CREB в познании - CREB in cognition

Сотовый фактор транскрипции CREB (лагерь белок, связывающий элемент ответа)[1] помогает обучению, стабилизации и восстановлению основанных на страхе, долгосрочные воспоминания. Это достигается главным образом за счет выражения в гиппокамп и миндалина. Исследования, подтверждающие роль CREB в познании, включают те, которые нокаутируют ген, снижают его экспрессию или сверхэкспрессируют.

объем памяти

Исследования показывают, что CREB играет роль в молекулярных этапах стабилизации память в мозгу, в том числе эмоциональная память. Доказательства роли CREB в эмоциональной памяти можно разделить на три экспериментальные категории: негативные манипуляции (при которых уровни CREB были снижены), позитивные манипуляции (при которых уровни CREB были повышены) и невмешательства (при которых эндогенный уровни CREB отслеживались до и после обучения).

Нокаутировать

Нокаут-исследования в Аплизия морские слизни указал, что уменьшение функции CREB блокирует долгосрочные изменения в синаптический функциональные, но не краткосрочные.[2] Изменения синаптической функции (т. Е. синаптическая пластичность ) необходимы для обучения и памяти[3] Доказательством этого является то, что линия мышей с целевым нарушением α- и δ-изоформ CREB показала неповрежденную кратковременную память, но нарушила долговременную память в нескольких поведенческих задачах, включая контекстное кондиционирование и пространственное обучение в Водный лабиринт Морриса, два гиппокамп -зависимые учебные задания. Также электрофизиологические исследования гиппокампа показали, что мутация CREB нарушает стабильность синаптической пластичности.[1] Генетические исследования в Дрозофила плодовые мошки также раскрыли роль CREB в памяти, предполагая, что CREB играет роль в сохранении памяти эволюционно.[4]

Сбить

Существует несколько методов сбивания (уменьшения выраженности) CREB:

Антисмысловой

Антисмысловые олигонуклеотиды (одиночные цепи ДНК или РНК, которые дополнительный к выбранной последовательности) против гиппокампа CREB мРНК может снизить уровень 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.[5]

Доминирующий отрицательный

Другая стратегия вмешательства в функцию CREB - использование доминирующий отрицательный трансгенная стратегия. В этой стратегии фрагмент гена CREB экспрессировался из трансгена у мышей.[6] Полученный трансгенный белок был сконструирован так, чтобы вмешиваться в нормальную функцию CREB, конкурируя с дикого типа (немутантный) CREB для сайты связывания в ДНК; в трансгенном белке отсутствуют домены, необходимые для образования функциональных комплексов. Чтобы регулировать, когда доминантно-отрицательный фрагмент CREB мешает нормальной функции CREB, мутантная ДНК использовалась для создания гибридный белок это также включало мутировавший лиганд-связывающий домен (LBD) рецептор эстрогена, привязка к тамоксифен а не эстроген. При воздействии тамоксифена доминантный отрицательный фрагмент изменял конформацию слитого белка, становился активным и, следовательно, мог мешать сайтам связывания CREB. Одним из преимуществ этой индуцибельной трансгенной системы является то, что измененный белок постоянно присутствует и, следовательно, может быстро активироваться после введения тамоксифена.

Использование системы LBD для подавления функции белка CREB во время тренировки (с использованием парадигмы контекстного замораживания и тонового страха) вызывало дефицит долговременной, но не краткосрочной памяти. Нарушение функции CREB не повлияло на получение консолидированной памяти.

РНК-интерференция

Смотрите также: РНКи

Малая интерферирующая РНК (siRNA) может вызывать селективную деградацию мРНК интересующего белка. Инфузия сегментов миРНК против CREB вызвала дефицит как контекстуального кондиционирования, так и предварительное согласование трассировки.[7]

Активация

Линия lacZ репортер мыши (мыши, у которых Кишечная палочка ген, прикрепленный к их гену CREB для производства белка, который легко визуализируется), при обучении с помощью контекстного протокола, показал более высокие уровни CREB-опосредованной транскрипции в CA1 и CA3 области гиппокампа по сравнению с нетренированными мышами или мышами, которые не ассоциировали контент с шоком (в условиях страха) из-за скрытое торможение. Аналогичным образом, мыши lacZ, которых тренировали с использованием тонального протокола, показали более высокие уровни CREB-зависимого транскрипция гена в миндалина чем мыши без обучения или мыши в непарной группе. Не было различий в экспрессии CREB-зависимых генов в гиппокампе животных, обученных по протоколу тона.[8]

Спасать

Когда Вирус простого герпеса экспрессия CREB была введена в миндалевидное тело мышей с нокаутом CREB, экспрессия CREB в миндалевидном теле устраняла дефицит, указывая на то, что миндалевидный CREB имеет решающее значение для памяти при кондиционировании тона.[9]

Сверхэкспрессия

Роль сверхэкспрессии CREB систематически не изучалась в формировании условного рефлекса, а исследования других парадигм обусловливания дали смешанные результаты. Исследование 2001 г., в котором использовались вирусные трансфекция сверхэкспрессии CREB в базолатеральная миндалина крыс, обнаружили, что сверхэкспрессия увеличивает испуг, вызванный страхом отклик. Это говорит о том, что уровни CREB ограничиваются во время приобретения потенцированного страхом испугать[требуется разъяснение ] и что эти уровни связаны с силой этой формы памяти.[10]

В более поздней работе (2009), использующей аналогичный вирусный подход в гиппокампе, было обнаружено, что дополнительная экспрессия CREB может также усиливать контекстуальную обусловленность страха, что соответствует роли гиппокампа в этой форме кондиционирования.[11] В то время как вирусный CREB устранял дефицит кондиционирования у животных с нокаутом CREB, дополнительный CREB, по-видимому, не усиливал память контрольных животных дикого типа.

Хроническое усиление CREB с использованием генетических манипуляций на мышах, по-видимому, не улучшало память в задаче водного лабиринта. Другое исследование 2009 г., в котором сверхэкспрессируется CREB с помощью тетрациклиновая трансгенная система докс, обнаружили, что, хотя дополнительный CREB не улучшал захват, он действительно мешал извлечению из памяти, предполагая, что может быть оптимальный уровень активации CREB для нормальной функции памяти.[12] Другие документы[13][14][15] предполагают, что CREB помогает контролировать внутренняя возбудимость, обеспечивая дополнительный механизм, с помощью которого CREB может способствовать приобретению и выражению памяти. Повышенная экспрессия CREB-зависимого гена увеличивает возбудимость нейронов в базальной миндалине и способствует консолидации контекстуальной и управляемой памяти страха.

Примечания

  1. ^ а б Бурчуладзе, Р; Frenguelli, B; Бленди, Дж; Cioffi, D; Schutz, G; Сильва, AJ (7 октября 1999 г.). «Недостаточная долговременная память у мышей с целевой мутацией цАМФ-зависимого белка, связывающего элемент». Клетка. 79 (1): 59–68. Дои:10.1016/0092-8674(94)90400-6. PMID  7923378.
  2. ^ Тире, ПК; Hochner, B; Кандел, ER (21 июня 1990 г.). «Инъекция цАМФ-чувствительного элемента в ядро ​​сенсорных нейронов аплизии блокирует долгосрочное облегчение». Природа. 345 (6277): 718–21. Дои:10.1038 / 345718a0. PMID  2141668.
  3. ^ Ли, Ю.С.; Сильва, AJ (февраль 2009 г.). «Молекулярная и клеточная биология расширенного познания». Обзоры природы. Неврология. 10 (2): 126–140. Дои:10.1038 / номер 2572. ЧВК  2664745. PMID  19153576.
  4. ^ Инь, JC; Wallach, JS; Дель Веккьо, М; Wilder, EL; Чжоу, H; Куинн, WG; Талли, Т. (7 октября 1994 г.). «Индукция доминантно-отрицательного трансгена CREB специфически блокирует долговременную память у дрозофилы». Клетка. 79 (1): 49–58. Дои:10.1016/0092-8674(94)90399-9. PMID  7923376.
  5. ^ Guzowski, JF; Макгоу, Дж. Л. (18 марта 1997 г.). «Опосредованное антисмысловым олигодезоксинуклеотидом нарушение уровней белка, связывающего элемент ответа цАМФ в гиппокампе, ухудшает консолидацию памяти для тренировки в водном лабиринте». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 94 (6): 2693–8. Дои:10.1073 / пнас.94.6.2693. ЧВК  20151. PMID  9122258.
  6. ^ Кида, S; Josselyn, SA; Пенья де Ортис, S; Коган, JH; Chevere, I; Масусигэ, S; Сильва, AJ (апрель 2002 г.). «CREB необходим для стабильности новых и реактивированных воспоминаний о страхе». Природа Неврология. 5 (4): 348–55. Дои:10.1038 / nn819. PMID  11889468.
  7. ^ Петерс, М; Блещ, М; Catapano, R; Чжан, X; Талли, Т; Бурчуладзе, Р. (апрель 2009 г.). «РНК-интерференция в гиппокампе демонстрирует противоположные роли CREB и PP1alpha в контекстной и временной долговременной памяти». Гены, мозг и поведение. 8 (3): 320–9. Дои:10.1111 / j.1601-183X.2009.00474.x. PMID  19191880.
  8. ^ Импей, S; Обриетан, К; Вонг, ST; Позер, S; Яно, С; Wayman, G; Делульм, JC; Чан, G; Сторм, Д.Р. (октябрь 1998 г.). «Перекрестная связь между ERK и PKA необходима для стимуляции Са2 + CREB-зависимой транскрипции и ядерной транслокации ERK». Нейрон. 21 (4): 869–83. Дои:10.1016 / s0896-6273 (00) 80602-9. PMID  9808472.
  9. ^ Han, J.-H .; Кушнер, С. А .; Yiu, A. P .; Cole, C.J .; Матыня, А .; Brown, R.A .; Neve, R. L .; Guzowski, J. F .; Silva, A.J .; Джосселин, С. А. (20 апреля 2007 г.). «Конкуренция и отбор нейронов при формировании памяти». Наука. 316 (5823): 457–460. Дои:10.1126 / science.1139438. PMID  17446403.
  10. ^ Josselyn, S.A .; Shi, C .; Carlezon Jr, W. A .; Neve, R.L .; Nestler, E.J .; Дэвис, М. (2001). «Долгосрочной памяти способствует сверхэкспрессия белка, связывающего элемент ответа цАМФ, в миндалевидном теле». Журнал неврологии. 21 (7): 2404–12. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.21-07-02404.2001. ЧВК  6762400. PMID  11264314.
  11. ^ Restivo, L; Тафи, Э; Ammassari-Teule, M; Мари, H (март 2009 г.). «Опосредованная вирусами экспрессия конститутивно активной формы CREB в нейронах гиппокампа увеличивает память». Гиппокамп. 19 (3): 228–34. Дои:10.1002 / hipo.20527. PMID  19004015.
  12. ^ Виоска, Дж; Malleret, G; Бурчуладзе, Р; Бенито, Э; Вронскава, С; Кандел, ER; Барко, А (март 2009 г.). «Хроническое усиление активности CREB в гиппокампе препятствует получению пространственной информации». Обучение и память. 16 (3): 198–209. Дои:10.1101 / лм. 1220309. ЧВК  2661251. PMID  19237642.
  13. ^ Чжоу, Ю; Вон, Чжеджун; Карлссон, Микаэль Гусман; Чжоу, Миу; Роджерсон, Томас; Баладжи, Джаяпракаш; Неве, Рэйчел; Поирази, Панайота; Силва, Альчино Дж. (27 сентября 2009 г.). «CREB регулирует возбудимость и выделение памяти подмножествам нейронов миндалевидного тела». Природа Неврология. 12 (11): 1438–1443. Дои:10.1038 / №2405. ЧВК  2783698. PMID  19783993.
  14. ^ Виоска, Дж; Лопес де Арментия, М; Jancic, D; Барко, А (март 2009 г.). «Повышенная экспрессия CREB-зависимого гена увеличивает возбудимость нейронов в базальной миндалине и способствует консолидации контекстной и управляемой памяти страха». Обучение и память. 16 (3): 193–7. Дои:10,1101 / лм. 1254209. PMID  19237641.
  15. ^ Лопес де Арментия, М; Jancic, D; Olivares, R; Аларкон, JM; Кандел, ER; Barco, A (12 декабря 2007 г.). "экспрессия гена, опосредованного связывающим белком цАМФ, увеличивает внутреннюю возбудимость пирамидных нейронов СА1". Журнал неврологии. 27 (50): 13909–18. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.3850-07.2007. ЧВК  6673625. PMID  18077703.