A hidegsokk megzavarja a tömeges edzés által kiváltott emlékezetet Drosophilában

Absztrakt:

Az emlékezet konszolidációja időfüggő folyamat, amely órákon, napokon vagy hosszabb ideig megy végbe különböző fajoknál, és fehérjeszintézist igényel. Egy nyilvánvaló kivétel a Drosophila memóriatípusa, amelyet egyetlen szaglókondicionáló epizód vált ki, és amely látszólag gyorsan konszolidálódik, ellenállóvá téve a hideg érzéstelenítés által okozott megzavarást néhány órával az edzés után. Ez az anesztézia-rezisztens memória (ARM) független a fehérjeszintézistől. A fehérjeszintézistől független memória a Drosophilában is előidézhető többszörös tömeges szaglókondicionálási ciklusokkal, és ez ahhoz az uralkodó elképzeléshez vezetett, hogy mindkét működési szempontból eltérő edzési rendszer ARM-et eredményez. Lényeges, hogy megmutatjuk, hogy a jóhiszemű ARM-mel ellentétben a tömeges kondicionálás által kiváltott memória érzékeny marad az amnesztiás kezelésre két órával az edzés után, és ezért nem ARM. Ezért a Drosophilában két fehérjeszintézistől független memóriatípus létezik.

Az emlékezet az emberi agy azon képességére utal, hogy fizikai és pszichológiai szempontból külső információt fogad, feldolgoz, tárol, reprodukál és felhasznál. A memóriakonszolidáció az új információk megerősítésének és stabilizálásának folyamatát jelenti különböző módszerek és technikák segítségével, hogy könnyebben megjegyezhető és kinyerhető legyen. A memóriakonszolidáció és a memória között elválaszthatatlan kapcsolat van.

Először is, a memória konszolidációja javíthatja a memóriát. Az emberi agy memóriafolyamata az idegi tevékenység összetett folyamata, amely a neuronok közötti kapcsolat megerősítését és stabilizálását igényli az információ megbízható rögzítése érdekében. Ezért a különböző memóriakonszolidációs módszerekkel és technikákkal elősegíthetjük a neuronok közötti kapcsolat megerősítését, ezáltal javítva a memóriát.

Másodszor, a memória konszolidációja megmentheti a "felejtéstől". A mindennapi életben az emberek gyakran megfeledkeznek bizonyos okok miatt, például hosszú ideig nem tekintenek át, a memória túlterhelt stb. A memória megszilárdításával ez a fajta felejtés hatékonyan elkerülhető, segítve az embereket abban, hogy jobban emlékezzenek az információkra és megőrizzék a hosszú távú memóriát.

Ezenkívül a memória konszolidációja a tanulást is elősegítheti. A tanulási folyamat során gyakran sok információt kell memorizálni, és az emlékezet megszilárdításával az információ mélyebben gyökerezik az emberek szívében, megvalósítható a tudáspontok közötti ugrásszerű asszociáció, és ezáltal javítható az általános tanulási hatékonyság.

Összefoglalva, szoros kapcsolat van a memória konszolidációja és a memória között, amely az egyik fontos módja annak, hogy az emberek javítsák a memóriát, fokozzák a tanulási hatást és elkerüljék a felejtést. Ezért érdemes odafigyelnünk a különféle memóriakonszolidációs módszerek és készségek használatára, a memória folyamatos megszilárdítására, a memória fejlesztésére. Tehát javítania kell a memórián, és a cistanche jelentősen javíthatja a memóriát, mivel a hústészta a hagyományos kínai orvoslás, és számos egyedi tulajdonsággal rendelkezik, amelyek közül az egyik a memória javítása. A darált hús előnyei a benne található számos hatóanyagból származnak, beleértve a savakat, poliszacharidokat, flavonoidokat stb., amelyek sokféle módon elősegíthetik az agy egészségét.

Kattintson a Tudás gombra a rövid távú memória javításához

Kulcsszavak:

Memória; érzéstelenítésnek ellenálló memória; szagló kondicionálás; tömeges kondicionálás; Drosophila.

1. Bemutatkozás

A nem konszolidált emlékek labilisak, és az amnesztiás szerek megzavarják az összes vizsgált állatnál [1,2]. Drosophilában a negatívan megerősített szaglókondicionálást közvetlenül követő rövid hidegsokk az asszociáció teljes memóriavesztését eredményezi. Ha azonban néhány órával az edzés után adják be, akkor ez nem teljesen zavaró, a maradék memóriát anesztézia-rezisztens memóriának (ARM) nevezik, mivel fennmarad a látszólag érzéstelenítő, immobilizáló hidegsokkban [3], és független a fehérjeszintézistől [2] ,4]. Úgy tűnik, hogy az ARM viszonylag gyorsan konszolidálódik, mivel a kondicionálás után percekkel részben labilis [5], és stabil az edzés után 2 órával [3,6]. A fehérjeszintézistől független memória a negatívan megerősített szaglókondicionálás több egymást követő köre (tömeges kondicionálás-MC) után is megjelenik [3]. Bár az egyetlen kondicionálási kört követő hidegsokk-kezelést általában az 3-h memória vizsgálatára, az MC protokollt pedig az 24-h memória felmérésére használják, a feltételezett fehérjeszintézis-függetlenség e két memóriatípushoz vezetett. ARM-nek hívják.

Annak ellenére, hogy a bizonyítékok arra utalnak, hogy ezek a működésileg és időben eltérő memóriatípusok közös vagy hasonló mechanizmusokat kapcsolnak be [4, 7, 8], nem világos, hogy ugyanazt a kognitív eredményt tükrözik-e a különböző időpontokban, vagy eltérő memóriatípusok.

Míg a hidegsokk és az öt vagy tíz körös MC protokollokat széles körben használják az ARM-mel kapcsolatos kérdések megválaszolására [3, 4, 7], az egyik képzési módszerrel szerzett adatokat általában nem vetik össze a másikkal. Annak tisztázására, hogy mindkét módszerrel azonos tulajdonságokkal rendelkező memória keletkezik-e, feltételeztük, hogy ha az ARM ekvivalens vagy megegyezik az MC 24-h memóriájával, akkor az edzés után 2 órával leadott hidegsokknak hasonló hatást kell kifejtenie. mindkettőn. Ez az elképzelés azonban nem támogatott, ha ez az amnesztiás kezelés rontja az 24-h MC memóriát. Ebből a célból kondicionáltuk a vad típusú Drosophilát, hogy az averzív szagot elektromos lábsokkkal társítsák öt MC kör edzéssel. A tesztelés előtt vagy 2 órával az edzés után egyetlen hidegsokknak vetettük alá őket. Ötfordulós MC-t [4] használtunk, mert a kezünkben ez nagyobb felbontást biztosít, mint az intenzívebb protokollok, amelyek "plafon" hatást eredményezhetnek. Jelentjük, hogy 2 órával az edzés után, öt körös MC hidegrázkódásérzékeny memóriát és ARM-et eredményez.

2. Eredmények
A kondicionálást a klasszikus averzív kondicionáló paradigmával végeztük, amely az averzív szagot (kondicionált inger-CS+) elektromos lábsokkokkal (a feltétlen inger-US) párosítja, míg egy második, ugyanolyan averzív szag, amely kifejezetten nincs párosítva a lábsokkkal (CS−) szolgál. egy vezérlő [9]. A memória közvetlenül egy kondicionáló kör után tartalmaz egy ARM komponenst [5,10]. Azonban azt a meghatározó rövid hidegsokkot, amelyet jellemzően a nem labilis ARM memóriakomponens felfedésére használnak 3 órával egyetlen kondicionálás után [3,11], tudomásunk szerint öt MC-kör után nem alkalmazták. A hidegsokk közvetlenül egy edzési kör után teljesen megzavarja a memóriát [11]. Ezt az azonnali hatást azonban kísérleteinkben nem tudjuk kezelni, mivel az öt edzési kör lebonyolításához szükséges idő elkerülhetetlenül húsz perccel az első láb sokk/szag összefüggés utáni teszteléshez vezet. Ezért minden kísérletünkben hidegsokkot adunk a jelzett időpontokban az utolsó edzési kör után.

Amint az 1A. ábrán látható, a 8-perc memória öt MC után szintén nagyrészt labilis, és egy rövid hidegsokk miatt megszakad. Váratlanul egy 2-perces hidegsokk, 2 órával öt MC után, jelentős 3- órás memóriacsökkenést eredményezett (1B. ábra). Ez a hatás nem specifikus a w 1118 törzsre, mivel azonos memóriacsökkenést fedeztek fel a Canton S legyekben (1B. ábra). Ezért az MC öt fordulója által kiváltott memória nem csak ARM-et eredményez, hanem hidegrázásra érzékeny és hidegrázásra érzéketlen memóriakomponenseket is. Ebből következik, hogy az MC utáni konszolidált memória nem ugyanaz, mint egyetlen edzési kör után. Nem meglepő módon a fehérjeszintézisérzékeny hosszú távú memória (LTM) kinetikáját tekintve [3], öt körben meghatározott időközönkénti kondicionálás, egy olyan paradigma, ahol az edzési körök tizenöt percnyi távolságra vannak egymástól, ami LTM kialakulásához vezet [2,3, 6], szintén egy konszolidált és egy labilis memóriakomponenst eredményezett 3 órával az edzés után (1C. ábra). Ez azt sugallja, hogy mind a tömeges, mind az időközönként kiváltott kondicionálás által kiváltott emlékek labilis komponensekből állnak még az edzés után 3 órával. Az időközönkénti edzés utáni amnesztiás kezelés maradványmemóriájában valószínűleg ARM, amint azt korábban javasoltuk [3].

Egyenértékűek vagy arányosak-e a konszolidált memóriák 2 órával a kondicionálás után egyetlen vagy öt MC kör után, vagy arányosak-e az edzés intenzitásával? A memóriaszintek közvetlen összehasonlítása érdekében a legyeket egy körrel vagy öt MC körrel képeztük ki, majd 2 órával később hidegsokkot adtunk. Öt kezeletlen, MC-vel kiképzett állat 3-h memóriája szignifikánsan különbözött az egykörben betanított legyekétől (1D. ábra), ami azt jelzi, hogy az intenzív MC tréning robusztusabb háromórás memóriát eredményez. A hidegrázkódástűrő memóriák azonban nem különböztek szignifikánsan, ami arra utal, hogy a konszolidált ARM komponenst nem befolyásolja az edzés intenzitása. A fenti megfigyelések a hidegsokk utáni relatív nem konszolidált memória kiszámításakor is megmutatkoztak, ami azt mutatta, hogy bár nincs statisztikailag szignifikáns különbség a két paradigma között, a memóriaromlás átlagos abszolút értéke magasabb, mint az öt- kerek MC (1E. ábra). Ez valószínűleg az MC által biztosított megnövekedett labilis memóriát tükrözi.

Feltételeztük, hogy az MC utáni hidegsokk-érzékeny komponens a memória lassú kinetikájával konszolidálódását tükrözheti. Ezért hidegsokkot adtunk 1 órával az MC utáni 24- órás memóriafelmérés előtt, hogy megvizsgáljuk a memória stabilitását ezen a ponton. Ez a tesztelés előtti hidegsokk nem befolyásolta a memóriát, mivel a teljesítmény nem különbözött az amnesztiás kezelésnek nem alávetett, hasonlóan képzett legyekétől (2A ábra). Ez az eredmény azt mutatja, hogy az MC által kiváltott memória az edzés után 23 órával megszilárdult, és igazolja, hogy a hidegsokk-kezelés általában nem befolyásolja a visszahívást. Ezzel szemben az öt körös MC után 2 órával leadott hidegsokk szignifikánsan csökkent 24-h memóriát eredményezett a nem hidegsokkolt legyekéhez vagy az amnesztiás kezelésnek alávetett állatokéhoz képest 1 órával a vizsgálat előtt (2B. ábra). . Ezért az ötfordulós MC által kiváltott memória jelentős labilis komponenst tartalmaz az edzés után 2 órával, amely blokkolva a károsodott 24-h szagló asszociatív memóriában tükröződik. Összességében ezek az eredmények erősen azt sugallják, hogy az ötfordulós MC olyan memóriatípust eredményez, amely lassan konszolidálódik, 3 órán belül labilis, míg az ARM nem [3].

3. Megbeszélés

A tömeges kondicionálás (MC) egy negatívan megerősített szaglókondicionáló feladatban fordítástól független 24-h memóriát eredményez. 1995 óta, amikor a protokollt először közölték, azt feltételezték, hogy a tömeges kondicionáláshoz kötött memória egyenértékű az egyetlen kondicionálási kör által kiváltott 3- óra memóriával, és az edzés után 2 órával hidegsokkkal szemben ellenállónak bizonyult. . A 3-h ARM és MC által kiváltott 24-h memória független a fehérjeszintézistől [2,3], és a jelentések szerint a szabványos molekuláris komponensekhez kapcsolódik [3,4,12]. Az ARM-mel ellentétben azonban az ötfordulós MC által kiváltott memória nem ellenálló az amnesztiás kezeléssel szemben 2 órával az edzés után (1E ábra). Sőt, az edzés utáni 2 órával végzett amnesztiás kezelés csaknem kiküszöböli az esemény 24-h emlékét, tovább támasztva azt az elképzelést, hogy az ARM-mel ellentétben ez az MC által kiváltott memória abban az időben nem konszolidálódik.

Ezért az MC egy különálló típusú, lassan konszolidáló memóriát vált ki, amely két órával a kondicionálás után érzékeny marad az amnesztiás hidegsokkra, ellentétben az amnesztiás rezisztens memóriával, amely két órával egyetlen kondicionálás után van jelen. Ezért azt állítjuk, hogy a két memória különbözik egymástól, és hogy az ötfordulós MC látszólag nem csak ARM-et eredményez, hanem egy labilis memóriát is. A fehérjeszintézistől független memória (PSIM) kifejezést javasoljuk az MC protokollok által kiváltott labilis memóriára, az ARM kifejezést pedig a hidegrázkódásnak ellenálló 3-h memóriára egyetlen edzés után, hogy megkülönböztessük őket. Az itt bemutatott kollektív bizonyítékok határozottan azt sugallják, hogy egy edzési kör által kiváltott ARM nem egyenértékű az öt kör és a legvalószínűbb tíz kör MC memóriájával, amely ARM-et és PSIM-et eredményez; ezért a kifejezéseket nem szabad felcserélhetően használni

Annak ellenére, hogy számos génről és molekuláris útvonalról számoltak be az ARM-ben, az érintettségüket alátámasztó bizonyítékok nagyrészt a két vizsgálat egyikéből származnak, vagy 3-órás memória hidegsokk után (ARM), vagy MC után, kevés teszteléssel mindkét vizsgálatban [4,7,13] hasonló hibákat tártak fel. Azonban ezeknél és másoknál, amelyeket kizárólag MC-protokollokkal jellemeztek, a hidegsokk 2 órával az edzés utáni 24-órás memóriára gyakorolt ​​hatását nem értékelték, így továbbra is nyitott kérdés, hogy ezekben a hibákban vannak-e hibák. mutánsok az ARM vagy a PSIM komponensből származnak. Az olyan archetipikus mutánsokat, mint a retek egyértelműen hiányos ARM [12,14], nem vetettük alá az MC utáni amnesztiás kezelésekről szóló ismereteinknek, így 24-h memóriahiányukról számoltak be a 10-köri MC [3] után. PSIM hiányt is rejthet. Továbbá érdekes lenne megvizsgálni, hogy a PSIM befolyásolja-e, vagy párhuzamba áll-e a labilis memóriával olyan mutánsok esetében, mint az amnéziás [15,16]. A PSIM és más labilis memóriatípusok közös molekuláris komponensei legalább részben átfedő molekuláris mechanizmusokat sugallnak, de talán eléggé elkülönülnek ahhoz, hogy különbséget tegyenek a két folyamat között, ez a hipotézis jelenleg is vizsgálat alatt áll.

4. Anyagok és módszerek

4.1. Drosophila kultúra és törzsek

A Cantonizált w 1118 és Canton S vad típusú törzseket búzaliszt-cukros élelmiszerben tenyésztettük a korábban leírtak szerint [4], és 12 órás éjszakai/sötét ciklusban, 25 ◦C-on és 50%-os páratartalom mellett neveltük.

4.2. Viselkedési kísérletek

Minden kísérletben 2–4-napos legyeket használtunk, amelyeket 25 ◦C-on és 55–65%-os páratartalom mellett, gyenge vörös fény mellett végeztünk. Az averzív szaglókondicionálás 90 Voltos elektromos lábsokkokat használt feltétel nélküli ingerként (US), amelyet kondicionált ingerként (CS) párosítottak az egyik averzív szaganyaggal, 5% benzaldehiddel (BNZ) vagy 50% oktanollal (OCT) izopropil-mirisztáttal hígítva. Az egyik edzési ciklus 12 CS/US párosításból állt, 1,25 másodpercig, 4-s interstimulus intervallummal, majd 30 másodperc pihenőt, mielőtt sokk nélkül újabb szag jelentkezett. Mindkét szag sokkkal párosult, míg a másik kontrollként szolgált. A tömeges kondicionálás (MC) öt egymást követő edzési ciklust tartalmazott, a ciklusok között 30 másodperc volt. A szakaszos edzés azonos volt, kivéve a ciklusok közötti intervallum 15 perc volt. A hidegsokk kezelést a korábban leírtak szerint [4] adtuk be az utolsó edzési kör után 1 perccel, 2 vagy 23 órával, amint azt az egyes kísérletekben jeleztük. A memóriateszt mindkét szag egyidejű bemutatását jelentette 90 másodpercig a leírtak szerint [4]. A ∆, a labilis és a konszolidált emlékek közötti különbség kiszámításához két állatcsoportot egyidejűleg idomítottunk 1 edzéssel, és felüket hidegsokknak vetettük alá, míg a többieket nem. A ∆-t az egyidejűleg kiképzett kezeletlen és hidegsokkos állatok teljesítménykülönbségeként számítottuk ki. Hasonló módszert alkalmaztunk a ∆ kiszámítására az 5 körös MC-vel kiképzett állatok esetében.

4.3. Adatelemzés

A nyers adatok elemzését a JMP7 szoftverrel (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) végeztük. A statisztikai összehasonlításokat az ábra magyarázata szerint végeztük. A két csoport összehasonlítását ANOVA-val és az azt követő LSM által tervezett összehasonlításokkal, vagy a csoportok közötti eltérő eltérések esetén párosítatlan parametrikus Welch-t-próbával végeztük, amikor a mérések eltérései nem voltak egyenlők. A statisztikai adatokat az 1. táblázat mutatja be. A grafikonok a GraphPad Prism 8.{5}}.1 szoftverrel készültek, és az átlagok ± SEM.

Szerzői hozzájárulások

Koncepció, AB és EMCS; módszertan: AB és EMCS; formális elemzés: AB; írás – eredeti tervezet előkészítése, AB; írás – áttekintés és szerkesztés: EMCS; felügyelet: EMCS Minden szerző elolvasta és elfogadta a kézirat közzétett változatát.
Finanszírozás:

Ezt a kutatást a Fondation Santé által az EMCS-nek nyújtott támogatás támogatta.

Az intézményi felülvizsgálati bizottság nyilatkozata:

Nem alkalmazható.

Tájékozott beleegyező nyilatkozat:

Nem alkalmazható.

Adatelérhetőségi nyilatkozat:

Ebben a kéziratban minden lényeges adat megtalálható.

Köszönetnyilvánítás:

A szerzők szeretnének köszönetet mondani M. Loizounak a technikai segítségért, Maroulakounak a tanácsért és a Fondation Santénak a támogatásért.

Összeférhetetlenség:

A szerzők nem nyilatkoznak összeférhetetlenségről.

Hivatkozások

1. Alberini, C.; Milekic, M.; Tronel, S. Mechanisms of memory stabilization and destabilization. Cell Mol. Life Sci. 2006, 63, 999–1008. [CrossRef] [PubMed]

2. DeZazzo, J.; Tully, T. Az emlékezetképzés boncolgatása: A viselkedésfarmakológiától a molekuláris genetikáig. Trends Neurosci. 1995, 18, 212–218. [CrossRef]

3. Tully, T.; Preat, T.; Boynton, SC; Del Vecchio, M. Genetic dissection of consolidated memory in Drosophila. Cell 1994, 79, 35–47. [CrossRef]

4. Kotoula, V.; Moressis, A.; Semelidou, O.; Skoulakis, EMC Drk-mediált jelátvitel szükséges a Rho kináz felé az érzéstelenítésrezisztens memóriához Drosophilában. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2017, 114, 10984–10989. [CrossRef] [PubMed]

5. Bouzaiane, E.; Trannoy, S.; Scheunemann, L.; Placais, PY; Preat, T. Két független gombatest kimeneti áramkör lekéri a Drosophila averzív memória hat különálló komponensét. Cell Rep. 2015, 11, 1280–1292. [CrossRef] [PubMed]

6. Margulies, C.; Tully, T.; Dubnau, J. Deconstructing Memory in Drosophila. Curr. Biol. 2005, 15, R700–R713. [CrossRef] [PubMed]

7. Lee, PT; Lin, HW; Chang, YH; Fu, TF; Dubnau, J.; Hirsh, J.; Chiang, A. SSerotonin-gomba testkör, amely modulálja az érzéstelenítésnek ellenálló memória kialakulását Drosophilában. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2011, 108, 13794–13799. [CrossRef] [PubMed]

8. Noyes, N.; Walkinshaw, E.; Davis, R. Ras molekuláris kapcsolóként működik a konszolidált memória két formája között Drosophilában. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2020, 117, 2133–2139. [CrossRef] [PubMed]

9. Tully, T.; Quinn, W. Klasszikus kondicionálás és visszatartás normál és mutáns Drosophila melanogasterben. J. Comp. Physiol. 1985, 157, 263–277. [CrossRef] [PubMed]

10. Knapek, S.; Sigrist, S.; Tanimoto, H. Bruchpilot, egy szinaptikus aktív zóna fehérje az érzéstelenítésnek ellenálló memóriáért. J. Neurosci. 2011, 31, 3453–3458. [CrossRef] [PubMed]

11. Quinn, WG; Dudai, Y. Memóriafázisok Drosophilában. Természet 1976, 262, 576–577. [CrossRef] [PubMed]

12. Folkers, E.; Waddell, S.; Quinn, WG A Drosophila retek génje az érzéstelenítésnek ellenálló memóriához szükséges fehérjét kódol. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006, 103, 17496–17500. [CrossRef] [PubMed]

13. Drago, I.; Davis, RL A mitokondriális kalcium uniporter gátlása a fejlődés során károsítja a memóriát felnőtt Drosophilában. Cell Rep. 2016, 16, 2763–2776. [CrossRef] [PubMed]

14. Folkers, E.; Drain, P.; Quinn, WG Retek, egy Drosophila mutáns, amely hiányos a konszolidált memóriából. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1993, 90, 8123–8127. [CrossRef] [PubMed]

15. Turrel, O.; Goguel, V.; Preat, T. Amnézia szükséges a felnőtt gombatestben a memória kialakulásához. J. Neurosci. 2018, 38, 9202–9214. [CrossRef] [PubMed]

16. Waddell, S.; Armstrong, JD; Kitamoto, T.; Kaiser, K.; Quinn, WG Az amnéziás géntermék a Drosophila agy két neuronjában expresszálódik, amelyek kritikusak a memória szempontjából. Cell 2000, 103, 805–813. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com