорит о том, что новая информация запускает дестабилизацию памяти, чтобы сделать возможной ее модификацию. В соответствии с этим, многочисленные исследования в настоящее время показывают, что новая информация, представленная во время воспроизведения, может изменить содержание памяти [2, 3, 11, 17, 18], аффективный компонент памяти [19–22], вызвать стойкое угасание [23–27]. ], или даже реорганизовать память на уровне схемы [11, 28].

расположениеПамятьзадачу, называемую парадигмой объектов в обновленных местоположениях (OUL). Цели этого исследования были двоякими. Во-первых, мы стремились установить задачу OUL как новый метод изучения зависимых от гиппокампаПамятьобновление. Во-вторых, мы стремились использовать эту парадигму, чтобы определить,Памятьобновление нарушается с возрастом.

Парадигма OUL является новой в том смысле, что она способна оценить как исходную память, так и обновленную информацию в одном тестовом сеансе. Кроме того, OUL использует случайное обучение, которое использует врожденное предпочтение грызунов к новизне, избегая ненужного стресса и делая его подходящим для тестирования возрастного дефицита обновления памяти. Здесь мы сначала проверяем задачу OUL, демонстрируя, что молодые мыши демонстрируютПамятькак для первоначального обучения, так и для обновления памяти в тестовом сеансе OUL. Затем мы использовали два дополнительных метода (внутригиппокампальные инъекции анизомицина и Arc CatFISH), чтобы убедиться, что обновление OUL требует извлечения исходной памяти, а не формирования новой, независимой памяти. Наконец, используя OUL, мы демонстрируем, что стареющие мыши демонстрируют нарушения вПамятьобновление, предполагая, что неспособность обновлять воспоминания может способствовать возрастному снижению когнитивных функций. Вместе эти результаты демонстрируют, что парадигму OUL можно использовать для понимания механизмов, лежащих в основе обновления памяти гиппокампа на протяжении всей жизни.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Мыши

Субъектами были молодые взрослые (2–4-месяцев) или старые (18–20 месяцев) самцы мышей C57BL/6 J (лаборатория Джексона). Мышей содержали, кормили и обращались с ними, как описано в дополнительных методах. Все процедуры были одобрены Калифорнийским университетом, Ирвайнским комитетом по институциональному уходу и использованию животных и соответствовали рекомендациям Национального института здравоохранения.

НАША задача

После обработки и привыкания (см. Дополнительные методы) мышей обучали двум идентичным объектам в определенных местах (A1 и A2) в течение 1 или 3 дней в контексте привыкания. Двадцать четыре часа спустя мышам давали сеанс обновления, в котором они были назначены либо в состояние «Нет обновления», либо в состояние «Обновление». Мыши No Update повторно подвергались воздействию тренировочных мест A1 и A2. Для мышей Update один объект был перемещен в новое место (A3). Наконец, мышам дали тест на запоминание, в котором они были подвергнуты воздействию трех объектов в ранее испытанных местах (A1, A2, A3) и четвертого объекта в новом месте A4.Памятьдля исходной тренировочной формации был сделан вывод путем сравнения исследования новой локации A4 с локациями A1 и A2.Памятьпоскольку обновление было получено путем сравнения исследования новой локации A4 с локацией A3.

Канюляционная хирургия

Мышам на рис. 2 были имплантированы хронические канюли, как описано ранее [37], чтобы обеспечить прямую инфузию анизомицина в гиппокамп после обновления (см. Дополнительные методы). Мыши выздоравливали не менее 7 дней до начала поведенческого тестирования. Сразу после сеанса обновления мышам двусторонне вводили анизомицин (ANI, 125 мкг/мкл) или носитель (VEH) в дорсальный гиппокамп (1,0 мкл/сторону). Расположение канюль подтверждали окрашиванием коронарных срезов крезиловым фиолетовым.

Сом

Флуоресцентную гибридизацию in situ для CatFISH проводили, как описано ранее [38, 39] (подробности см. в Приложении). Антисмысловой рибозонд Arc, меченный DIG, гибридизовали с тканью в течение ночи и визуализировали с помощью конъюгата анти-DIG-HRP, визуализировали с помощью набора субстратов Cy3 и контрастно окрашивали DAPI.

Конфокальные изображения были собраны в области CA1b дорсального гиппокампа, и изображения были оценены для определения локализации Arc в субкомпартменте для расчета показателя сходства, как описано ранее [39].

статистический анализ

Задание OUL оценивалось вручную для измерения времени исследования объекта, как описано ранее для определения местоположения объекта.Памятьэксперименты [40, 41]. Статистический анализ (см. Приложение) проводили с использованием двусторонних t-критериев Стьюдента, однофакторных дисперсионных анализов или двусторонних дисперсионных анализов с t-критериями, скорректированными по Сидаку. Смешанные модели ANOVA использовались, когда одна переменная была повторной мерой. Для значимости требовалось значение 0,05.

ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Молодняк успешно показываетПамятькак для обучения, так и для обновления информации в OUL

Сначала мы стремились подтвердить, что задача OUL способна оцениватьПамятьобновление у молодых мышей (рис. 1а). После привыкания мышей сначала обучали запоминать расположение двух одинаковых объектов в знакомом контексте (тренировка, день 1). На следующий день, во время сеанса обновления (день 2), мышей разделили на две группы. Группа «Нет обновлений» была повторно представлена ​​для двух знакомых местоположений объектов (A1 и A2). Группе «Обновление» было показано одно знакомое расположение объекта (A1), а один объект был перемещен в новое место (A3). Всем группам дали тестовую сессию (на 3-й день) для оценки памяти животных как на исходное местоположение объекта, так и на обновленное местоположение. Подтверждено, что мыши подвергались воздействию четырех идентичных объектов: трех в ранее подвергавшихся воздействию местах (A1, A2 и A3) и одного в новом месте (A4).Памятьдля первоначального обучения оценивали путем сравнения исследования местоположения нового объекта (A4) с исследованием местоположения тренировочного объекта (A1 и A2).Памятьдля обновленной информации оценивали путем сравнения исследования местоположения нового объекта (A4) с исследованием «обновленного» местоположения объекта (A3). Поскольку мыши предпочитают новизну, память либо на первоначальный сеанс обучения, либо на обновленную информацию демонстрируется более активным исследованием объекта в новом месте (A4) по сравнению с каждым из трех других объектов (на что указывает более высокий балл по индексу дискриминации ( DI), см. методы).

Во время обучения мыши в обеих группах продемонстрировали одинаковый уровень исследования объектов A1 и A2, в результате чего индекс дискриминации (DI) был близок к нулю для обеих групп (рис. 1bi; двусторонний t-критерий Стьюдента: t(17) {{ 6}}.086, стр=0.40). Общие уровни исследования также были сходными между группами без обновлений и обновлений во время обучения (рис. 1bii; двусторонний t-критерий Стьюдента: t(17)=0,035, p=0,97, n=10,9).

Чтобы убедиться, что исходное местоположение объектаПамятьбыл успешно получен, мы затем оценили производительность во время сеанса обновления (рис. 1c). Мыши в группе без обновления продемонстрировали одинаковое предпочтение повторно экспонированным местоположениям A1 и A2, что привело к близкому к нулю DI (рис. 1ci). Мыши в группе обновления, с другой стороны, предпочтительно исследовали перемещенный объект A3 по сравнению с неподвижным объектом A1 и показали значительно более высокий DI по сравнению с группой без обновления (рис. 1ci, двусторонний t-критерий Стьюдента: t( 17)=3.57, стр=0.002). Общее исследование также было значительно выше в группе с обновлением по сравнению с группой без обновления во время сеанса обновления (рис. 1cii; двусторонний t-критерий Стьюдента: t(17)=3,39, p {{22} }.004), предполагая, что мыши тратили больше времени на изучение объектов, когда им вводили новое место. В совокупности эти результаты подтверждают, что первоначальные местоположения объектов были изучены молодыми мышами, подвергшимися 10-минутному тренировочному сеансу, что согласуется с предыдущими сообщениями [41, 42].

Чтобы определить, является ли оригиналПамятьбыл изменен, чтобы включить обновленное местоположение объекта (A3), мышам дали тестовую сессию, в которой проверялось каждое знакомое местоположение (A1, A2 и A3).относительно нового местоположения объекта (A4) (рис. 1d). Необработанное процентное время исследования для каждого из четырех объектов во время тестового сеанса показано на дополнительном рисунке 5A. Обе группы показали интактныеПамятьдля исходной информации, поскольку животные как с обновлением, так и без обновления одинаково предпочитали новое местоположение A4 обоим исходным местоположениям A1 (рис. 1di; двусторонний t-критерий Стьюдента: t(17)=0.31, p { {8}}.76) и A2 (рис. 1dii; двусторонний критерий Стьюдента: t(17)=1.66, p=0.12). Это подтверждает, что после обновления исходная информация сохраняется. Чтобы проверить, была ли обновленная информация успешно усвоена, мы также сравнили исследование новой локации A4 с обновленной локацией A3 во время сеанса тестирования. Мыши в группе без обновлений продемонстрировали равное предпочтение объектам A3 и A4, что привело к тому, что DI существенно не отличался от нуля (рис. 1diii; одновыборочный t-критерий по сравнению с 0: t(9)=1.55, стр. {{30}}.156). С другой стороны, мыши, получившие обновление, предпочтительнее исследовали новое местоположение A4, а не обновленное местоположение A3 (рис. 1diii, одновыборочный t-критерий по сравнению с 0: t(8)=3,42, p { {41}}.009; двусторонний t-критерий Стьюдента, сравнивающий обновление с отсутствием обновления: t(17)=2.92, p=0.0096), указывающий на то, что они помнят обновленное местоположение. Никаких различий в общем исследовании во время тестовой сессии между группами не наблюдалось (рис. 1div; двусторонний t-критерий Стьюдента: t(17)=1.27, p=0.22). В совокупности эти результаты подтверждают, что молодые животные проявляют предпочтительное поведение, соответствующее успешному воспроизведению как исходной информации, так и обновленной информации при тестировании.

Рис. 1 Молодые мыши успешно выполняютПамятьобновление в задаче ОУЛ. Экспериментальный дизайн. b Поведение во время тренировки. Мыши демонстрируют низкий DI, указывающий на отсутствие предпочтения объекта A1 или A2 (слева), и имеют аналогичные уровни общего исследования объекта (справа). c Обновление поведения сеанса. (i) Мыши в состоянии обновления предпочитают новое местоположение A3 знакомому местоположению A1, тогда как мыши без обновления демонстрируют аналогичное исследование знакомых местоположений A1 и A2 с близким к нулю DI. (ii) Мыши с обновлением демонстрируют значительно более полное исследование объекта, чем мыши без обновления. d Поведение во время тестовой сессии. (i) Мыши как в группе с обновлением, так и в группе без обновления демонстрируют неповрежденную память об исходном местоположении тренировочного объекта A1. (ii) Обе группы также демонстрируютПамятьдля первоначальной тренировочной площадки A2. (iii) только группа «Обновление» показывает предпочтение нового местоположения A4 по сравнению с обновленным местоположением A3; Мыши No Update одинаково предпочитают объекты A3 и A4. (iv) Мыши демонстрируют одинаковые уровни общего исследования объектов во время сеанса тестирования. Данные представлены как среднее ± SEM. **р <>

Ингибирование синтеза белка гиппокампа после обновления нарушает как обновленную информацию, так и исходную.ПамятьЗатем мы проверили, изменяет ли обновленная информация, полученная в задаче OUL, исходную информацию.Памятьили образует новую независимую ассоциацию. Чтобы задача OUL была полезной моделью обновления памяти, исходную память необходимо извлечь и изменить, чтобы включить новую информацию о местоположении объекта, представленную во время обновления. Чтобы проверить это, мы использовали два дополнительных метода, чтобы проверить, является ли исходныйПамятьзанят сеансом обновления OUL: инфузии анизомицина и анализ catFISH.

Во-первых, мы проверили, повлияет ли применение анизомицина после сеанса обновления.Памятьдля исходной информации об обучении. Многочисленные исследования показали, что инфузия ингибитора синтеза белка анизомицина (АНИ) после извлечения может блокировать реконсолидацию при определенных условиях [43, 44], по крайней мере временно [см. 45]. предположительно, оригиналПамятьстановится лабильным из-за новой информации, представленной во время поиска, но не может должным образом рестабилизироваться в отсутствие синтеза белка de novo, что приводит к нарушению исходной памяти [6-9]. С другой стороны, если во время выборочного исследования не представляется никакой новой информации, инфузии АНИ не действуют, поскольку для инициации реконсолидации требуется новая информация [6].

Чтобы определить, затрагивает ли обновленная информация в задаче OUL исходнуюПамять, мы ввели анизомицин сразу после сеанса обновления и оценили, ослабляет ли это первоначальную ассоциацию (рис. 2а). Мы вводили ANI непосредственно в дорсальный гиппокамп (DH) после сеанса обновления (рис. 2b, размещение отдельных канюль показано на дополнительном рис. 1A), поскольку память о пространственном местоположении объекта особенно чувствительна к манипуляциям в этой области [40, 46, 47]. ] и это позволит нам локализоватьПамятьобновлять и избегать нецелевых эффектов глобального ингибирования синтеза белка. Мыши продемонстрировали сходное исследование объектов A1 и A2 при обучении (двусторонний дисперсионный анализ, отсутствие значительных основных эффектов или обновлений x взаимодействие с лекарственными средствами) и имели аналогичные уровни общего исследования (двусторонний дисперсионный анализ, отсутствие значительных основных эффектов или обновлений x взаимодействие с лекарственными средствами). (Дополнительный рис. 1B, C). Во время сеанса обновления мыши в состоянии «Обновление» демонстрировали значительное предпочтение движущегося объекта, а мыши в состоянии «Нет обновления» продолжали демонстрировать одинаковое исследование объектов в обоих знакомых местах (рис. 2ci; двухсторонний дисперсионный анализ, значимое основное эффект обновления (F(1,29) {{10}}.31, p < 0,0001),="" но="" нет="" значительного="" эффекта="" препарата="" или="" значимого="" взаимодействия,="" n="6,6,12,9" )).="" не="" наблюдалось="" никаких="" групповых="" различий="" между="" животными,="" предназначенными="" для="" получения="" анизомицина="" или="" носителя,="" и="" не="" наблюдалось="" различий="" в="" общем="" исследовании="" объектов="" во="" время="" обновления="" (рис.="" 2cii;="" двухфакторный="" дисперсионный="" анализ="" anova,="" никаких="" значительных="" основных="" эффектов="" или="" взаимодействий).="" это="" говорит="" о="" том,="" что="" перед="" введением="" анизомицина="">

Рис. 2 Нарушение синтеза белка послеПамятьобновление ухудшает как исходныйПамятьи обновленная информация у молодых мышей. Экспериментальный дизайн. b Репрезентативное размещение канюли в области СА1 дорсального гиппокампа. c Обновление поведения сеанса. (i) Обе группы мышей в состоянии обновления предпочли новое местоположение A3 знакомому местоположению A1, тогда как мыши без обновления показывают DI, близкий к нулю, что указывает на отсутствие предпочтения. (ii) Мыши демонстрируют одинаковое общее исследование в разных группах. d Поведение во время тестовой сессии. (i) Для исходного обучающего объекта A1 мыши в состоянии «Нет обновлений» демонстрируют неповрежденную память независимо от лечения лекарствами. Что касается состояния Update, у мышей, получавших анизомицин, наблюдается значительно сниженный DI для A1 по сравнению с контрольными носителями, что указывает на то, что анизомицин нарушаетПамятьдля получения исходной информации о тренировках в обновлении животных. (ii) Для исходного обучающего объекта A2 не наблюдалось значительного эффекта анизомицина ни у животных без обновления, ни у животных с обновлением. (iii) Для обновленного местоположения A3 животные без обновления показали низкий DI по сравнению с объектом A4, независимо от введения лекарственного средства. Животные, получавшие анизомицин, показали значительно более низкий DI, чем контрольные животные, получавшие носитель, что указывает на то, что анизомицин нарушил память на обновленную информацию. iv) Никаких существенных различий в общей разведке при испытании не наблюдалось. Данные представлены как среднее ± SEM. **p < 0.01,="" ***p="">< 0.001,="" ****p="">< 0,0001.="" вэх,="" транспортное="" средство;="" ани,="">