CREB v poznávání - CREB in cognition
Celulární transkripční faktor CREB (tábor protein vázající na odezvu)[1] pomáhá učení a stabilizaci a získávání strachu, dlouhodobé vzpomínky. Děje se tak hlavně prostřednictvím jeho vyjádření v hipokampus a amygdala. Studie podporující roli CREB v poznávání zahrnují ty, které vyřazují gen, snižují jeho expresi nebo ho nadměrně exprimují.
Paměť
Výzkum naznačuje, že CREB hraje roli v molekulárních krocích, které se stabilizují paměť v mozku, včetně toho z emoční paměť. Důkazy o roli CREB v emoční paměti spadají do tří experimentálních kategorií: negativní manipulace (kde byly hladiny CREB sníženy), pozitivní manipulace (kde byly hladiny CREB zvýšeny) a neintervence (kde endogenní úrovně CREB byly sledovány před a po učení).
Knokaut
Vyřazovací studie v Aplysia mořští slimáci naznačil, že klesající funkce CREB blokuje dlouhodobé změny v synaptický funkce, ale ne krátkodobé.[2] Změny synaptické funkce (tj. synaptická plasticita ) jsou potřebné pro učení a paměť[3] Důkazem toho byla řada myší s cíleným narušením izoforem α a δ CREB, která vykazovala neporušenou krátkodobou paměť, ale narušila dlouhodobou paměť u několika behaviorálních úkolů, včetně kontextového podmínění a prostorového učení v Morrisovo vodní bludiště, dva hipokampální -závislé výukové úkoly. Také hipokampální elektrofyziologické studie odhalily, že mutace CREB narušila stabilitu synaptické plasticity[1] Genetické studie v Drosophila ovocné mušky také odhalil roli CREB v paměti, což naznačuje, že CREB má roli v paměti evolučně konzervované.[4]
Srazit
Existuje několik metod, jak srazit (snížit výraz) CREB:
Antisense
Antisense oligonukleotidy (jednotlivé řetězce DNA nebo RNA, které jsou komplementární na zvolenou sekvenci) proti hipokampálnímu CREB mRNA může snížit hladinu CREB do 6 hodin po infuzi a narušit prostorovou paměť. Testy provedené bezprostředně po tréninku ukázaly, že antisense oligonukleotidy proti CREB nenarušují krátkodobou paměť.[5]
Dominantní negativní
Další strategií pro zásah do funkce CREB je použití a dominantní negativní transgenní strategie. V této strategii byl fragment genu CREB exprimován z transgenu u myší.[6] Výsledný transgenní protein byl zkonstruován tak, aby interferoval s normální funkcí CREB kompeticí s divoký typ (nemutovaný) CREB pro vazebná místa v DNA; transgenní protein postrádá domény potřebné pro výrobu funkčních komplexů. K regulaci, kdy dominantní negativní fragment CREB interferoval s normální funkcí CREB, byla použita mutantní DNA ke generování fúzní protein který zahrnoval také mutovaný doména vázající ligand (LBD) estrogenový receptor, vazba na tamoxifen spíše než aby estrogen. Když byl vystaven tamoxifenu, dominantní negativní fragment změnil konformaci fúzního proteinu, stal se aktivním, a proto mohl interferovat s vazebnými místy CREB. Jednou výhodou tohoto indukovatelného transgenního systému je, že změněný protein je konstitutivně přítomen a může být proto rychle aktivován po podání tamoxifenu.
Použití systému LBD ke sražení funkce proteinu CREB během tréninku (s využitím paradigmat kontextuálního zmrazení a strachu z tónu) vedlo k deficitu dlouhodobé, nikoli však krátkodobé paměti. Zhoršení funkce CREB nezhoršilo načítání konsolidované paměti.
Interference RNA
Malá interferující RNA (siRNA) může vyvolat selektivní degradaci mRNA sledovaného proteinu. Infúze segmentů siRNA proti CREB způsobila deficity jak v kontextuální kondici, tak v dopředu upravující stopu.[7]
Aktivace
Řada lacZ reportérské myši (myši, které mají E-coli Gen spojený s jejich genem CREB za vzniku proteinu, který je snadno vizualizovatelný), pokud byl trénován kontextovým protokolem, vykazoval vyšší hladiny transkripce zprostředkované CREB v CA1 a CA3 oblasti hipokampu ve srovnání s netrénovanými myšmi nebo myšmi, které nespojovaly obsah se šokem (v úpravě strachu) v důsledku latentní inhibice. Podobně myši lacZ, které byly trénovány tónovým protokolem, vykazovaly vyšší hladiny závislé na CREB genová transkripce v amygdala než buď myši bez tréninku, nebo myši v nepárové skupině. V hipokampu zvířat trénovaných tónovým protokolem nebyl žádný rozdíl v expresi genu závislé na CREB.[8]
Zachránit
Když virus herpes simplex exprese CREB byla infundována do amygdaly myší CREB knockout, exprese CREB v amygdale zachránila deficit, což naznačuje, že amygdal CREB je kritická pro paměť při úpravě tónu.[9]
Nadměrná exprese
Role nadměrné exprese CREB nebyla systematicky zkoumána při podmíněnosti strachu a studie jiných paradigmatů podmíněnosti přinesly smíšené výsledky. Studie z roku 2001, která používala virální transfekce přeexprimovat CREB v bazolaterální amygdala krys zjistilo, že nadměrná exprese zvýšila strach vyděšený strachem Odezva. To naznačuje, že hladiny CREB jsou omezující během získávání strachu polekat[je zapotřebí objasnění ] a že tyto úrovně souvisejí se silou této formy paměti.[10]
Novější článek (2009), využívající podobný virový přístup v hipokampu, zjistil, že další CREB exprese by také mohla zlepšit kontextovou úpravu strachu, což je výsledek v souladu s rolí hipokampu v této formě kondice.[11] Zatímco virový CREB zvrátil kondiční deficity u CREB knockoutovaných zvířat, nezdálo se, že by další CREB zvyšoval paměť kontrol divokého typu.
Zdá se, že chronické vylepšení CREB pomocí genetických manipulací u myší nezlepšilo paměť v úkolu vodního bludiště. Další studie z roku 2009, která nadměrně exprimovala CREB pomocí tetracyklinový transgenní dox systém, zjistili, že zatímco další CREB nezlepšil akvizici, interferoval s načítáním paměti, což naznačuje, že může existovat optimální úroveň aktivace CREB pro normální paměťovou funkci.[12] Další dokumenty[13][14][15] naznačují, že CREB pomáhá ovládat vnitřní vzrušivost, poskytující další mechanismus, kterým CREB může přispívat k získávání a vyjadřování paměti. Vylepšená genová exprese závislá na CREB zvyšuje excitabilitu neuronů v bazální amygdale a připravuje konsolidaci kontextové paměti a paměti strachu.
Poznámky
- ^ A b Bourtchuladze, R; Frenguelli, B; Blendy, J; Cioffi, D; Schutz, G; Silva, AJ (7. října 1999). „Deficit dlouhodobé paměti u myší s cílenou mutací proteinu vázajícího prvek reagující na cAMP“. Buňka. 79 (1): 59–68. doi:10.1016/0092-8674(94)90400-6. PMID 7923378.
- ^ Dash, PK; Hochner, B; Kandel, ER (21. června 1990). „Injekce prvku reagujícího na cAMP do jádra senzorických neuronů Aplysia blokuje dlouhodobé usnadnění“. Příroda. 345 (6277): 718–21. doi:10.1038 / 345718a0. PMID 2141668.
- ^ Lee, YS; Silva, AJ (únor 2009). „Molekulární a buněčná biologie zvýšeného poznání“. Recenze přírody. Neurovědy. 10 (2): 126–140. doi:10.1038 / nrn2572. PMC 2664745. PMID 19153576.
- ^ Yin, JC; Wallach, JS; Del Vecchio, M; Wilder, EL; Zhou, H; Quinn, WG; Tully, T (7. října 1994). „Indukce dominantního negativního CREB transgenu specificky blokuje dlouhodobou paměť v Drosophile“. Buňka. 79 (1): 49–58. doi:10.1016/0092-8674(94)90399-9. PMID 7923376.
- ^ Guzowski, JF; McGaugh, JL (18. března 1997). „Antisense oligodeoxynukleotidem zprostředkované narušení hipokampálního cAMP odezvového prvku vázající hladiny proteinu narušuje konsolidaci paměti pro trénink vodního bludiště“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 94 (6): 2693–8. doi:10.1073 / pnas.94.6.2693. PMC 20151. PMID 9122258.
- ^ Kida, S; Josselyn, SA; Peña de Ortiz, S; Kogan, JH; Chevere, já; Masushige, S; Silva, AJ (duben 2002). „CREB je vyžadován pro stabilitu nových a znovu aktivovaných vzpomínek na strach“. Přírodní neurovědy. 5 (4): 348–55. doi:10.1038 / nn819. PMID 11889468.
- ^ Peters, M; Bletsch, M; Catapano, R; Zhang, X; Tully, T; Bourtchouladze, R (duben 2009). „RNA interference v hipokampu demonstruje protichůdné role CREB a PP1alpha v kontextuální a časové dlouhodobé paměti“. Geny, mozek a chování. 8 (3): 320–9. doi:10.1111 / j.1601-183X.2009.00474.x. PMID 19191880.
- ^ Impey, S; Obrietan, K; Wong, ST; Poser, S; Yano, S; Wayman, G; Deloulme, JC; Chan, G; Storm, DR (říjen 1998). „Pro stimulaci Ca2 + transkripce závislé na CREB a nukleární translokaci ERK je nutný vzájemný rozhovor mezi ERK a PKA.“ Neuron. 21 (4): 869–83. doi:10.1016 / s0896-6273 (00) 80602-9. PMID 9808472.
- ^ Han, J.-H .; Kushner, S. A .; Yiu, A. P .; Cole, C. J .; Matynia, A .; Brown, R. A .; Neve, R.L .; Guzowski, J. F .; Silva, A. J .; Josselyn, S.A. (20. dubna 2007). "Neuronální konkurence a výběr během formování paměti". Věda. 316 (5823): 457–460. doi:10.1126 / science.1139438. PMID 17446403.
- ^ Josselyn, S. A .; Shi, C .; Carlezon Jr, W. A .; Neve, R.L .; Nestler, E. J .; Davis, M. (2001). „Dlouhodobou paměť usnadňuje nadměrná exprese proteinu vázajícího se na cAMP v amygdale.“. The Journal of Neuroscience. 21 (7): 2404–12. doi:10.1523 / JNEUROSCI.21-07-02404.2001. PMC 6762400. PMID 11264314.
- ^ Restivo, L; Tafi, E; Ammassari-Teule, M; Marie, H (březen 2009). „Virem zprostředkovaná exprese konstitutivně aktivní formy CREB v hipokampálních neuronech zvyšuje paměť“. Hippocampus. 19 (3): 228–34. doi:10,1002 / hipo.20527. PMID 19004015.
- ^ Viosca, J; Malleret, G; Bourtchouladze, R; Benito, E; Vronskava, S; Kandel, ER; Barco, A (březen 2009). „Chronické zvýšení aktivity CREB v hipokampu narušuje získávání prostorových informací“. Učení a paměť. 16 (3): 198–209. doi:10,1101 / lm. 1220309. PMC 2661251. PMID 19237642.
- ^ Zhou, Yu; Won, Jaejoon; Karlsson, Mikael Guzman; Zhou, Miou; Rogerson, Thomas; Balaji, Jayaprakash; Neve, Rachael; Poirazi, Panayiota; Silva, Alcino J (27. září 2009). „CREB reguluje excitabilitu a alokaci paměti podskupinám neuronů v amygdale“. Přírodní neurovědy. 12 (11): 1438–1443. doi:10.1038 / nn.2405. PMC 2783698. PMID 19783993.
- ^ Viosca, J; Lopez de Armentia, M; Jančić, D; Barco, A (březen 2009). „Vylepšená genová exprese závislá na CREB zvyšuje excitabilitu neuronů v bazální amygdale a připravuje konsolidaci kontextové paměti a paměti strachu“. Učení a paměť. 16 (3): 193–7. doi:10,1101 / lm.1254209. PMID 19237641.
- ^ Lopez de Armentia, M; Jančić, D; Olivares, R; Alarcon, JM; Kandel, ER; Barco, A (12. prosince 2007). „exprese genu zprostředkovaného proteinem vázaným na reakci reagující na prvek zvyšuje vnitřní excitabilitu pyramidových neuronů CA1“. Journal of Neuroscience. 27 (50): 13909–18. doi:10.1523 / JNEUROSCI.3850-07.2007. PMC 6673625. PMID 18077703.