Teil 2: Unterschiedliche Rollen für die Deacetylase-Domäne von HDAC3 im Hippocampus und im medialen präfrontalen Kortex bei der Bildung und dem Aussterben des Gedächtnisses

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Befund

Expression des Punktmutantenvirus AAV-HDAC3(Y298H)

Um die HDAC3-Deacetylase-Aktivität ins Visier zu nehmen, entwickelten wir eine Punktmutante (Y298H), die aus dem Adeno-assoziierten Virus (AAV2.1-HDAC3 (Y298H)-v5) exprimiert wird. Das Ersetzen eines Histidins durch ein Tyrosin (Y298H) schafft die enzymatische Aktivität von HDAC3 ab (Kwapis et al., 2017; Lahm et al., 2007, Sun et al., 2013). Wir haben auch einen V5-Epitop-Tag hinzugefügt, um die Immunreaktivität zu messen und die virale mRNA-Expression der HDAC3-Punktmutante unabhängig von endogenem HDAC3 zu quantifizieren (Abb. 1A). Mäuse erhielten bilaterale Infusionen entweder des punktmutierten Virus (AAV-HDAC3(Y298H)-v5) oder der Kontrolle (AAV-EV). Zwei Wochen später (ermöglicht einen optimalen Ausdruck (Barrett et al., 2011; Kwapis et al., 2017, McQuown et al., 2011; Rogge et al., 2013), wurden Mäuse geopfert und V5 und HDAC3 wurden durch Immunreaktivität und RT-qPCR gemessen. Um zu bestätigen, dass unsere viralen Infusionen auf die DH abzielen, haben wir die Immunreaktivität gegenüber dem V5-Epitop auf AAV-HDAC3 (Y298H) untersucht. Wir beobachteten eine erfolgreiche Transduktion von AAV-HDAC3(Y298H)-v5 in den Bereichen CA1 und CA3 des DH aller punktmutierten Virus-infundierten Tiere, ohne V5-Färbung bei Tieren, die mit dem AAV-EV-Kontrollvirus infundiert sind (Abb. 1B). Wir haben auch V5 und Wildtyp HDAC3 in DH-Gewebe mit RT-qPCR gemessen. Primer sowohl gegen das V5-haltige HDAC3(Y298H)-Transkript als auch gegen das endogene Hdac3-Transkript (das sowohl endogenes Hdac3 als auch mutiertes Hdac3(Y298H)-v5 mRNA erkennt) bestätigten signifikant höhere Spiegel bei Mäusen, die mit AAV-HDAC3(Y298H)- v5 (v5: t(7) = 4,14; * p< 0.01,="" empty="" vector="" n="5;" y298h="" n="4;" hdac3:="" t(9)="3.12," *="" p="0.012," empty="" vector="" n="6;" y298h="" n="6)" (fig.="" 1c,="">

Blockieren der HDAC3-Aktivität im dorsalen Hippocampus mit AAV-HDAC3(Y298H)-v5 verbessert das Langzeitgedächtnis für die Objektlokalisierung

Frühere Studien haben gezeigt, dass die HDAC3-Hemmung die Hemmung verstärktGedächtnisso dass ein unterschwelliges Lernereignis, das nicht zu langfristigenGedächtnisverwandelt sich in ein Ereignis, das zu langfristigenGedächtnis(McQuown et al., 2011; Malvaez et al., 2013). Um zu testen, ob die Deacetylase-Totpunkt-Mutantenversion von HDAC3 das Langzeitgedächtnis beeinflusst, erhielten Mäuse bilaterale Infusionen entweder des Punktmutantenvirus ((AAV-HDAC3(Y298H)- v5) oder der Kontrolle (AAV-EV). Zwei Wochen später wurden Mäuse auf die OLM-Aufgabe geschult. Während des Trainings wurden Mäuse in einer Arena mit zwei identischen Objekten für eine 3-minütige Trainingseinheit platziert, was nicht zu einem Langzeitgedächtnis führt (Stefanko, et al., 2009; Malvaez et al., 2013) und testete dann 24 Stunden später in derselben Arena mit einem vertrauten Objekt, das an einen neuartigen Ort verlegt wurde (Abb. 2A). In diesem Experiment sowie in allen nachfolgenden Experimenten wurde jedem Tier, das in die Verhaltensanalysen einbezogen wurde, eine durch Immunhistochemie bestätigte virale Infusion unterzogen. Leere Vector-Mäuse zeigten keine signifikante Diskriminierung (DI = 3,66 ± 3,4%, t(12) = 1,085, p>0,1, n = 8), was bestätigt, dass 3 min eine Trainingszeit unterhalb der Schwelle war (Abb. 2B). Im Gegensatz dazu zeigten Y298H-Mäuse ein signifikantes Gedächtnis für die Objektlokalisierung, was sich in einem signifikant höheren Diskriminierungsindex (DI = 28,76 ± 4,45%; t(12) = 4,587, * p< 0.001,="" n="6;" fig.="" 2b).="" groups="" did="" not="" differ="" in="" total="" exploration="" time="" of="" the="" two="" objects="" (t(12)="1.024;" p="">0.05; Abb. 2C).

Als nächstes haben wir eine neue Gruppe von Tieren verwendet, um zu testen, ob die Injektion des punktmutierten Virus in die DH langfristig beeinflusst wird.Gedächtnisin einer Standard-Novel-Objekterkennungsaufgabe (ORM; Abb. 2D).

In dieser Aufgabe wird eines der vertrauten Objekte durch ein neuartiges Objekt ersetzt, aber es gibt keine Änderung des Kontexts oder der Objektposition. Wie in Abb. 2E gezeigt, verbrachten sowohl Empty Vector- als auch Y298H-Mäuse nach dem Training unter der Schwelle (3 min) am Testtag ähnlich viel Zeit mit den bekannten und neuartigen Objekten (t(14) = 0,55; p > 0,05, leerer Vektor n = 9; Y298H n = 7). Die Gruppen unterschieden sich nicht in der Gesamtexplorationszeit der beiden Objekte (t(14) = 0,88; p > 0,05; Abb. 2F). Zusammengenommen deuten die Daten in Abbildung 2 darauf hin, dass die Infusion des Deacetylase-Totpunkt-Mutanten-HDAC3-Virus in der DH zu einer selektiven Verbesserung der langfristigenGedächtnisfür die Objektposition (Abb. 2B), aber nicht für das Objekt selbst (Abb. 2E).

Unterbrechung der HDAC3-Aktivität im dorsalen Hippocampus mit AAV-HDAC3(Y298H)-v5 hat keinen Einfluss auf die Bildung von Kokain-assoziiertem Gedächtnis

Es wurde bei Ratten gezeigt, dass das DH eine Rolle bei medikamentenassoziiertenGedächtnisAbläufe. Insbesondere haben exzitotoxische Läsionen des DH bei Ratten gezeigt, dass sie den Erwerb von Kokain-CPP stören (Meyers et al., 2003). Angesichts unserer eigenen ersten Befunde, die zeigen, dass die Manipulation von HDAC3 im Hippocampus das Langzeitgedächtnis für die Objektlokalisierung beeinflusst (Abb. 2B), und Nachweise, die darauf hindeuten, dass die DH eine Rolle bei der medikamentenassoziiertenGedächtnisWir untersuchten, ob eine Unterbrechung der HDAC3-Aktivität im DH mit AAV-HDAC3(Y298H)- v5 den Erwerb von Kokain-CPP beeinträchtigen würde. Das Schema des CPP-Verfahrens ist in Abb. 3A (vollständig beschrieben unter Materialien und Methoden) dargestellt. Die Trainingsdosis von Kokain-HCl, die für dieses 14-Experiment sowie alle zukünftigen Akquisitionsexperimente verwendet wurde, betrug 5 mg/kg. Wir haben diese niedrigere Dosis verwendet, um einen Deckeneffekt zu vermeiden (siehe Rogge et al., 2013). Weder der Leere Vektor noch die Y298H-Gruppe zeigten vor der Konditionierung eine anfängliche Präferenz für einen der beiden Kontexte (Vortest: Leerer Vektor: t(14) = 0,347; Y298H: t(14) = 1,841, p>0,05). Nach der Konditionierung mit zwei Kokainpaarungen etablierten sowohl die Empty Vector- als auch die Y298H-Gruppe nach dem Test eine Präferenz für die kokaingepaarte Umgebung (Abb. 3B). Eine Zwei-Wege-ANOVA mit wiederholten Messungen zeigte einen signifikanten Haupteffekt der Konditionierung (F(1,28) = 16,36, p< 0.001)="" but="" not="" group="" (f(1,28)="0.18," p="">0,05) und keine Treatment-by-Test-Wechselwirkung (F(1,28) = 0,05, p > 0,05). Die Bonferronipost-hoc-Analyse zeigte keinen Unterschied zwischen Empty Vector- und Y298H-Mäusen vor dem Test (t(56) = 0,47, p > 0,05) oder nach dem Test (t(56) = 0,19, p > 0,05, n = 15 pro Gruppe) (Abb., 3B). Diese Ergebnisse zeigen, dass die AAV-HDAC3(Y298H)-Infusion in die DH keinen Einfluss auf den Erwerb von Kokain-assoziiertenGedächtnis.

Die Deletion von HDAC3 im dorsalen Hippocampus hat keinen Einfluss auf die Bildung von Kokain-assoziiertenGedächtnis

Als nächstes untersuchten wir, ob das Löschen des gesamten Hdac3-Gens im DH die Kokain-assoziierteGedächtnisFormation. In diesem Experiment wurden DH-spezifische, homozygote Deletionen von Hdac3 in erwachsenen Mäusen erzeugt. Weil HDAC3 in Neuronen, Oligodendrozyten und Glia exprimiert wird (Broide et al., 2007; Baltan et al., 2011), ermöglichte die Verwendung des AAV-Serotyps 2.1, der bevorzugt Neuronen transduziert (Burger et al., 2004), die Deletion von Hdac3spezifisch in Neuronen. Außerdem verwendeten wir CAMKII-Cre und der CAMKII-Promotor sollte die Cre-Expression auf erregende Neuronen im Vorderhirn beschränken (Kojima et al., 1997). Hdac3+/+- und Hdac3flox/flox-Mäuse unterzogen sich einer Kokain-induzierten CPP, um die Wirkung der DH-spezifischen Hdac3-Deletion auf die CPP-Speicherbildung zu untersuchen. Das Schema des CPP-Verfahrens ist in Abb. 4A. Wie in Abb. 4B gezeigt, sind sowohl Hdac3+/+ als auch Hdac3flox/flox Mäuse

etablierte eine Präferenz für die kokaingepaarte Umgebung nach dem Test. Bei der Analyse der Daten durch faktorielle ANOVA (Behandlung × Genotyp) ergab sich ein signifikanter Haupteffekt der Konditionierung (F(1,21) = 12,03, p< 0.01)="" but="" not="" genotype="" (f(1,21)="0.52," p="">0,05) und keine Wechselwirkung (F(1,21) = 0,12, p > 0,05). Die Bonferronipost-hoc-Analyse zeigte keinen Unterschied zwischen Hdac3+/+ und Hdac3flox/flox-Mäusen vor dem Test (t(42) = 0,80, p > 0,05) oder nach dem Test (t(42) = 0,42, p > 0,05, Hdac3+/+ n = 12, Hdac3flox/flox n = 11) (Abb., 4B). Das Ausmaß der HDAC3-Deletion in Hdac3flox/flox-Mäusen ist in Abb. 4C. Virale Infusionen und fokale Deletionen waren bilateral und Hdac3-Deletionen waren auf das DH in allen Hdac3flox/Flox-Mäusen beschränkt, die in den in den folgenden Abbildungen dargestellten Daten enthalten waren. Um zu bestätigen, dass unsere virale Infusion angemessen auf die DH abzielte und zur Deletion von Hdac3 führte, maßen wir die Immunreaktivität gegenüber HDAC3. Abb. 4C zeigt die HDAC3-Expression im DH nach Immunfluoreszenzfärbung mit Anti-HDAC3-Antikörpern. Die DAPI-Färbung bestätigte das Vorhandensein von Kernen im DH beider Genotypen. Die quantifizierte HDAC3-Immunreaktivität im DH aller in dieser Studie verwendeten Hdac3+/+- und Hdac3flox/flox-Mäuse ist in Abbildung 4D dargestellt. Die HDAC3-Immunreaktivität war bei den DH von Hdac3flox/flox-Mäusen im Vergleich zu Hdac3+/+ signifikant reduziert (mittlerer Prozentsatz von Hdac3+/+ ±s.e.m: Hdac3+/+ = 100±26,0; Hdac3flox/flox = 30,2 ±7,8, t(9)= 2,790, * p<>

Eine Unterbrechung der HDAC3-Aktivität im PrL mit AAV-HDAC3(Y298H)-v5 hat keinen Einfluss auf die Bildung von Kokain-assoziiertem Speicher

Als nächstes testeten wir, ob eine Störung der HDAC3-Aktivität im prälimbischen Kortex (PrL) mit HDAC3-(Y298H)-v5 das Kokain-CPP beeinflussen würde.GedächtnisFormation. Es hat sich gezeigt, dass die PrL eine entscheidende Rolle beim Erwerb von Kokain-CPP spielt (Isaac et al., 1989; Tzschentke und Schmidt 1998, 1999). Darüber hinaus kann die Neuroplastizität des präfrontalen Kortex durch süchtig machende Missbrauchsdrogen wie Kokain durch die Regulation der Genexpression abnormal verändert werden (Krasnova et al., 2008; Marie-Claire et al., 2003). Daher stellten wir die Hypothese auf, dass die Deacetylaseaktivität von HDAC3 eine entscheidende Rolle in der PrL für Kokain-assoziierteGedächtnisFormation. Der Schaltplan des CPP-Verfahrens war derselbe wie in Abb. 3 und der Schaltplan ist in Abb. 5A. Weder der Empty Vector noch die Y298H-Gruppe, die eine Infusion erhielten, zeigten das AAV-HDAC3-(Y298H)-v5-Virus vor der Konditionierung eine anfängliche Präferenz für einen der beiden Kontexte (Pretest: Empty Vector: t(11) = 0,166; Y298H: t(11) = 0,655, p>0,1). Nach der Konditionierung mit zwei Kokainpaarungen etablierten sowohl die Empty Vector- als auch die Y298H-Gruppe nach dem Test eine Präferenz für die kokaingepaarte Umgebung (Abb. 5B). Eine Zwei-Wege-ANOVA mit wiederholten Messungen zeigte einen signifikanten Haupteffekt der Konditionierung (F(1,22) = 24,10, p< 0.0001)="" but="" not="" group="" (f(1,22)="0.11," p="">0,05) und keine Treatment-by-Test-Wechselwirkung (F(1,22) = 0,10, p > 0,05). Die Bonferronipost-hoc-Analyse zeigte keinen Unterschied zwischen AAV-EV- und HDAC3(Y298H)-v5-Mäusen vor dem Test (t(44) = 0,11, p > 0,05) oder nach dem Test (t(44) = 0,45, p > 0,05, n = 12 pro Gruppe) (Abb. 5B). Um zu bestätigen, dass unsere viralen Infusionen spezifisch auf die PrL abzielen, haben wir die Immunreaktivität zum V5-Epitop auf AAV-HDAC3 (Y298H) gemessen. Wir beobachteten eine erfolgreiche Transduktion von AAV-HDAC3(Y298H)- v5 aller punktmutierten virusinfundierten Tiere im gesamten PrL, wobei eine Ausbreitung in den infralimbischen Kortex (IL) des medialen präfrontalen Kortex (mPFC) vermieden wurde. Wie erwartet, wurde bei Tieren, die mit dem AAV-EV-Kontrollvirus infundiert waren, keine V5-Färbung beobachtet (Abb. 5C). Abbildung 5D zeigt die gezielte virale Infusion im PrL. Die Infusion war bei allen in den vorgelegten Daten enthaltenen Tieren auf die PrL beschränkt. Diese Ergebnisse zeigen, dass wie die DH,AAV-HDAC3(Y298H)-Infusion in die PrL auch keinen Einfluss auf den Erwerb des Kokain-assoziierten Gedächtnisses hatte.

Die Blockierung der HDAC3-Aktivität im infralimbischen Kortex mit AAV-HDAC3(Y298H)-v5 hat keinen Einfluss auf das Aussterben des Kokain-assoziierten Speichers

Als nächstes untersuchten wir, ob die selektive Blockierung der HDAC3-Deacetylaseaktivität in der IL das Aussterben von Kokain-CPP fördert. Es wurde gezeigt, dass die IL am Aussterben der Kokainsuche beteiligt ist (LaLumiere et al., 2010; Peters et al., 2008, 2009). Die Tiere wurden einer Kokain-CPP-Konditionierung mit einer 20 mg/kg Kokain-HCl-Trainingsdosis unterzogen. Der Grund für diese höhere Kokaindosis in diesem Extinktionsexperiment sowie in allen nachfolgenden Extinktionsstudien bestand darin, Extinktionsbodeneffekte zu verhindern und eine ausreichend starke Präferenz zu etablieren, die die zwei Wochen überdauern könnte, die für die virale Expression nach der Virusinfusion erforderlich sind. Nach der Kokain-CPP-Konditionierung zeigten die Tiere eine signifikante Präferenz bei Post-Test 1 (Post-Test 1; t(64) = 15,11; p< 0.001).="" then="" we="" bilaterally="" infused="" hdac3(y298h)-v5="" or="" aav-ev="" into="" the="" il,="" and,="" mice="" underwent="" drug-free="" post-tests="" (extinction="" training)="" two="" weeks="" following="" infusions="" (fig.="" 6a).="" disrupting="" hdac3="" activity="" in="" the="" il="" with="" hdac3(y298h)="" had="" no="" effect="" on="" the="" extinction="" ofcpp="">Gedächtnis. Unter Verwendung einer Zwei-Wege-Wiederholungsmessung ANOVA fanden wir einen signifikanten Haupteffekt des Tests (F (1, 155) = 35,91, p< 0.001),="" as="" expected,="" but="" no="" significant="" treatment-by-test="" interaction="" (f="" (5,="" 155)="0.62," p="">0,05) noch Hauptbehandlungsgruppeneffekt (F(1, 31) = 0,75, p> 0,05) (AAV-EV: n = 17, HDAC3(Y298H)-v5: n = 16 pro Gruppe) (Abb. 6B). Um zu bestätigen, dass unsere viralen Infusionen spezifisch auf die infralimbischen Substanzen abzielen, haben wir die Immunreaktivität zum V5-Epitop auf AAV-HDAC3 (Y298H) gemessen. Wir beobachteten eine erfolgreiche Transduktion von AAV-HdAC3(Y298H)-v5 aller punktmutierten virusinfundierten Tiere im gesamten IL, wobei eine Ausbreitung in die PrL-Region des mPFC vermieden wurde. Bei Tieren, die mit dem AAV-EV-Kontrollvirus infundiert waren, wurde keine V5-Färbung beobachtet (Abb. 6C). Abbildung 6D zeigt die gezielte virale Infusion im IL. Die Infusion war bei allen in den vorgelegten Daten enthaltenen Tieren auf die IL beschränkt.

Die Blockierung der HDAC3-Aktivität im dorsalen Hippocampus mit AAV-HDAC3(Y298H)-v5 erleichtert das Aussterben des Kokain-assoziierten Speichers

Als nächstes untersuchten wir, ob die selektive Blockierung der HDAC3-Deacetylaseaktivität im DH das Aussterben von Kokain-CPP fördert. Wie oben beschrieben, wurden die Tiere einer Kokain-CPP-Konditionierung unterzogen und zeigten eine signifikante Präferenz bei Post-Test 1 (Post-Test 1; t(42) = 9,79; p< 0.0001).="" then="" we="" bilaterally="" infused="" hdac3(y298h)-v5="" or="" aav-ev="" into="" the="" dh="" and="" had="" animals="" undergo="" drug-free="" post-tests="" (extinction="" training)="" two="" weeks="" following="" infusions="" (fig.="" 7a).="" disrupting="" hdac3="" activity="" in="" the="" dh="" with="" hdac3(y298h)="" resulted="" in="" a="" significant="" extinction="" of="" cpp="" on="" post-test="" 2,="" as="" revealed="" by="" anova="" comparing="" preference="" score="" (ps)="" ofthe="" aav-ev="" and="" hdac3(y298h)-v5="" groups="" across="" post-tests="" 1="" and="" 2="" showing="" a="" significant="" main="" effect="" of="" test="" (f="" (1,="" 20)="25.58,">< 0.001)="" and="" a="" significant="" treatment-by-test="" interaction="" (f="" (1,="" 20)="5.67," p="0.02)." both="" the="" aav-ev="" control="" and="" the="" hdac3(y298h)="" animals="" showed="" similar="" cpp="" preferences="" on="" post-test="" 1,="" but="" after="" viral="" manipulation,="" the="" animals="" that="" received="" the="" point="" mutant="" virus="" showed="" a="" significant="" decrease="" in="" ps="" on="" post-test="" 2="" compared="" to="" the="" aav-ev="" control="" animals="" as="" shown="" by="" bonferronipost-="" hocanalysis="" (t(40)="2.73," p="0.02;" aav-ev="" n="10," hdac3(y298h)-v5="" n="12)" (fig,="" 7b).these="" findings="" demonstrate="" that="" mice="" infused="" with="" aav-hdac3(y298h)-v5="" showed="" enhanced="" extinction="" of="" cocaine-associated="">

Diskussion

Es wurde gezeigt, dass die systemische Verabreichung eines HDAC3-selektiven Inhibitors die langfristige Objektlokalisierung verbessert.Gedächtnissowie das Aussterben von Kokain-assoziiertenGedächtnis(Malvaez et al., 2013). Darüber hinaus fördert die HDAC3-Hemmung ein ausgeprägtes Muster der Histonacetylierung, das mit der Genexpression im Hippocampus und im infralimbischen Kortex verbunden ist (Malvaez et al., 2013). Unser Labor hat die Rolle von HDAC3 in den DH- und Nucleusaccumbenen in OLM sowie in Kokain-assoziiertenGedächtnis, bzw. (McQuown et al., 2011; Rogge et al., 2013). Ob die Deacetylase-Domäne von HDAC3 für diese Gedächtnisprozesse in bestimmten Hirnregionen notwendig ist oder nicht, blieb jedoch unklar. Hier untersuchten wir die spezifische Rolle, die die Deacetylase-Domäne von HDAC3 bei der langfristigen OLM-Bildung, der kokainkontextassoziierten Gedächtnisbildung sowie dem Aussterben von Kokain-kontext-assoziiertenGedächtnis.

In diesen Experimenten verwendeten wir ein Deacetylase-Totpunkt-Mutantenvirus (AAV-HDAC3(Y298H)-v5, das selektiv die Deacetylase-Aktivität von HDAC3 blockiert (Lahm et al., 2007; Sun et al., 2013). Wir fanden heraus, dass die selektive Blockierung der Deacetylase-Domäne von HDAC3 in der DH langfristig verbesserteGedächtnisfür die Objektlokalisierung nach einem Unterschwellen-Schulungszeitraum. Dieser Befund war spezifisch für die Bildung von Einwandstandorten, da die Deacetylasedomäne von HDAC3 im DH keine Rolle beim Erwerb / der Konsolidierung von Kokain-assoziiertenGedächtnisFormation. Wir untersuchten auch die Rolle von HDAC3 im prälimbischen Kortex in Bezug auf die Kokain-CPP-Gedächtnisbildung und fanden heraus, dass die Deacetylase-Aktivität von HDAC3 in dieser Gehirnregion für den Kokain-CPP-Gedächtniserwerb nicht kritisch zu sein schien. Schließlich fanden wir heraus, dass die Blockierung der HDAC3-Aktivität im DH auch das Aussterben von Kokain-CPP erleichterte, während dieselbe Manipulation keine Auswirkungen auf den infralimbischen Kortex hatte, eine Region, die am Extinktionslernen beteiligt ist (Quirk et al., 2000; Quirk et al., 2006; Lebrón et al. 2004; Sierra-Mercado et al., 2006; Laurent und Westbrook, 2009). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Deacetylase-Domäne von HDAC3 eine selektive Rolle in bestimmten Hirnregionen spielt, die der Langzeitgedächtnisbildung der Objektposition sowie der kokainassoziierten Gedächtnisbildung und -auslöschung zugrunde liegen.

Wir haben kürzlich gezeigt, dass dieses spezifische Deacetylase-Totpunkt-Mutantenvirus die Deacetylase-Aktivität von HDAC3 blockiert und die lerninduzierte Histonacetylierung fördert (Kwapis et al., 2017). Kwapis et al. (2017) fanden heraus, dass die selektive Blockierung der HDAC3-Deacetylase-Aktivität im DH- oder Basalkern der Amygdala die Kontextangst erhöhte, ohne einen Einfluss auf die Tonangst zu haben. Die Blockierung der HDAC3-Aktivität im lateralen Kern der Amygdala verstärkte jedoch den Ton, aber nicht den Kontext, fürchtet das Gedächtnis. So reguliert HDAC3-Aktivität verschiedene Aspekte der AngstGedächtnisin den basalen und lateralen Unterregionen der Amygdala. Zusammen zeigen die in Kwapis et al. (2017) zusammen mit der vorliegenden Studie vorgestellten Ergebnisse, dass die Deacetylase-Domäne von HDAC3 für Speicherprozesse wichtig ist.

Im Gegensatz dazu zeigten Sun et al. (2013), dass die Deacetylase-Domäne von HDAC3 für die HDAC3-Funktion in der Leber unnötig ist. Sie fanden heraus, dass eine Deacetylase-tote HDAC3-Mutante in der Lage war, die unterdrückte lipogene Genexpression sowie den Fettstoffwechsel fast vollständig zu retten. Weiterhin zeigten sie, dass eine Wechselwirkung mit dem Corepressor NCOR für die deacetylaseunabhängige Funktion von HDAC3 erforderlich ist. Trotz der Evidenz für die wichtige Rolle der Deacetylase-Domäne von HDAC3 spielt HDAC3 auch eine kritische nichtenzymatische Rolle in Transkriptionsprozessen.

In unserer früheren Studie, McQuown et al., (2011), fanden wir heraus, dass die fokale Deletion von HDAC3 in der DH zu einer verbesserten langfristigenGedächtnisfür OLM, aber nicht ORM. Ebenso fanden wir in der aktuellen Studie heraus, dass die selektive Blockierung der HDAC3-Deacetylase-Aktivität (unter Verwendung einer Deacetylase-Totpunkt-Mutante von HDAC3) im DH OLM beeinträchtigte, aber keinen Einfluss auf das ORM hatte. Bei Nagetieren war die Beteiligung des Hippocampus an der Objekterkennung ein Streitpunkt (Mumby, 2001; Dere et al., 2007; Winters et al., 2008; Ennaceur 2010). Unser Labor fand zuvor eine signifikante Beeinträchtigung des ORM, als wir Muscimol nach dem Training verwendeten, um den Hippocampus zu inaktivieren. Als der Hippocampus jedoch vor dem Abruf von ORM inaktiviert wurde, wurde kein Effekt beobachtet (Haettig et al., 2011). Daher scheint es, dass der Hippocampus für die Konsolidierung, aber nicht für den Abruf von ORM in der gleichen Mausaufgabe notwendig ist, die in der aktuellen Studie verwendet wird. Mehrere Studien aus unserem Labor (Barret et al., 2011; McQuown et al., 2011; Vogel-Ciernia et al., 2013) und andere (Balderas et al., 2008) zeigen in ähnlicher Weise, dass eine dorsale Hippocampus-Manipulation nur OLM und nicht ORM betrifft. In unseren Experimenten manipulieren wir ein Gen von Interesse (CBP, Barrett et al., 2011; HDAC3, McQuown et al., 2011; BAF53b, Vogel-Ciernia et al., 2013), die die Kommunikation zwischen der DH und anderen Hirnregionen intakt lässt, während sie die lokale Plastizität selektiv stört. In ähnlicher Weise beeinträchtigt die Blockierung der Proteinsynthese mit Anisomycin die ORM-Konsolidierung nicht (Balderas et al., 2008). Die Blockierung der Hippocampus-Aktivität mit Muscimol hingegen beeinträchtigt die Konsolidierung von ORM. Muscimol inaktiviert Hippocampus-Zellen und verhindert die Kommunikation mit wichtigen Hirnregionen, die für den Erwerb / die Konsolidierung von ORM erforderlich sind. Daher scheint es, dass die Manipulation der Genexpression oder die Blockierung der Proteinsynthese innerhalb der DH nicht ausreicht, um die für das Langzeitgedächtnis für die Objekterkennung erforderlichen Erfassungs- / Konsolidierungsmechanismen zu stören. In der Tat haben Studien gezeigt, dass langfristigeGedächtnisfür die Objekterkennung beruht auf peri-postrhinalen und insularen Kortexen und nicht auf dem DH (Balderas et al., 2008; Roozendaal et al., 2010).

Frühere Studien aus unserem Labor verwendeten HDAC3-Inhibitoren, die systemisch verabreicht wurden, um die enzymatische Aktivität von HDAC3 akut zu blockieren (Malvaez et al., 2013). Hier verwenden wir virale Manipulationen, um die Deacetylaseaktivität von HDAC3 chronisch zu hemmen. Diese chronische Hemmung kann es ermöglichen, dass Kompensationsmechanismen in der Gehirnregion, in der unsere Manipulation durchgeführt wurde, an Bord kommen, was zu normalem Lernen führt. Die Deacetylase-Domäne von HDAC3 in der DH kann eine Rolle beim Aussterben von Kokain-CPP spielenGedächtnis, da die Infusion des punktmutierten HDAC3-Virus in das DH zu einem erleichterten Aussterben führte. Es ist interessant festzustellen, dass die Blockierung der Deacetylaseaktivität von HDAC3 im DH das Extinktionslernen verbesserte, aber keine Auswirkungen auf die Akquisition / Konsolidierung unter Verwendung des CPP-Modells hatte. Eine mögliche Erklärung dafür ist, dass das Lernen, das während des Aussterbens auftritt, im Vergleich zur anfänglichen Konditionierung anfälliger für Manipulationen ist. Studien haben gezeigt, dass die Extinktionsrate langsamer sein kann als die Rate des anfänglichen Erwerbs (Rescorla, 2002), was darauf hindeutet, dass das Aussterben schwieriger und daher anfälliger für Störungen ist. Dies scheint durchaus plausibel, wenn es um robuste Kokain-assoziierte Erinnerungen geht, da das ursprüngliche Neurobiol LearnMem. Manuskript des Autors; verfügbar in PMC 2018 November 01.

Die Bildung dieser Erinnerungen beinhaltet das starke Psychostimulans Kokain, das es den Tieren erleichtert, dieses Original zu bildenGedächtnisgegen ein nachfolgendes AussterbenGedächtnis.

In Bezug auf den Erwerb/die Konsolidierung von medikamentenassoziierten Erinnerungen fanden wir heraus, dass unsere Manipulationen, unabhängig davon, ob wir ein Deacetylase-Totpunkt-Mutantenvirus verwendeten oder das gesamte Hdac3-Gen mit homozygoter Hdac3-Deletion im DH löschten, keine Auswirkungen auf den Erwerb/die Konsolidierung von Kokain-CPP hatten.Gedächtnis. Das DH wurde mit der Informationsverarbeitung korreliert (zur Überprüfung siehe Fanselow und Dong 2010) und es wurde gezeigt, dass exzitotoxische Läsionen des DH bei Ratten den Erwerb von Kokain-CPP stören (Meyers et al., 2003). Obwohl vorgeschlagen wurde, dass das DH eine Rolle bei der Expression der drogenkontextinduzierten Kokainsuche spielt (Fuchs et al., 2005; 2007) und für die Verarbeitung kontextueller Informationen erforderlich ist, ist das DH nicht für die Assoziation eines auditiv bedingten Reizes mit dem unkonditionierten Reiz erforderlich, so die Angstliteratur (Maren 2001). Während das DH Informationen über den Kontext verarbeitet, wird nicht angenommen, dass es der Ort der assoziativen Konvergenz zwischen Kontext und Schock ist (Maren 2001). Obwohl HDAC3 eine notwendige Rolle bei der Erfassung/Konsolidierung des Kokain-CPP-Gedächtnisses in Gehirnregionen wie dem Nucleus accumbens zu spielen scheint, spielt dies eine zentrale Rolle in Belohnungskreisläufen und ist der primäre Vermittler der verstärkenden Eigenschaften von Drogenmissbrauch und assoziativer Verarbeitung von drogenpaarigen konditionierten Reizen (Parkinson et al., 1999; Kalivas und McFarland, 2003; Rogge et al., 2013), deuten unsere vorliegenden Ergebnisse darauf hin, dass die Deacetylase-Domäne von HDAC3 im DH die Bildung von Kokain-assoziiertenErinnerungen.

Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Deacetylase-Region von HDAC3 eine Rolle in bestimmten Hirnregionen spielt, die am Aussterben von Kokain-assoziiertenGedächtnis. Wir untersuchten zunächst die Rolle der enzymatischen HDAC3-Aktivität im infralimbischen Kortex, da diese Gehirnregion als zentraler Ort für das Aussterben von Erinnerungen angesehen wurde (Peters et al., 2008; LuLumiere et al., 2010). Stafford et al. (2012) hoben die Rolle der Histon-Deacetylierungsmechanismen in der IL bei der Angstauslöschung hervor, indem sie zeigten, dass der Histon-Deacetylase-Inhibitor NaB der Klasse I zu einer verstärkten Extinktion führte, wenn er in die IL infundiert wurde, aber nicht in die PrL. Als wir das punktmutierte HDAC3-Virus in die IL infundierten, fanden wir keine Auswirkungen auf die Aussterberate des Kokain-assoziierten Gedächtnisses. Die HDAC-Familie der Klasse I besteht aus HDAC-1, -2, -3 und -8 (Haberland et al., 2009). Ressler und Kollegen (2015) fanden heraus, dass der HDAC-1-, -2- und -3-Inhibitor, RGFP963, die Konsolidierung der Cued-Angst-Extinktion verstärkt, RGFP966, ein selektiver Inhibitor von HDAC3, jedoch nicht. Darüber hinaus zeigten Rumbaugh et al. (2015), dass RGFP963 und ein weiterer HDAC-1-, -2- und -3-Inhibitor, RGFP968, am effektivsten bei der Stimulierung der Synaptogenese waren, während RGFP966 unwirksam war. Diese Ergebnisse unterstreichen die wichtigen Unterschiede in den beobachteten Ergebnissen, je nachdem, ob die Deacetylase-Domäne von HDAC3, die gesamte HDAC-Familie der Klasse 1 oder eine Teilmenge von HDACs der Klasse I ins Visier genommen werden, und legen nahe, dass die Ausrichtung auf mehrere Isoformen von HDACs der Klasse I robustere Auswirkungen auf Lern- und Gedächtnisprozesse haben kann.

Zusammenfassend unterstreichen unsere Ergebnisse die Rolle der Deacetylase-Domäne von HDAC3 in bestimmten Hirnregionen, die an der Objektlokalisierung beteiligt sind.Gedächtnisund die Bildung und das Aussterben von Kokain-assoziiertenGedächtnis. Es ist wichtig zu beachten, dass frühere Studien HDAC3 mit systemischen Manipulationen, die die Blut-Hirn-Schranke überwinden und auf viele Gehirnregionen abzielen, akut ins Visier genommen haben (z. B. Malvaez et al., 2010, 2013; Stafford et al., 2012). Hier zeigen wir, wie sich die chronische Manipulation der Deacetylase-Region von HDAC3 in wichtigen Hirnregionen, die am Lernen der Objektlokalisierung und der Bildung und dem Aussterben von Kokain-assoziierten Erinnerungen beteiligt sind, auf diese Gedächtnisprozesse auswirkt. Unsere Ergebnisse erweitern frühere Erkenntnisse, dass die Deacetylaseaktivität von HDAC3 eine entscheidende Rolle bei Langzeitgedächtnisprozessen spielt und spricht für die spezifische Rolle der HDAC3-Deacetylaseaktivität sowohl in Bezug auf Gehirnregionen als auch auf den Gedächtnisprozess.