L-Inibizzjoni Optoġenetika tal-Inputs tal-Cortex Entorhinal Medjali għall-Ippokampus Matul Perjodu Qasira ta' Ħin Eżatt wara t-Tagħlim Tfixkel il-Formazzjoni tal-Memorja tal-Biża' Kuntestwali

Kuntatt:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791

Astratt

Il-formazzjoni ta 'assoċjazzjoni temporalimemorjau biża’ speċifiku għall-kuntestmemorjahuwa maħsub li jeħtieġ inputs tal-kortiċi entorrinali medjali (MEC) għall-ippokampuswaqt avvenimenti ta’ tagħlim. Madankollu, jekk l-inputs tal-MEC humiex involuti wkoll fil-formazzjoni tal-memorja matul perjodu ta 'wara t-tagħlim għadu ma ġiex ittestjat direttament. Biex neżaminaw din il-possibbiltà, aħna inibijna optogenetically axons u terminals li joriġinaw minn newroni eċċitatorji MEC dorsali bilaterali fid-dorsali.ippokampusgħal 5 min eżatt wara l-kondizzjonament tal-biża' kuntestwali (CFC). Ġrieden li jesprimu eNpHR3.0 urew iffriżar b'mod sinifikanti inqas meta mqabbel ma 'ġrieden ta' kontroll li jesprimu EGFP waħdu waqt it-test ta 'rkupru fil-kuntest kondizzjonat jum wara t-tagħlim. B'kuntrast, l-istess inibizzjoni optoġenetika ta 'inputs MEC mwettqa 30 min qabel it-test ta' rkupru ma affettwax l-iffriżar matul it-test ta 'rkupru, eskluża l-possibbiltà tal-effett ta' ħsara mhux speċifiku ta 'inibizzjoni ottika fuq il-proċess ta' rkupru. Dawn ir-riżultati jappoġġjaw li l-formazzjoni tal-memorja tal-biża' kuntestwali teħtieġ inputs tal-MEC lill-hippocampus matul perjodu ta 'wara t-tagħlim.

Kliem ewlieni: Kortiċi entorrinali medjali, Hippokampus, Kundizzjonament tal-biża' kuntestwali

Min Soo Kang u Jin-Hee Han

Is-sistema tal-kortiċi hippocampus-entorrinali hija kruċjali għal episodiċimemorjaformazzjoni [1]. L-evidenza tissuġġerixxi li l-input minn saff tal-kortiċi entorrinali medjali III (MECIII) għall-ippokampus, prinċipalment għas-subfield CA1, huwa kruċjali għat-tagħlim assoċjattiv temporali bħal traċċa tal-biża 'kondizzjonament iżda mhux għall-kondizzjonament tal-biża' kuntestwali u mdewma [2, 3]. B'kuntrast, l-inibizzjoni optoġenetika taċ-ċelluli tal-kortiċi entorrinali medjali saff II (MECII) li jisporġu lejn il-ġir dentat (DG) u CA3, iżda mhux ċelluli li jisporġu lejn CA1, waqt CFC tfixkel il-formazzjoni tal-memorja [4]. Għalhekk, l-input minn MECII lid-DĠ jew CA3 huwa maħsub li huwa meħtieġ għat-tagħlim tal-biża' kuntestwali. Mhux biss fit-tagħlim iżda l-input tal-MEC għall-hippocampus huwa wkoll involut f'xejriet ta' attività fiżjoloġika uniċi osservati fl-ippokampus waqt il-mistrieħ u l-irqad bħal ripples u spikes dentati li huma assoċjati mal-memorjaproċess ta’ konsolidazzjoni [5–10]. Għalhekk, input tal-MEC għall-ippokampusjista’ jkollu rwol fil-formazzjoni tal-memorja matul perjodu ta’ wara t-tagħlim. Madankollu, din il-possibbiltà għadha ma ġietx ittestjata. Biex tittestja jekk l-input tal-MEC għall-hippocampus huwiex meħtieġ matul il-perjodu ta 'wara t-tagħlim, adottajna approċċ optoġenetiku biex isikket l-attività tal-input MEC fil-ġrieden ibridi 129/C57Bl/6 [11, 12]. Biex timmanipula l-input tal-MEC, il-virus adeno-assoċjat (AAV) li fih ġeni li jikkodifikaw eNpHR3.0 imdewweb mal-proteina fluworexxenti EYFP taħt il-promotur CaMKII (AAV-CaMKII - eNpHR3.0-EYFP) ġie injettat fil-bilaterali. MEC immirat lejn is-saff II u III (0.5 µL kull naħa; AP: – 4.65 mm; ML: ± 3.4 mm; DV: – 3.3 mm) (Fig. 1a). Bħala kontroll, injettajna AAV nieqes minn eNpHR3.0 (AAV CaMKII -EGFP), li jesprimi biss il-proteina fluworexxenti. L-espressjoni AAV kienet ristretta għas-saffi II u III tal-MEC, li jibagħtu projezzjoni lejn l-ippokampus (Fig. 1b). Fl-hippocampus, projezzjonijiet assonali MEC li jesprimu EYFP ġew skoperti f'DG u CA3, li joriġinaw minn MECII, u wkoll f'CA1, li joriġinaw minn MECIII (Fig. 1a). Tliet ġimgħat wara l-kirurġija tal-injezzjoni AAV, il-ġrieden reġgħu ġew anestetizzati għal kirurġija tal-impjant tal-fibra ottika.

Cistanchejistgħu jitjiebumemorja

Fibri ottiċi ġew impjantati fl-ippokampus dorsali (AP: - 2.0 mm; ML: ± 1.3 mm; DV: - 1.5 mm) għal soppressjoni ottika ta 'inputs MEC dorsali b'laser 561- nm. Il-ponot tal-fibra ottika kienu jinsabu eżatt fuq is-saff lacunose-molekolari tal-istratum CA1, u għalhekk, il-laser 561-nm seta' jkopri kemm afferenti MECII fis-saff molekulari DG/CA3 stratum radiatum kif ukoll afferenti MECIII fis-saff lacunose-molekulari tal-istrate CA1 ( Fajl addizzjonali 1: Fig. S1). Matul il-perjodu ta 'rkupru ta' ġimgħa wara l-kirurġija tal-impjant, il-ġrieden għaddew minn abitazzjoni tal-fibra għal 3 ijiem. Huma ġew imqabbda ma 'korda tal-garża ottika li tagħti d-dawl u mqiegħda fil-gaġġa tal-abitazzjoni għal 5 minuti mingħajr kunsinna tad-dawl. Wara 3 ijiem ta' abitazzjoni, il-ġrieden EGFP u eNpHR3.0 ġew imħarrġa għal CFC.

Il-ġrieden daħlu fil-kamra tal-kondizzjonament u rċevew xokk tas-saqajn ({{0}}.5 mA, 2 s) 3 minuti wara. Minuta wara l-footshock, il-ġrieden ġew immedjatament trasferiti għall-gaġġa abitwali u rċevew dawl kontinwu 561- nm (5 mW fil-ponta tal-fibra) għal 5 min (Fig. 1b). Wara l-inibizzjoni ta 'wara t-tagħlim, il-ġrieden reġgħu lura għall-gaġeġ tad-dar tagħhom. Biex jiġi ttestjat jekk il-memorja kuntestwali kinitx iffurmata sew, ġiet ittestjata l-memorja fit-tul (LTM). Il-ġrieden reġgħu daħlu fil-kamra tal-kondizzjonament 24 siegħa wara CFC. Il-livelli tal-iffriżar ġew imkejla bħala indiċi ta 'LTM, immonitorjati għal 3 min. Ġrieden fil-grupp eNpHR3.0 wrew iffriżar b'mod sinifikanti inqas meta mqabbel ma 'ġrieden fil-grupp ta' kontroll EGFP (Fig. 1c), li jindika 24- h LTM defiċit minn inibizzjoni ta 'wara t-tagħlim ta' inputs MEC għall-hippocampus. Dan it-tnaqqis tal-iffriżar ma kienx dovut għal effett ta 'ħsara mhux speċifiku tal-proċess ta' inibizzjoni ottika. Meta l-istess inibizzjoni ottika ġiet mogħtija 30 min qabel it-test LTM, ma kien hemm l-ebda differenza sinifikanti fl-iffriżar bejn il-gruppi (Fig. 1d, e).

Maġġoranza iebsa tal-miri afferenti tal-MEC ippocampus, MEC huwa magħruf li jibgħat projezzjonijiet għal żoni kortikali prefrontali medjali bħal kortiċi prelimbic u infralimbic [13]. Peress li l-espressjoni AAV kienet każwali f'MEC, huwa possibbli li l-inibizzjoni ottika tagħna affettwat l-axons MEC li jgħaddu mill-hippocampus, jekk ikun hemm, biex jipproduċi l-effett tiegħu fuq il-formazzjoni tal-memorja tal-biża' kuntestwali. Biex teskludi din il-possibbiltà, aħna ttikkettjaw retrogradely newroni MEC li jipproġettaw lill-hippocampus. Injettajna l-virus CAV2-Cre fl-ippokampus, li jiġi aġbort b'mod retrograd minn newroni li jipproġettaw lejn l-ippokampus permezz tat-terminali tal-axon (Fig. 1f).

AAV-Ef1 - DIO-eNpHR3.0-EYFP jew AAV-Ef1 -DIO-EYFP ġie injettat fil-MEC, għalhekk newroni MEC li jkunu ħadu CAV2-Cre jistgħu express eNpHR3.0-EYFP jew EYFP (Fajl addizzjonali 1: Fig. S2). Għaxar, irnexxielna ninibixxu l-inputs tal-MEC fl-ippokampus eżatt wara CFC. Simili għar-riżultati ta 'qabel, l-inibizzjoni ottika tfixkel il-formazzjoni tal-memorja tal-biża' tal-kuntest (Fig. 1g, h) f'din il-kundizzjoni. Għalhekk, din id-dejta tkompli ssaħħaħ il-konklużjoni tagħna li l-inputs tal-MEC għall-hippocampus huma kruċjali għall-formazzjoni tal-memorja kuntestwali matul perjodu ta 'wara t-tagħlim. Limitazzjoni waħda f'dan l-istudju hija n-nuqqas ta 'speċifiċità spazjali fl-inibizzjoni ottika użata.

Għalhekk, mhuwiex ċar sa liema punt u eżattament fejn fi ħdan iċ-ċirkwit tal-hippocampal l-inputs MEC mifruxa ġew imrażżna bl-inibizzjoni ottika fil-kundizzjoni tagħna. Inibizzjoni preċiża ta 'inputs MEC li jimmiraw subqasam speċifiku bħal CA1 jew DG tal-hippocampus jista' jkun meħtieġ biex jiġi eluċidat il-mekkaniżmu li bih inputs MEC jikkontribwixxu għall-formazzjoni ta 'memorja tal-biża' kuntestwali fl-istudju futur. Għalkemm aħna ma ttestjajnax l-effett ta 'inibizzjoni ottika ta' inputs MEC għall-ippokampus f'punti ta 'żmien differenti wara l-kondizzjonament tal-biża' kuntestwali f'dan l-istudju, studji preċedenti jirrappurtaw rwol dipendenti fuq il-ħin ta 'attivitajiet tal-moħħ ta' wara t-tagħlim għall-konsolidazzjoni ta 'memorji dipendenti mill-hippocampus bħal kondizzjonament tal-biża' kuntestwali. Pereżempju, bl-użu ta’ strateġija optoġenetika, studju preċedenti mmanipula b’mod artifiċjali l-induzzjoni ta’ rqad bil-mod bil-mod (SWS) f’punti ta’ ħin differenti wara kompiti ta’ tagħlim differenti u deher li hemm tieqa ta’ ħin kritika (fi żmien 30 minuta) li matulha l-SWS indotta bid-dawl jistgħu jtejbu memorji dipendenti mill-hippocampal [14].

Fig.1 inibizzjoni ta 'input MEC għall-hippocampus immedjatament wara l-qligħ tfixkel il-formazzjoni tal-memorja tal-biża' kuntestwali fit-tul. Rappreżentazzjoni Skematika ta' AAViniection bilaterali u sit tal-impjant tal-ferrule ottiku (eft). Rappreżentanti conkocalmikroscopk stampi shoving EGFP u eNpHR 0-EYFP espressjoni fil-MEC fuq) u fil-hippocampus (qiegħ). L-asterisk jindika l-pożizzjoni approssimattiva tal-ponta tal-fibra ottika. b Behavioar scheme.histogram li turi l-livell tal-iffriżar matul testNpHR30 madwar (3589主 3.21 fil-mija ,n=】1】 wera sinifikament inqas ġojjell feezing meta mqabbel mal-grupp ta 'kontroll EGFP (53.13±265 fil-mija, n=12) f' test LTM.**p<00005; students="" t-test.behavior="" scheme.e="" histogram="" shoving="" freezing="" level="" during="" the="" test.enphr3.0(5031±290%,n="1l)and" egfp(4831±427%,n="10group" showed="" similar="" feinglevelin="" utm="" tes.p="">005:L-istudenti t-test.mhix sinifikanti,f Strateġija ta' bidu ta' CAV u AAV jew tikkettar retrograd ta' newons MEC li jġibu lejn l-ippokampus(f) Rappreżentazzjoni skematika ta' injezzjoni bilaterali CW injezzjoni AW u skema ta' mġiba tas-sit tal-impjant tal-ferrule ottiku (lemin). h L-istogramma li turi l-livell tal-iffriżar matul it-test. Il-grupp eNpHR3.0(33.71±4.06 fil-mija ,n=11) ​​wera livell ta' ffriżar b'mod sinifikanti inqas meta mqabbel mal-grupp ta' kontroll EYFP(50.13±3.18 fil-mija, n=12) fit-test LIM .**p<0005; student's="" t-test="" data="" are="" presented="" as="">

Interessanti, studju ieħor fil-firien wera li leżjonijiet elettrolitiċi selettivi tal-projezzjoni entorrinali diretta (temporoammonic, TA) għaż-żona tal-hippocampal CA1 24 h iżda mhux 3 ġimgħat wara t-taħriġ tal-labirint tal-ilma Morris ħarbtu l-formazzjoni tal-memorja spazjali f'bogħod. ħin, li jissuġġerixxi li l-interazzjoni MEC-hippocampus permezz ta 'passaġġ ta' input TA matul dan il-perjodu ta 'żmien hija meħtieġa għall-konsolidazzjoni tas-sistemi [15]. Minħabba dawn is-sejbiet, huwa probabbli ħafna li l-inputs tal-MEC lill-hippocampus għandhom rwol dipendenti fuq iż-żmien fil-formazzjoni ta 'memorja tal-biża' kuntestwali riċenti u remota.

Huwa interessanti fl-istudju tagħna li perjodu qasir bħal dan (5 min) ta 'inibizzjoni optoġenetika wara t-taħriġ kien biżżejjed biex ifixkel il-formazzjoni tal-memorja tal-kuntest. Interpretazzjoni waħda hija li r-riżultati tagħna jistgħu jirriflettu blokk parzjali ta 'avvenimenti ta' konsolidazzjoni li huma meħtieġa għall-formazzjoni normali tal-memorja. B'mod konsistenti ma' dan ir-rakkont, il-memorja kienet parzjalment imfixkla fil-kundizzjoni tagħna. Possibbiltà oħra hija li jista 'jkun hemm avveniment kritiku li jseħħ matul dan il-punt ta' żmien qasir meħtieġ għall-formazzjoni ta 'memorja tal-biża' kuntestwali. Possibbiltà waħda hija li l-input tal-MEC jista 'jkun kruċjali biex tiskatta ripples jew spikes dentati fl-ippokampus li huma korrelatati ma' replay ta 'avvenimenti esperjenzati qabel [7, 9, 10, 16] u l-inibizzjoni optoġenetika tal-input tal-MEC tista' tfixkel tali mudelli ta 'attività. Alternattivament, inibizzjoni qasira tal-input tal-MEC setgħet affettwat irqad bil-mod sussegwenti, li għandu wkoll tieqa ta 'żmien kruċjali f'termini ta' konsolidazzjoni tal-memorja dipendenti mill-hippocampus [14].

Referenzi

1. Eichenbaum H. Sistema kortikali-ippokampali għal memorja dikjarattiva. Nat Rev Neurosci. 2000;1(1):41–50.

2. Suh J, Rivest AJ, Nakashima T, Tominaga T, Tonegawa S. L-input tas-saff III tal-kortiċi entorinali għall-ippokampus huwa kruċjali għall-assoċjazzjoni temporali

3.memorja. Xjenza. 2011;334(6061):1415–20.Kitamura T, Pignatelli M, Suh J, Kohara K, Yoshiki A, Abe K, et al. Iċ-ċelloli tal-gżira jikkontrollaw il-memorja ta 'assoċjazzjoni temporali. Xjenza. 2014;343(6173):896–901.

4. Kitamura T, Sun C, Martin J, Kitch LJ, Schnitzer MJ, Tonegawa S. Iċ-ċelluli tal-oċean kortikali Entorhinal jikkodifikaw kuntesti speċifiċi u jmexxu memorja tal-biża' speċifika għall-kuntest. Newron. 2015;87(6):1317–31.

5. Buzsaki G, Horvath Z, Urioste R, Hedtke J, Wise K. Netwerk ta 'frekwenza għolja

6.oxxillazzjoni fil-hippocampus. Xjenza. 1992;256(5059):1025–7.Bragin A, Jando G, Nadasdy Z, Vanlandeghem M, Buzsaki G. Dentate EEG spikes u fqigħ tal-popolazzjoni interneuronali assoċjati fir-reġjun hilar tal-hippocampal tal-far. J Neurophysiol. 1995;73(4):1691–705.

7. Chrobak JJ, Lorincz A, Buzsaki G. Mudelli fiżjoloġiċi fis-sistema tal-kortiċi hippocampal-entorhinal. Hippokampus. 2000;10(4):457–65.

8. Girardeau G, Zugaro M. Ripples Hippocampal u konsolidazzjoni tal-memorja. Curr Opin Neurobiol. 2011;21(3):452–9.

9. Yamamoto J, Tonegawa S. L-input dirett tal-kortiċi entorrinali medjali għal hippocampal CA1 huwa kruċjali għal replay imqajjem kwiet estiż. Newron. 2017;96(1):217–27.

10. Nokia MS, Gureviciene I, Waselius T, Manila H, Penttonen M. L-istimulazzjoni elettrika Hippocampal tfixkel it-tagħlim assoċjattiv meta tkun immirata lejn spikes dentati. J Physiol-Londra. 2017;595(14):4961–71.

11. Wehner JM, Silva A. Importanza tad-differenzi fir-razza fl-evalwazzjonijiet ta 'proċessi ta' tagħlim u memorja f'mutanti nulli. Ment Retard Dev Disabil Res Rev 1996;2(4):243–8.

12. Vetere G, Kenney JW, Tran LM, Xia F, Steadman PE, Parkinson J, et al. Interrogazzjoni kemoġenetika ta 'netwerk tal-memorja tal-biża' mal-moħħ fil-ġrieden. Newron. 2017;94(2):363–74.

13. Insausti R, Herrero MT, Witter MP. Kortiċi entorrinali tal-far: suddiviżjonijiet ċitoarkitettonika u l-oriġini u d-distribuzzjoni ta 'afferenti kortikali. Hippokampus. 1997;7(2):146–83.

14. Lu Y, Zhu ZG, Ma QQ, Su YT, Han Y, Wang X, et al. Tieqa ta 'żmien kritiku għall-induzzjoni selettiva tal-konsolidazzjoni tal-memorja tal-hippocampal permezz ta' episodju qasir ta 'rqad bil-mod. Bullettin tan-Newroxjenza. 2018;34(6):1091–9.

15. Remondes M, Schuman EM. Ir-rwol tal-input kortikali għaż-żona tal-hippocampal CA1 fil-konsolidazzjoni tal-memorja fit-tul. Natura. 2004;431(7009):699–703.

16. O'Neill J, Boccara CN, Stella F, Schoenenberger P, Csicsvari J. Superficial layers of the medial entorhinal cortex replay indipendentement mill-hippocampus. Xjenza. 2017;355(6321):184–8.