NF-KB-bağımlı yetişkin nöron Modülasyon ve Analiz Yöntemleri
Summary
NF-KB-bağımlı yetişkin hipokampal nöron manipülasyonu ve analiz için yöntemler tarif edilmiştir. Ayrıntılı bir protokol farelerin bilişsel sonuçların araştırılması için bir dentat girus-bağımlı davranış testi (uzaysal desen ayrılık-Barnes labirent adlandırılır) için sunulmuştur. Bu teknik aynı zamanda, diğer deneysel ortamlarda araştırmaları sağlama yardımcı olmalıdır.
Abstract
Hipokampus epizodik anıların oluşumu ve konsolidasyon önemli bir rol oynar, ve mekansal yönde. Tarihsel olarak, yetişkin hipokampus, memeli beyin, çok statik bir anatomik bölgesi olarak incelendi. Ancak, son bulgular hipokampusun dentat girus mevcut nöronal devrelerin değişiklikler, aynı zamanda yetişkin nöron sadece içeren, yetişkinlerde büyük bir plastisite bir alan olduğunu göstermiştir. Bu esneklik, transkripsiyon faktörü NF-KB önemli bir rol oynadığı, kompleks transkripsiyonel ağlar tarafından düzenlenir. Yetişkin nöron, NF-KB aktivitesi ön beyin özgü nöronal engellenmesi için bir fare modeli de kullanılabilir çalışma ve işlemek için.
Bu çalışmada, yöntem, yapısal açıdan, nöronal apoptoz ve progenitor çoğalması ve bilişsel önemi, hangi içeren NF-KB-bağımlı nöron analizi tarif edilmektedirh özellikle kıvrımlarının (DG)-bağımlı davranış testi, mekansal desen ayrılık-Barnes labirenti (SPS-BM) üzerinden değerlendirildi. SPS-BM protokolü sadece erişkin hipokampal nöron özellikle genlerin etkisini değerlendirmek için tasarlanmış diğer transgenik hayvan modelleri ile kullanım için adapte olabilir. Dahası, SPS-BM farmakolojik ajanları kullanarak, örneğin, DG-bağımlı öğrenmeyi araştıran ve manipüle amaçlı diğer deneysel ortamlarda kullanılabilir.
Introduction
Ontolojik, hipokampus bilinen eski anatomik beyin yapılarından biridir. Bu tür uzun süreli bellek, uzaysal ve ilgili hafızanın oluşumu ve konsolidasyon düzenlenmesinde önemli fonksiyonlar gibi çeşitli karmaşık görevler için sorumludur. Anatomik olarak, hipokampus kendi subgranular bölge içinde granül hücreleri ve birkaç nöronal progenitörlerin içeren cornu ammonis (CA1, CA2, CA3 ve CA4) bölgeleri ve kıvrımlarının (dentat girus), dahil olmak üzere, piramidal hücre tabakası (stratum pyramidale) oluşmaktadır . Granül hücreleri olarak adlandırılan mossy liflerden (granül hücrelerin akson) ile CA3 bölgesine doğru çıkıntı.
Geçen yüzyılın sonuna kadar, yetişkin memeli beyin hücre plastisite ve nöron eksik statik bir organ olduğuna inanılıyordu. Ancak, son iki yılda, kanıtların giderek artan miktarı açıkça yer alıyor yetişkin nörogenezi gösterir en azİki beyin bölgeleri, bölge subventricular (SVZ) ve hipokampus subgranular bölge.
Daha önceki çalışmalar, ve diğer gruplar bu, transkripsiyon faktörü NF-KB yetişkin nöron önemli moleküler düzenleyicilerin biridir ve ağır yapısal kusurlar hipokampal ve bilişsel bozukluklar 1-6 onun de-regülasyon sonuçları olduğunu göstermiştir. NF-KB, beş DNA-bağlayıcı alt birimlerinin farklı dimerik kombinasyonlarından oluşan bir endüklenebilir transkripsiyon faktörünün genel adıdır: p50, p52, c-Rel, RelB ve p65 (RelA), bunlardan son üç transaktivasyon alanları vardır. Beyin içinde, sitoplazma içinde bulunan en bol bir şekilde p50 ve kappa B (IkB)-proteinleri inhibitörü ile bir inaktif halde tutulur p65, bir heterodimerdir.
NF-KB odaklı nöron çalışma ve direkt olarak işlemek için, NF-KB subun tüm basit önlenmesini sağlamak için transgenik fare modelleri kullanmakonun, özellikle ön beyin 7 (Şekil 1). Ve -/tTA – Bu amaçla, biz şu transgenik fare hatları, IKB / çapraz yetiştirilmiş. Transgenik IKB / – hat NF-KB-inhibitörü IκBa (süper-represor IκBa-AA1) bir trans-dominant negatif mutant kullanılarak oluşturulan 8. Yabani tip IκBα aksine, IκBα-AA1 inhibitörünün fosforilasyonunu ve daha sonra proteozomal bozulmasını engelleyebilir alaninler (V32 ve V36) için mutasyona uğramış iki serin kalıntısına sahiptir. IκBa-AA1-transgenin ön beyin nöron-özel ifadesi için, IkB / – fareler fareler, kalsiyum-kalmodulin bağımlı kinaz barındıran çapraz-yetiştirilmiş IIα tetrasiklin trans-etkinleştirici bölgesiyle (tTA) tarafından tahrik edilebilir (CAMKIIα)-promoteri 9.
p65 knock-out fareler nedeniyle masif karaciğer apoptoz 10, bir embriyonik ölümcül fenotip var, bu nedenle burada gösterilen yaklaşımı zarif bir yöntem sağlarpostnatal ve erişkin nöron NF-KB rolünü araştırmak için.
Uzaysal öğrenme ve bellek çalışma klasik davranış testi Richard Morris, Morris su labirenti-(MWM) 11 olarak bilinen bir test tarafından 1980'lerde tanımlanmıştır. Bu açık alanda su labirentinde, hayvanlar yönlendirme ve ekstra labirent ipuçları dayalı gizli bir platform üzerine opak sudan kaçmak için öğrenirler. MWM kuru bir varyant olarak adlandırılan Barnes labirenti (BM) 12'dir. Bu test, bir bir çıkış kutusu olarak tanımlanan delik ve yönlendirme için görsel fazladan-maze ipuçları ile, plakanın sınırında düzenlenmiş dairesel delikler 20 ile dairesel bir levha kullanır. Hem deneysel paradigmalar bir kemirgen `ın su kaçınma, ya da açık, parlak ışıklı mekanlarda tarafından uyarılan uçuş davranış güveniyor. Her iki test uzaysal bir soruşturma ve ilgili bellek performansı sağlar. Hipokampus uzamsal hafıza oluşumunda genel ve önemli bir rol oynamasına rağmen, hipokampal rkatılan egions uygulanan teste göre değişir. BM test bellek enthorinal korteks (EC) ve DG 13-16 bir katkısı olmadan hipokampusun CA1-bölgesinde bulunan piramidal nöronlar arasında nöronal etkinlik ortaya çıkar. Özel olarak, klasik BM esas Önemli olarak, DG önemlisi işleme bölgesinin sadece ima sözde uzamsal örüntü tanıma 17, katılır EC V'a CA1 EC III monosinaptik temporo-amonik yolu ile gösterime dayanır görsel ve mekansal bilgi değil, aynı zamanda farklı, örtüşmeyen gösterimleri içine benzer temsilleri veya anıları dönüşüm. Bu görev CA1 ve BM 15 test edilemez AT VI, için CA3 için DG EC II fonksiyonel bir tri-sinaptik devre gerektirir.
Bu sorunları çözmek için, biz özellikle co dentat girus bağımlı bilişsel performansını test etmek için bir davranış testi olarak SPS-BM tasarladılarntrol hayvan ve NF-KB inhibisyonu aşağıdaki IkB / tTA süper-represör modelinde. Önemli olarak, MWM ya da BM aksine, SPS-BM nöron düşüklüğü kaynaklanan ince davranışsal hasarları ortaya çıkarabilir. Uzamsal-desen-ayırma EC II ve DG ve CA3 ve CA1 ve AT VI arasında işlevsel bir devre üzerinde sıkı sıkıya bağlı olduğundan, bu test içinde potansiyel nörojenezindeki değişiklikler, yosunlu lif yolunun değişiklikler veya doku homeostasisin değişikliklere son derece hassas DG.
Teknik olarak, bizim test set-up Clelland ve arkadaşları tarafından araştırmaya dayanmaktadır., Mekansal ayrılık desen ahşap 8-kollu radyal kollu labirent (RAM) 19 kullanılarak test edildiği. Bizim modifiye set-up, sekiz silah yedi özdeş sarı gıda evler almıştır. Özet olarak, yöntemler, hipokampus, mossy lif çıkıntılar, nöronal hücre dE içinde doublekortin salgılayan (DCX +) hücre analizleri de dahil olmak üzere, burada gösterilenATH ve özellikle SPS-BM Burada yer, yetişkin nöron üzerinde bir etkiye sahip transgenlerin katıldığı diğer fare modelleri araştırmalar uygulanabilir. Diğer uygulamalar farmakolojik ajanların çalışma ve DG ve mekansal desen ayrılık üzerindeki etkisini ölçmek içerebilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Yetişkin nöron ve doksisiklin ile nöronlarda NF-KB inhibisyonu, ve daha sonra yeniden aktivasyonu ile kendi manipülasyon olasılığı, yetişkin beyin, hem de nöronal de-ve yeniden üretimi içine yeni doğmuş nöronlar araştırmalar için ilginç bir sistem sunar . Bu sistemin güzelliği olduğu nöronal hücre ölümü, progenitör çoğalma ve yer değiştirme, ve ağır yapısal ve anatomik değişimler değil, aynı zamanda açık bir öğrenme kusurları değişikliklere nöron sonuçlar sadece NF-KB siny…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz mükemmel teknik destek için Angela Kralemann-Köhler teşekkür ederim. Burada açıklanan deneysel çalışmalar bizim laboratuvarımızda gerçekleştirildi ve CK ve BK ve BK Araştırma ve Eğitim Alman Bakanlığı (Bmbf) bir hibe Alman Araştırma Kurumu (DFG) hibelerinden tarafından desteklenmiştir.
Materials
| Moria MC17 Perforated Spoon | FST | 10370-18 | removal of the brains |
| Dissecting microscope | Carl Zeiss | Stemi SV8 | removal of the brains |
| Surgical scissors | FST | 14084-08 | removal of the brains |
| Surgical scissors | FST | 14381-43 | removal of the brains |
| Dumont #5 forceps | FST | 11254-20 | removal of the brains |
| SuperFrost Slides | Carl Roth | 1879 | slides for immunohistochemistry |
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | P6148 | fixative |
| TissueTek OCT compound | Sakura Finetek | 1004200018 | embedding of the brains |
| Normal Goat Serum | Jackson Immunolabs | 005-000-001 | blocking in IHC |
| Normal Rabbit Serum | Jackson Immunolabs | 011-000-001 | blocking in IHC |
| Normal Donkey Serum | Jackson Immunolabs | 017-000-001 | blocking in IHC |
| anti-Neurofilament-M antibody | Developmental Studies Hybridoma Bank | 2H3 | IHC, Dilution 1:200 |
| anti-doublecortin antibody | sc-8066 | Santa Cruz | IHC, Dilution 1:800 |
| anti-GFP antibody | ab290 | abcam | IHC, Dilution 1:2000 |
| anti-BrdU antibody | OBT0030G | Accurate Chemicals | IHC, Dilution 1:2000 |
| Fluoro Jade-C | FJ-C | HistoChem | Determination of neuronal cell death |
| Betadine | MUNDIPHARMA | D08AG02 | disinfectant |
| cryomicrotome | Leica | CM1900 | preparation of brain slices |
| Heparin sodium salt | Sigma-Aldrich | H3393 | perfusion |
| circular plate made from hard-plastic (diameter 120 cm) | lab made | none | plate for SPS-BM, diameter 120cm |
| Buraton rapid disinfectant | Schülke & Mayr | 113 911 | disinfectant |
| video-tracking system TSE VideoMot 2 with Software Package VideoMot2 | tse systems | 302050-SW-KIT | tracking and analysis of SPS-BM |
| Triton X-100 | Sigma Aldrich | T8787 | permeabilisation/IHC |
| cryotome | Reichert Jung/Leica | Frigomobil 1206 | preparation of 40µm brain slices |
| Mowiol 4-88 | Carl Roth | Art.-Nr. 0713 | embedding of the slides |
| SYTOX green | Invitrogen | S7020 | Nuclear staining |
| Food pellets (Kellog`s Froot Loops) | Kellog`s | SPS-BM | |
| Prism, Version 3.0 | Graph Pad Software, San Diego, USA | Statistical evaluation of SPS-BM | |
| Zen 2008 or Zen 2011 Software | Carl Zeiss | Software (Confocal microscope) | |
| D.P.X | Sigma-Aldrich | 317616 | mounting medium for Fluoro Jade C staining |
References
- Gutierrez, H., Davies, A. M. Regulation of neural process growth, elaboration and structural plasticity by NF-kappaB. Trends Neurosci. 34, 316-325 (2011).
- Imielski, Y., et al. Regrowing the adult brain: NF-kappaB controls functional circuit formation and tissue homeostasis in the dentate gyrus. PLoS One. 7, (2012).
- Zheng, M., et al. Intrahippocampal injection of A beta(1-42) inhibits neurogenesis and down-regulates IFN-gamma and NF-kappaB expression in hippocampus of adult mouse brain. Amyloid. 20 (1-42), 13-20 (2013).
- Denis-Donini, S., et al. Impaired adult neurogenesis associated with short-term memory defects in NF-kappaB p50-deficient mice. J. Neurosci. 28, 3911-3919 (2008).
- Bracchi-Ricard, V., et al. Astroglial nuclear factor-kappaB regulates learning and memory and synaptic plasticity in female mice. J, Neurochem. 104, 611-623 (2008).
- Koo, J. W., Russo, S. J., Ferguson, D., Nestler, E. J., Duman, R. S. Nuclear factor-kappaB is a critical mediator of stress-impaired neurogenesis and depressive behavior. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107, 2669-2674 (2010).
- Fridmacher, V., et al. Forebrain-specific neuronal inhibition of nuclear factor-kappaB activity leads to loss of neuroprotection. J. Neurosci. 23, 9403-9408 (2003).
- Whiteside, S. T., et al. C-terminal sequences control degradation of MAD3/I kappa B alpha in response to inducers of NF-kappa. B activity. Mol. Cell. Biol. 15, 5339-5345 (1995).
- Mayford, M., et al. Control of memory formation through regulated expression of a CaMKII transgene. Science. 274, 1678-1683 (1996).
- Rosenfeld, M. E., Prichard, L., Shiojiri, N., Fausto, N. Prevention of hepatic apoptosis and embryonic lethality in RelA/TNFR-1 double knockout mice. Am. J. Pathol. 156, 997-1007 (2000).
- Morris, R. Developments of a water-maze procedure for studying spatial learning in the rat. J Neurosci. Methods. 11, 47-60 (1984).
- Barnes, C. A. Memory deficits associated with senescence: a neurophysiological and behavioral study in the rat. J. Compar. Physiol. Psychol. 93, 74-104 (1979).
- Brun, V. H., et al. Place cells and place recognition maintained by direct entorhinal-hippocampal circuitry. Science. 296, 2243-2246 (2002).
- Meshi, D., et al. Hippocampal neurogenesis is not required for behavioral effects of environmental enrichment. Nat. Neurosci. 9, 729-731 (2006).
- Bakker, A., Kirwan, C. B., Miller, M., Stark, C. E. Pattern separation in the human hippocampal CA3 and dentate gyrus. Science. 319, 1640-1642 (2008).
- Dupret, D., et al. Spatial relational memory requires hippocampal adult neurogenesis. PLoS One. 3, (2008).
- Leutgeb, J. K., Leutgeb, S., Moser, M. B., Moser, E. I. . Pattern separation in the dentate gyrus and CA3 of the hippocampus. Science. 315. , 961-966 (2007).
- Kaltschmidt, B., et al. NF-kappaB regulates spatial memory formation and synaptic plasticity through protein kinase A/CREB signaling. Mol. Cell. Biol. 26, 2936-2946 (2006).
- Clelland, C. D., et al. A functional role for adult hippocampal neurogenesis in spatial pattern separation. Science. 325, 210-213 (2009).
- Kempermann, G., Jessberger, S., Steiner, B., Kronenberg, G. Milestones of neuronal development in the adult hippocampus. Trends Neurosci. 27, 447-452 (2004).
