Medial Entorhinal Korteks Girdilerinin Öğrenmeden Hemen Sonra Kısa Bir Süre Boyunca Hipokampusa Optogenetik İnhibisyonu Bağlamsal Korku Belleği Oluşumunu Bozuyor

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

Soyut

Zamansal birlikteliğin oluşumuhafızave bağlama özgü korkuhafızamedial entorhinal korteks (MEC) girişlerini gerektirdiği düşünülmektedir.hipokampusöğrenme etkinlikleri sırasında. Ancak, MEC girişlerinin öğrenme sonrası dönemde bellek oluşumuna dahil olup olmadığı henüz doğrudan test edilmemiştir. Bu olasılığı incelemek için, dorsaldeki bilateral dorsal MEC uyarıcı nöronlardan kaynaklanan aksonları ve terminalleri optogenetik olarak inhibe ettik.hipokampusbağlamsal korku koşullandırmasından (CFC) hemen sonra 5 dakika boyunca. eNpHR3 ifade eden fareler.0, öğrenmeden 1 gün sonra koşullu bağlamda alma testi sırasında tek başına EGFP ifade eden kontrol farelerine kıyasla önemli ölçüde daha az donma sergiledi. Buna karşılık, geri alma testinden 30 dakika önce gerçekleştirilen MEC girdilerinin aynı optogenetik inhibisyonu, alma işlemi üzerinde optik inhibisyonun spesifik olmayan zararlı etkisinin olasılığı hariç olmak üzere, alma testi sırasında donmayı etkilemedi. Bu sonuçlar, bağlamsal korku belleği oluşumunun, öğrenme sonrası bir dönemde hipokampusa MEC girdileri gerektirdiğini desteklemektedir.

Anahtar Kelimeler: Medial entorinal korteks, Hipokampus, Bağlamsal korku koşullanması

Min Soo Kang ve Jin-Hee Han

Hipokampus-entorhinal korteks sistemi epizodik için çok önemlidir.hafızaoluşumu [1]. Kanıtlar, medial entorinal korteks tabakası III'ten (MECIII) gelen girdininhipokampus, esas olarak CA1 alt alanı için, izleme korku koşullandırması gibi zamansal ilişkisel öğrenme için çok önemlidir, ancak bağlamsal ve gecikmeli korku koşullandırma için değil [2, 3]. Buna karşılık, dentat girus (DG) ve CA3'e yansıyan medial entorinal korteks tabakası II (MECII) hücrelerinin optogenetik inhibisyonu, CFC sırasında CA1'e yansıyan hücrelerin değil, hafıza oluşumunu bozar [4]. Tus, MECII'den DG veya CA3'e girdinin bağlamsal korku öğrenimi için gerekli olduğu düşünülmektedir. Sadece öğrenmede değil, aynı zamanda hipokampusa MEC girdisi de dinlenme ve uyku sırasında hipokampusta gözlemlenen benzersiz fizyolojik aktivite paternlerinde rol oynar;hafızakonsolidasyon süreci [5–10]. Bu nedenle, MEC girişihipokampusöğrenme sonrası dönemde hafıza oluşumunda rol oynayabilir. Ancak bu olasılık henüz test edilmemiştir. Öğrenme sonrası dönemde hipokampusa MEC girişinin gerekli olup olmadığını test etmek için, 129/C57Bl/6 hibrit farelerde MEC giriş aktivitesini susturmak için optogenetik bir yaklaşım benimsedik [11, 12]. MEC girdisini manipüle etmek için, CaMKII promotörü (AAV-CaMKII - eNpHR3.0-EYFP) altında floresan protein EYFP ile kaynaşmış eNpHR3'ü kodlayan genleri içeren adeno-ilişkili virüs (AAV) (AAV) enjekte edildi. Katman II ve III'ü hedefleyen MEC (yan başına 00,5 µL; AP: – 4,65 mm; ML:±3,4 mm; DV: – 3,3 mm) (Şekil 1a). Kontrol olarak, yalnızca floresan proteini ifade eden eNpHR3.0 (AAV CaMKII -EGFP) içermeyen AAV'yi enjekte ettik. AAV ifadesi, hipokampusa projeksiyon gönderen MEC katmanları II ve III ile sınırlandırılmıştır (Şekil 1b). Hipokampusta, EYFP'yi ifade eden MEC aksonal projeksiyonları, MECII'den kaynaklanan DG ve CA3'te ve ayrıca MECIII'den kaynaklanan CA1'de tespit edildi (Şekil 1a). AAV enjeksiyon cerrahisinden üç hafta sonra, farelere optik fiber implant cerrahisi için tekrar anestezi uygulandı.

cistanchegeliştirebilirhafıza

Bir 561-nm lazerle dorsal MEC girdilerinin optik olarak baskılanması için optik fiberler dorsal hipokampüse (AP: − 2.0 mm; ML:±1.3 mm; DV: − 1.5 mm) implante edildi. Optik fiber uçları, CA1 stratum lakunoz-moleküler katmanın hemen üzerine yerleştirildi ve bu nedenle 561-nm lazer, DG moleküler katman/CA3 stratum radiatum'daki hem MECII afferentlerini hem de CA1 stratum lakunose-moleküler katmandaki MECIII afferentlerini kapsayabilir ( Ek dosya 1: Şekil S1). İmplant ameliyatından sonraki bir haftalık iyileşme döneminde, fareler 3 gün boyunca lif alışkanlığından geçti. Işık ileten bir optik bağlantı kablosuna bağlandılar ve ışık verilmeden 5 dakika boyunca alışma kafesine yerleştirildiler. 3 günlük alışma sonrasında, EGFP ve eNpHR3.0 fareler CFC için eğitildi.

Fareler şartlandırma odasına girdi ve 3 dakika sonra bir ayak şoku ({{0}}}.5 mA, 2 s) aldı. Ayak şokundan bir dakika sonra, fareler hemen alışılmış kafese transfer edildi ve 5 dakika boyunca sürekli 561-nm ışık (lif ucunda 5 mW) aldı (Şekil 1b). Öğrenme sonrası inhibisyonun ardından fareler ev kafeslerine geri döndüler. Bağlamsal belleğin düzgün bir şekilde oluşturulup oluşturulmadığını test etmek için uzun süreli bellek (LTM) test edildi. Fareler, CFC'den 24 saat sonra koşullandırma odasına yeniden girdi. Donma seviyeleri, 3 dakika boyunca izlenen bir LTM indeksi olarak ölçüldü. eNpHR3.0 grubundaki fareler, EGFP kontrol grubundaki farelere kıyasla önemli ölçüde daha az donma sergiledi (Şekil 1c), bu, MEC girdilerinin hipokampusa öğrenme sonrası inhibisyonuyla 24-h LTM açığını gösterir. Bu donma azalması, optik inhibisyon prosesinin spesifik olmayan zararlı etkisinden kaynaklanmıyordu. LTM testinden 30 dakika önce aynı optik inhibisyon uygulandığında, gruplar arasında donma açısından önemli bir fark yoktu (Şekil 1d, e).

MEC afferentinin zor çoğunluğunun hipokampusu hedef aldığı, MEC'in prelimbik ve infralimbik korteks gibi medial prefrontal kortikal alanlara projeksiyonlar gönderdiği bilinmektedir [13]. AAV ifadesi MEC'de rastgele olduğu için, optik engellememizin, varsa, bağlamsal korku belleği oluşumu üzerindeki etkisini üretmek için hipokampustan geçen MEC aksonlarını etkilemesi mümkündür. Bu olasılığı dışlamak için, hipokampusa yansıyan MEC nöronlarını retrograd olarak etiketledik. Akson terminalleri yoluyla hipokampusa yansıyan nöronlar tarafından geriye dönük olarak alınan CAV2-Cre virüsünü hipokampusa enjekte ettik (Şekil 1f).

AAV-Ef1 - DIO-eNpHR3.0-EYFP veya AAV-Ef1 -DIO-EYFP, MEC'ye enjekte edildi, böylece CAV'yi alan MEC nöronları2-Cre eNpHR3'ü ifade edin.0-EYFP veya EYFP (Ek dosya 1: Şekil S2). On, CFC'den hemen sonra hipokampustaki MEC girdilerini engellemeyi başardık. Önceki sonuçlara benzer şekilde, optik engelleme, bu durumda bağlam korku hafıza oluşumunu (Şekil 1g, h) bozmuştur. Bu nedenle, bu veriler, hipokampusa MEC girdilerinin bir öğrenme sonrası dönemde bağlamsal hafıza oluşumu için çok önemli olduğu sonucuna varmamızı daha da güçlendiriyor. Bu çalışmadaki bir sınırlama, kullanılan optik engellemede uzamsal özgüllüğün olmamasıdır.

Bu nedenle, hipokampal devre içinde yaygın MEC girdilerinin ne ölçüde ve tam olarak nerede bizim durumumuzda optik inhibisyonla bastırıldığı açık değildir. Hipokampusun CA1 veya DG gibi belirli bir alt alanını hedefleyen MEC girdilerinin kesin olarak engellenmesi, gelecekteki çalışmada MEC girdilerinin bağlamsal korku belleğinin oluşumuna katkıda bulunduğu mekanizmayı aydınlatmak için gerekli olabilir. Bu çalışmada bağlamsal korku koşullandırmasından sonra farklı zaman noktalarında MEC girdilerinin hipokampusa optik inhibisyonunun etkisini test etmemiş olsak da, önceki çalışmalar, hipokampusa bağlı anıların konsolidasyonu için öğrenme sonrası beyin aktivitelerinin zamana bağlı bir rolünü bildirmektedir. bağlamsal korku koşullanması. Örneğin, bir optogenetik strateji kullanarak, önceki bir çalışma, farklı öğrenme görevlerini takiben farklı zaman noktalarında yavaş dalga uykusunun (SWS) indüksiyonunu yapay olarak manipüle etti ve SWS'nin indüklediği kritik bir zaman penceresi (30 dakika içinde) olduğu ortaya çıktı. ışık, hipokampal bağımlı anıları iyileştirebilir [14].

Fig.1 Kazanıldıktan hemen sonra hipokampusa MEC girişinin engellenmesi, uzun vadeli bağlamsal korku hafızası oluşumunu bozar. a Bilateral AAViniection ve optik yüksük implant bölgesinin şematik gösterimi (eft). MEC üstte ve hipokampusta (altta) EGFP ve eNpHR0-EYFP ifadesini gösteren temsili conkocalmikroscopk resimleri. Yıldız işareti, optik fiber ucunun yaklaşık konumunu gösterir. b TesteNpHR30 sırasında yüzde （3589主 yüzde 3,21 ,n=】1】 donma seviyesini gösteren davranış şeması.histogramı LTM testi.**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:Öğrencilerin t-testi.önemli değil,f CAV ve AAV başlatma stratejisi veya hipokampusa yayılan MEC nöronlarının retrograd etiketlemesi(f) İki taraflı CW enjeksiyonu AW enjeksiyonu ve optik halka implant yeri (sağ) davranış şemasının şematik tasviri. h Test sırasında donma seviyesini gösteren histogram.eNpHR3.0 grubu(yüzde 33.71±4.06 ,n=11), LIM testinde EYFP kontrol grubuna (yüzde 50.13±3.18 ,n=12) kıyasla önemli ölçüde daha az donma seviyesi gösterdi .**p<0005; student's="" t-test="" data="" are="" presented="" as="">

İlginç bir şekilde, sıçanlarda yapılan başka bir çalışma, Morris su labirenti eğitiminden 3 hafta sonra değil, CA1 24 h hipokampal alana doğrudan entorinal projeksiyonun (temporoammonik, TA) seçici elektrolitik lezyonlarının uzak bir yerde uzamsal hafızanın oluşumunu bozduğunu gösterdi. zaman, bu süre boyunca TA giriş yolu yoluyla MEC-hipokampüs etkileşiminin sistem konsolidasyonu için gerekli olduğunu düşündürür [15]. Bu bulgular göz önüne alındığında, hipokampusa MEC girdilerinin yakın zamanlı ve uzak bağlamsal korku hafızasının oluşumunda zamana bağlı bir rolü olması kuvvetle muhtemeldir.

Çalışmamızda, eğitim sonrası optogenetik inhibisyonun bu kadar kısa bir süresinin (5 dakika) bağlam hafıza oluşumunu bozmak için yeterli olması ilginçtir. Bir yorum, sonuçlarımızın normal bellek oluşumu için gerekli olan kısmi bir konsolidasyon olayları bloğunu yansıtabileceğidir. Bu açıklamaya uygun olarak, bizim durumumuzda hafıza kısmen bozulmuştur. Bir başka olasılık da, bağlamsal korku belleğinin oluşumu için gerekli olan bu kısa zaman noktasında kritik bir olayın meydana gelmesi olabilir. Bir olasılık, MEC girdisinin, daha önce yaşanmış olayların tekrarlanmasıyla [7, 9, 10, 16] ilişkili olan hipokampustaki dalgalanmaları veya dentat sivri uçları tetiklemek için çok önemli olabileceği ve MEC girdisinin optogenetik inhibisyonunun bu tür aktivite modellerini bozabileceğidir. Alternatif olarak, MEC girdisinin kısa süreli inhibisyonu, hipokampusa bağlı bellek konsolidasyonu açısından da çok önemli bir zaman penceresine sahip olan sonraki yavaş dalga uykusunu etkilemiş olabilir [14].

Referanslar

1. Eichenbaum H. Bildirimsel bellek için kortikal-hipokampal sistem. Nat Rev Neurosci. 2000;1(1):41–50.

2. Suh J, Rivest AJ, Nakashima T, Tominaga T, Tonegawa S. Entorhinal korteks katman III'ün hipokampusa girişi, temporal ilişki için çok önemlidir.

3. hafıza. Bilim. 2011;334(6061):1415–20.Kitamura T, Pignatelli M, Suh J, Kohara K, Yoshiki A, Abe K, et al. Ada hücreleri, zamansal birliktelik belleğini kontrol eder. Bilim. 2014;343(6173):896–901.

4. Kitamura T, Sun C, Martin J, Kitch LJ, Schnitzer MJ, Tonegawa S. Entorhinal kortikal okyanus hücreleri belirli bağlamları kodlar ve bağlama özgü korku belleğini yönlendirir. Nöron. 2015;87(6):1317–31.

5. Buzsaki G, Horvath Z, Urioste R, Hedtke J, Wise K. Yüksek frekanslı ağ

6. hipokampusta salınım. Bilim. 1992;256(5059):1025–7.Bragin A, Jando G, Nadasdy Z, Vanlandeghem M, Buzsaki G. Sıçanın hipokampal hiler bölgesinde Dentat EEG artışları ve ilişkili internöronal popülasyon patlamaları. J Nörofizyol. 1995;73(4):1691–705.

7. Chrobak JJ, Lorincz A, Buzsaki G. Hipokampal-entorhinal korteks sistemindeki fizyolojik modeller. Hipokampus. 2000;10(4):457-65.

8. Girardeau G, Zugaro M. Hipokampal dalgalanmalar ve hafıza konsolidasyonu. Curr Opin Neurobiol. 2011;21(3):452–9.

9. Yamamoto J, Tonegawa S. Hipokampal CA1'e doğrudan medial entorhinal korteks girişi, uzun süreli sessiz uyanık tekrar için çok önemlidir. Nöron. 2017;96(1):217–27.

10. Nokia MS, Gureviciene I, Waselius T, Manila H, Penttonen M. Hipokampal elektrik stimülasyonu, dentat sivri uçlara hedeflendiğinde çağrışımsal öğrenmeyi bozar. J Physiol-Londra. 2017;595(14):4961–71.

11. Wehner JM, Silva A. Boş mutantlarda öğrenme ve hafıza süreçlerinin değerlendirilmesinde gerinim farklılıklarının önemi. 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. Farelerde beyin çapında bir korku hafızası ağının kemogenetik sorgulaması. Nöron. 2017;94(2):363–74.

13. Insausti R, Herrero MT, Witter MP. Sıçanın entorinal korteksi: sitoarkitektonik alt bölümler ve kortikal afferentlerin kökeni ve dağılımı. Hipokampus. 1997;7(2):146-83.

14. Lu Y, Zhu ZG, Ma QQ, Su YT, Han Y, Wang X, et al. Kısa bir yavaş dalga uykusu bölümü ile hipokampal hafıza konsolidasyonunun seçici indüksiyonu için kritik bir zaman penceresi. Nörobilim Bülteni. 2018;34(6):1091–9.

15. Remondes M, Schuman EM. Uzun süreli belleğin konsolidasyonunda hipokampal alan CA1'e kortikal girdinin rolü. Doğa. 2004;431(7009):699–703.

16. O'Neill J, Boccara CN, Stella F, Schoenenberger P, Csicsvari J. Medial entorhinal korteksin yüzeysel katmanları, hipokampustan bağımsız olarak tekrar eder. Bilim. 2017;355(6321):184–8.