$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Ontologicznie, hipokamp jest jedną z najstarszych znanych anatomicznych struktur mózgu. Jest odpowiedzialny za różnorodne złożone zadania, takie jak kluczowe funkcje w regulacji pamięci długotrwałej, orientacji przestrzennej oraz tworzeniu i utrwalaniu odpowiedniej pamięci. Anatomicznie hipokamp składa się z warstw komórek piramidalnych (stratum pyramidale), w tym regionów cornu Ammonis (CA1, CA2, CA3 i CA4) oraz zakrętu zębatego (gyrus dentatus), który zawiera komórki ziarniste i kilka neuronalnych komórek progenitorowych w swojej strefie subziarnistej. Komórki ziarniste wystają w kierunku regionu CA3 za pośrednictwem tak zwanych włókien omszałych (aksonów komórek ziarnistych).
Do końca ubiegłego wieku mózg dorosłego ssaka był uważany za statyczny organ pozbawiony plastyczności komórkowej i neurogenezy. Jednak w ciągu ostatnich dwóch dekad coraz więcej dowodów wyraźnie wskazuje na to, że neurogeneza dorosłych zachodzi w co najmniej dwóch regionach mózgu, strefie podkomorowej (SVZ) i strefie podziarnistej hipokampa.
Nasze poprzednie badania, jak i te z innych grup, wykazały, że czynnik transkrypcyjny NF-κB jest jednym z kluczowych molekularnych regulatorów neurogenezy u dorosłych, a jego deregulacja powoduje poważne strukturalne defekty hipokampa i zaburzenia poznawcze1-6. NF-κB to ogólna nazwa indukowalnego czynnika transkrypcyjnego składającego się z różnych dimerycznych kombinacji pięciu podjednostek wiążących DNA: p50, p52, c-Rel, RelB i p65 (RelA), z których trzy ostatnie mają domeny transaktywacyjne. W mózgu najliczniejszą formą występującą w cytoplazmie jest heterodimer p50 i p65, który jest utrzymywany w nieaktywnej formie przez inhibitor białek kappa B (IκB).
Aby badać i bezpośrednio manipulować neurogenezą sterowaną przez NF-κB, używamy transgenicznych modeli myszy, aby umożliwić proste hamowanie wszystkich podjednostek NF-κB, szczególnie w przodomózgowiu7 (patrz Rysunek 1). W tym celu skrzyżowaliśmy następujące transgeniczne linie myszy, IκB/- i -/tTA. Transgeniczna linia IκB/- została wygenerowana przy użyciu trans-dominującego ujemnego mutanta inhibitora NF-κB IκBa (super-represora IκBa-AA1)8. W przeciwieństwie do IκBα typu dzikiego, IκBα-AA1 ma dwie reszty seryny zmutowane do alaniny (V32 i V36), które utrudniają fosforylację i późniejszą degradację proteasomalną inhibitora. W celu uzyskania specyficznej dla neuronów przodomózgowia ekspresji transgenu IκBa-AA1, myszy IκB/- krzyżowano z myszami posiadającymi zależny od kalmoduliny wapnia promotor kinazy IIα (CAMKIIα), który może być napędzany przez transaktywator tetracykliny (tTA)9.
p65 myszy z nokautem mają embrionalny fenotyp letalny, spowodowany masywną apoptozą wątroby10, więc pokazane tutaj podejście zapewnia elegancką metodę badania roli NF-κB w neurogenezie postnatalnej i dorosłej.
Klasyczny test behawioralny do badania przestrzennego uczenia się i pamięci został opisany w latach 80. przez Richarda Morrisa, test znany jako wodny labirynt Morrisa (MWM)11. W tym labiryncie wodnym na otwartym polu zwierzęta uczą się uciekać z nieprzezroczystej wody na ukrytą platformę w oparciu o orientację i wskazówki poza labiryntem. Suchym wariantem MWM jest tzw. labirynt Barnesa (BM)12. Ten test wykorzystuje okrągłą płytkę z 20 okrągłymi otworami rozmieszczonymi na granicy płyty, z jednym zdefiniowanym otworem jako polem ucieczki i wizualnymi wskazówkami dotyczącymi orientacji poza labiryntem. Oba eksperymentalne paradygmaty opierają się na zachowaniu podczas lotu wywołanym niechęcią gryzonia do wody lub otwartych, jasno oświetlonych przestrzeni. Oba testy pozwalają na zbadanie orientacji przestrzennej i związanej z nią wydajności pamięci. Chociaż hipokamp odgrywa ogólną i zasadniczą rolę w tworzeniu pamięci przestrzennej, zaangażowane regiony hipokampa różnią się w zależności od zastosowanego testu. Pamięć badana w BM powstaje w wyniku aktywności neuronalnej między korą enhorinalną (EC) a neuronami piramidowymi znajdującymi się w regionie CA1 hipokampa bez udziału DG13-16. W szczególności klasyczny BM opiera się głównie na nawigacji za pośrednictwem monosynaptycznego szlaku czasowo-amonicznego od EC III do CA1 do EC V. Co ważne, DG jest w decydujący sposób zaangażowana w tzw. rozpoznawanie wzorców przestrzennych17, co oznacza nie tylko przetwarzanie informacji wizualnych i przestrzennych, ale także przekształcanie podobnych reprezentacji lub wspomnień w różne, Reprezentacje, które nie nakładają się na siebie. Zadanie to wymaga funkcjonalnego obwodu trisynaptycznego od EC II do DG do CA3 do CA1 i EC VI, którego nie można przetestować w BM15.
Aby sprostać tym wyzwaniom, opracowaliśmy SPS-BM jako test behawioralny do testowania zdolności poznawczych zależnych od zakrętu zębatego u zwierząt kontrolnych oraz w modelu super-represora IκB/tTA po inhibicji NF-κB. Co ważne, w przeciwieństwie do MWM lub BM, SPS-BM może ujawniać subtelne deficyty behawioralne wynikające z upośledzenia neurogenezy. Ponieważ separacja wzorców przestrzennych jest ściśle zależna od obwodu funkcjonalnego między EC II i DG oraz CA3 i CA1 i EC VI, test ten jest bardzo wrażliwy na potencjalne zmiany w neurogenezie, modyfikacje szlaku włókien omszałych lub zmiany homeostazy tkanek w DG.
Technicznie, konfiguracja naszego testu opiera się na badaniu przeprowadzonym przez Clelland et al., w którym wzorzec separacji przestrzennej został przetestowany przy użyciu drewnianego 8-ramiennego labiryntu z promieniowym ramieniem (RAM)19. W naszej zmodyfikowanej konfiguracji osiem ramion zostało zastąpionych siedmioma identycznymi żółtymi pojemnikami na żywność. Podsumowując, przedstawione tutaj metody, w tym analiza komórek z podwójną ekspresją kortyny (DCX+) w hipokampie, projekcje włókien omszałych, śmierć komórek neuronalnych, a w szczególności przedstawiony tutaj SPS-BM, mogą być zastosowane do badań innych modeli myszy zawierających transgeny, które mają wpływ na neurogenezę dorosłych. Dalsze zastosowania mogą obejmować badanie środków farmakologicznych i pomiar ich wpływu na DG i separację wzorców przestrzennych.