CREB в познании
Клеточный фактор транскрипции CREB ( цАМФ ) белок, связывающий элемент ответа [ 1 ] помогает обучению, стабилизации и восстановлению основанных на страхе долговременных воспоминаний . Это осуществляется главным образом посредством его экспрессии в гиппокампе и миндалевидном теле . Исследования, подтверждающие роль CREB в познании, включают исследования, которые выбивают этот ген, снижают его экспрессию или сверхэкспрессируют.
Память
[ редактировать ]Исследования показывают, что CREB играет роль в молекулярных этапах, которые стабилизируют память в мозге , включая эмоциональную память . CREB модулирует возбудимость нейронов, то есть склонность генерировать потенциал действия при получении входного сигнала (что имеет решающее значение для долгосрочной потенциации , LTP). [ 2 ] Доказательства роли CREB в эмоциональной памяти делятся на три экспериментальные категории: негативные манипуляции (когда уровни CREB были снижены), позитивные манипуляции (когда уровни CREB повышались) и невмешательства (когда эндогенные отслеживались уровни CREB). до и после обучения).
Нокаутировать
[ редактировать ]Исследования нокаута на Aplysia морских слизняках показали, что снижение функции CREB блокирует долгосрочные изменения синаптической функции, но не краткосрочные. [ 3 ] Изменения синаптической функции (т. е. синаптической пластичности ) необходимы для обучения и памяти. [ 4 ] В качестве доказательства этого линия мышей с целенаправленным нарушением изоформ α и δ CREB показала неповрежденную кратковременную память, но нарушила долговременную память при выполнении нескольких поведенческих задач, включая контекстуальное кондиционирование и пространственное обучение в водном лабиринте Морриса. , две гиппокампа задачи обучения, зависящие от . Также электрофизиологические исследования гиппокампа показали, что мутация CREB нарушает стабильность синаптической пластичности. [ 1 ] Генетические исследования -дрозофил плодовых мух также выявили роль CREB в памяти, предполагая, что роль CREB в памяти сохраняется эволюционно. [ 5 ]
Сбить
[ редактировать ]Существует несколько методов нокдауна (снижения экспрессии) CREB:
антисмысловой
[ редактировать ]Антисмысловые олигонуклеотиды (одиночные цепи ДНК или РНК, комплементарные выбранной последовательности) против мРНК CREB гиппокампа могут снизить уровни CREB в течение 6 часов после инфузии и ухудшить пространственную память. Тесты, проведенные сразу после тренировки, показали, что антисмысловые олигонуклеотиды против CREB не нарушают кратковременную память. [ 6 ]
Доминантный негатив
[ редактировать ]Другой стратегией вмешательства в функцию CREB является использование доминантно-негативной трансгенной стратегии. В этой стратегии фрагмент гена CREB экспрессировался из трансгена на мышах. [ 7 ] Полученный в результате трансгенный белок был спроектирован так, чтобы вмешиваться в нормальную функцию CREB, конкурируя с CREB дикого типа (немутантным) за сайты связывания в ДНК ; в трансгенном белке отсутствуют домены, необходимые для создания функциональных комплексов. Чтобы регулировать случаи, когда доминантно-негативный фрагмент CREB мешал нормальной функции CREB, мутантную ДНК использовали для создания слитого белка , который также включал мутированный лиганд-связывающий домен (LBD) рецептора эстрогена , связывающийся с тамоксифеном , а не с эстрогеном . При воздействии тамоксифена доминантно-негативный фрагмент менял конформацию слитого белка, становился активным и, следовательно, мог мешать сайтам связывания CREB. Одним из преимуществ этой индуцибельной трансгенной системы является то, что измененный белок присутствует конститутивно и, следовательно, может быть быстро активирован после введения тамоксифена.
Использование системы LBD для подавления функции белка CREB во время тренировки (с использованием парадигм контекстуального замирания и тонального страха) приводило к дефициту долгосрочной, но не краткосрочной памяти. Нарушение функции CREB не ухудшило восстановление консолидированной памяти.
РНК-интерференция
[ редактировать ]Малая интерферирующая РНК (миРНК) может вызывать избирательную деградацию мРНК интересующего белка. Инфузия сегментов siRNA против CREB приводит к дефициту как контекстуального кондиционирования, так и прямого следового кондиционирования . [ 8 ]
Активация
[ редактировать ]Линия lacZ мышей-репортеров (мыши, у которых ген E. coli прикреплен к их гену CREB для производства белка, который легко визуализируется), при обучении с использованием контекстного протокола показала более высокие уровни CREB-опосредованной транскрипции в CA1 и Области CA3 гиппокампа по сравнению с нетренированными мышами или мышами, которые не ассоциировали содержимое с шоком (при обуславливании страха) из-за скрытого торможения . Аналогичным образом, мыши lacZ, которых обучали по тональному протоколу, показали более высокие уровни CREB-зависимой транскрипции генов в миндалевидном теле , чем мыши без обучения или мыши в непарной группе. Не было обнаружено различий в экспрессии CREB-зависимого гена в гиппокампе животных, обученных по тональному протоколу. [ 9 ]
Спасать
[ редактировать ]Когда вирус простого герпеса, экспрессирующий CREB, был введен в миндалевидное тело мышей с нокаутом CREB, экспрессия CREB в миндалевидном теле устраняла дефицит, указывая на то, что миндалина CREB имеет решающее значение для памяти при формировании тонуса. [ 10 ]
сверхэкспрессия
[ редактировать ]Роль сверхэкспрессии CREB систематически не изучалась в обусловливании страха, а исследования других парадигм обусловливания дали неоднозначные результаты. Исследование 2001 года, в котором использовалась вирусная трансфекция для сверхэкспрессии CREB в базолатеральной миндалине крыс, показало, что сверхэкспрессия усиливает реакцию испуга, потенцируемую страхом . Это говорит о том, что уровни CREB ограничиваются во время развития испуга, усиленного страхом . [ нужны разъяснения ] и что эти уровни связаны с силой этой формы памяти. [ 11 ]
В более поздней статье (2009), использующей аналогичный вирусный подход к гиппокампу, было обнаружено, что дополнительная экспрессия CREB может также усиливать контекстуальное обусловливание страха, что согласуется с ролью гиппокампа в этой форме обусловливания. [ 12 ] В то время как вирусный CREB устранял дефицит кондиционирования у животных, нокаутных по CREB, дополнительный CREB, по-видимому, не улучшал память у контрольных животных дикого типа.
Хроническое усиление CREB с помощью генетических манипуляций на мышах, похоже, не улучшало память при выполнении задания в водном лабиринте. Другое исследование 2009 года, в котором сверхэкспрессия CREB с использованием трансгенной системы dox тетрациклина , показало, что, хотя дополнительный CREB не улучшает усвоение информации, он мешает восстановлению памяти, что позволяет предположить, что может существовать оптимальный уровень активации CREB для нормальной функции памяти. [ 13 ] Другие документы [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] предполагают, что CREB помогает контролировать внутреннюю возбудимость , обеспечивая дополнительный механизм, с помощью которого CREB может способствовать приобретению и выражению памяти. Повышенная CREB-зависимая экспрессия генов увеличивает возбудимость нейронов в базальной миндалине и способствует консолидации контекстуальной и сигнальной памяти о страхе.
Примечания
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Бурчуладзе, Р; Френгуэлли, Б; Бленди, Дж; Чоффи, Д; Шютц, Г; Сильва, AJ (7 октября 1999 г.). «Дефицит долговременной памяти у мышей с целевой мутацией белка, связывающего элемент, реагирующий на цАМФ». Клетка . 79 (1): 59–68. дои : 10.1016/0092-8674(94)90400-6 . ПМИД 7923378 . S2CID 17250247 .
- ^ Ортега-де Сан-Луис К., Райан, Ти Джей (2022). «Понимание физической основы памяти: Молекулярные механизмы инграммы» . Журнал биологической химии . 298 (5): 101866. doi : 10.1016/j.jbc.2022.101866 . ПМК 906572 . ПМИД 35346687 .
- ^ Дэш, ПК; Хохнер, Б; Кандел, ER (21 июня 1990 г.). «Инъекция цАМФ-чувствительного элемента в ядро сенсорных нейронов аплизии блокирует долгосрочное облегчение». Природа . 345 (6277): 718–21. Бибкод : 1990Natur.345..718D . дои : 10.1038/345718a0 . ПМИД 2141668 . S2CID 2706087 .
- ^ Ли, Ю.С.; Сильва, AJ (февраль 2009 г.). «Молекулярная и клеточная биология улучшенного познания» . Обзоры природы. Нейронаука . 10 (2): 126–140. дои : 10.1038/nrn2572 . ПМЦ 2664745 . ПМИД 19153576 .
- ^ Инь, JC; Уоллах, Дж.С.; Дель Веккьо, М; Уайлдер, Эл.; Чжоу, Х; Куинн, В.Г.; Талли, Т. (7 октября 1994 г.). «Индукция доминантно-негативного трансгена CREB специфически блокирует долговременную память у дрозофилы». Клетка . 79 (1): 49–58. дои : 10.1016/0092-8674(94)90399-9 . ПМИД 7923376 . S2CID 33623585 .
- ^ Гузовски, Дж. Ф.; Макго, Дж. Л. (18 марта 1997 г.). «Опосредованное антисмысловыми олигодезоксинуклеотидами нарушение уровня белка, связывающего элемент ответа цАМФ гиппокампа, ухудшает консолидацию памяти при обучении водному лабиринту» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 94 (6): 2693–8. Бибкод : 1997PNAS...94.2693G . дои : 10.1073/pnas.94.6.2693 . ЧВК 20151 . ПМИД 9122258 .
- ^ Кида, С; Джоселин, ЮАР; Пенья де Ортис, С; Коган, Дж. Х.; Чевере, я; Масусигэ, С; Сильва, AJ (апрель 2002 г.). «CREB необходим для стабильности новых и реактивированных воспоминаний о страхе». Природная неврология . 5 (4): 348–55. дои : 10.1038/nn819 . ПМИД 11889468 . S2CID 9255921 .
- ^ Питерс, М; Блетч, М; Катапано, Р; Чжан, X; Талли, Т; Бурчуладзе, Р. (апрель 2009 г.). «РНК-интерференция в гиппокампе демонстрирует противоположные роли CREB и PP1alpha в контекстуальной и временной долговременной памяти» . Гены, мозг и поведение . 8 (3): 320–9. дои : 10.1111/j.1601-183X.2009.00474.x . ПМИД 19191880 .
- ^ Импи, С; Обриетан, К; Вонг, ST; Позер, С; Яно, С; Уэйман, Дж; Делулм, Дж. К.; Чан, Дж; Шторм, ДР (октябрь 1998 г.). «Перекрестный разговор между ERK и PKA необходим для Ca2+-стимуляции CREB-зависимой транскрипции и ядерной транслокации ERK» . Нейрон . 21 (4): 869–83. дои : 10.1016/s0896-6273(00)80602-9 . ПМИД 9808472 .
- ^ Хан, Ж.-Х.; Кушнер, С.А.; Ю, АП; Коул, CJ; Матыня, А.; Браун, РА; Нив, РЛ; Гузовски, Дж. Ф.; Сильва, Эй Джей; Джоселин, Ю.А. (20 апреля 2007 г.). «Нейронная конкуренция и отбор при формировании памяти». Наука . 316 (5823): 457–460. Бибкод : 2007Sci...316..457H . дои : 10.1126/science.1139438 . ПМИД 17446403 . S2CID 8460538 .
- ^ Джоселин, ЮАР; Ши, К.; Карлесон-младший, Вашингтон; Нив, РЛ; Нестлер, Э.Дж.; Дэвис, М. (2001). «Долговременной памяти способствует сверхэкспрессия белка, связывающего ответный элемент цАМФ, в миндалевидном теле» . Журнал неврологии . 21 (7): 2404–12. doi : 10.1523/JNEUROSCI.21-07-02404.2001 . ПМК 6762400 . ПМИД 11264314 .
- ^ Рестиво, Л; Тафи, Э; Аммассари-Теуле, М; Мари, Х. (март 2009 г.). «Вирусно-опосредованная экспрессия конститутивно активной формы CREB в нейронах гиппокампа увеличивает память». Гиппокамп . 19 (3): 228–34. дои : 10.1002/hipo.20527 . ПМИД 19004015 . S2CID 37296862 .
- ^ Виоска, Дж; Маллерет, Дж; Бурчуладзе Р.; Бенито, Э; Вронскава, С; Кандел, скорая помощь; Барко, А. (март 2009 г.). «Хроническое усиление активности CREB в гиппокампе мешает восстановлению пространственной информации» . Обучение и память . 16 (3): 198–209. дои : 10.1101/lm.1220309 . ПМЦ 2661251 . ПМИД 19237642 .
- ^ Чжоу, Ю; Вон, Джеджун; Карлссон, Микаэль Гузман; Чжоу, Миу; Роджерсон, Томас; Баладжи, Джаяпракаш; Нив, Рэйчел; Poirazi, Панайота ; Сильва, Альсино Дж. (27 сентября 2009 г.). «CREB регулирует возбудимость и распределение памяти между подмножествами нейронов миндалевидного тела» . Природная неврология . 12 (11): 1438–1443. дои : 10.1038/nn.2405 . ПМК 2783698 . ПМИД 19783993 .
- ^ Виоска, Дж; Лопес де Арментия, М; Янчич, Д; Барко, А. (март 2009 г.). «Усиленная CREB-зависимая экспрессия генов увеличивает возбудимость нейронов в базальной миндалине и способствует консолидации контекстуальной и сигнальной памяти о страхе» . Обучение и память . 16 (3): 193–7. дои : 10.1101/lm.1254209 . ПМИД 19237641 .
- ^ Лопес де Арментия, М; Янчич, Д; Оливарес, Р; Аларкон, Дж. М.; Кандел, скорая помощь; Барко, А. (12 декабря 2007 г.). «Экспрессия генов, опосредованная белком, связывающим элемент ответа цАМФ, увеличивает внутреннюю возбудимость пирамидных нейронов СА1» . Журнал неврологии . 27 (50): 13909–18. doi : 10.1523/JNEUROSCI.3850-07.2007 . ПМК 6673625 . ПМИД 18077703 .