Ποντίκια καρβοξυπεπτιδάσης Ε υπό όρους νοκ άουτ παρουσιάζουν ελλείμματα μάθησης και μνήμης και νευροεκφυλισμό Μέρος 2

Nissl και χρώση ανοσοφθορισμού

Τα ζώα εγχύθηκαν με 4% παραφορμαλδεΰδη και ελήφθησαν κατεψυγμένα τμήματα εγκεφαλικών ιστών. Οι εγκεφαλικοί ιστοί τεμαχίστηκαν σε τομές 30 μm για χρώση Nissl, doublecortin (DCX), CPE και MAP2.

Τα τελευταία χρόνια, με τη συνεχή ανάπτυξη της ιατρικής τεχνολογίας, όλο και περισσότεροι άνθρωποι έχουν αρχίσει να δίνουν προσοχή στο πώς να βελτιώσουν τη μνήμη τους για να αντιμετωπίσουν τον ολοένα και πιο περίπλοκο και γρήγορο ρυθμό της ζωής. Ταυτόχρονα, η doublecortin έχει γίνει σταδιακά ένα από τα καυτά θέματα συζήτησης.

Τι είναι λοιπόν η doublecortin; Η Doublecortin είναι μια ουσία στον εγκέφαλο που παίζει σημαντικό ρόλο στην προαγωγή και τη διατήρηση της λειτουργίας της μνήμης. Κατανέμεται κυρίως στις συνάψεις μεταξύ των νευρώνων του εγκεφάλου. Μπορεί να ρυθμίσει τη διεγερσιμότητα των νευρώνων και να προωθήσει τη μετάδοση πληροφοριών μεταξύ των νευρώνων, βελτιώνοντας έτσι την ανθρώπινη γνωστική ικανότητα και τη μνήμη.

Ορισμένες μελέτες έχουν δείξει μια στενή σχέση μεταξύ των επιπέδων διπλής κορτίνης και της μνήμης. Για παράδειγμα, ορισμένοι ενήλικες μεγαλύτερης ηλικίας έχουν σημαντικά χαμηλότερα επίπεδα διπλής κορτίνης και την ίδια στιγμή, η μνήμη μειώνεται. Όχι μόνο αυτό, ορισμένες νευρολογικές ασθένειες, όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ και η νόσος του Πάρκινσον, σχετίζονται επίσης με μειωμένα επίπεδα διπλής κορτίνης.

Ωστόσο, μην αγνοείτε ότι η διπλή κορτίνη δεν είναι πανάκεια. Μπορεί να βοηθήσει τους ανθρώπους να βελτιώσουν τη μνήμη τους μόνο σε κάποιο βαθμό, αλλά δεν μπορεί να λύσει όλα τα προβλήματα μνήμης. Επιπλέον, αν και ορισμένα πειράματα έχουν δείξει ότι η συμπλήρωση διπλής κορτίνης μπορεί να ενισχύσει τις γνωστικές ικανότητες και τις μαθησιακές ικανότητες, αυτά τα πειράματα δεν μπορούν να αποδείξουν πλήρως ότι η διπλή κορτίνη μπορεί να βελτιώσει την ανθρώπινη νοημοσύνη.

Επομένως, εάν θέλετε να βελτιώσετε τη μνήμη σας, δεν αρκεί να συμπληρώσετε μόνο τη διπλή κορτίνη. Πολλοί άλλοι παράγοντες μπορούν να βοηθήσουν στη βελτίωση της μνήμης. Για παράδειγμα, η περισσότερη άσκηση, η διατήρηση μιας καλής στάσης, η τακτική εργασία και η ξεκούραση κ.λπ. μπορούν να βοηθήσουν τους ανθρώπους να βελτιώσουν τη μνήμη τους.

Εν ολίγοις, υπάρχει πράγματι μια ορισμένη σχέση μεταξύ της διπλής κορτίνης και της μνήμης, αλλά δεν πρέπει να θέτουμε πολύ υψηλές προσδοκίες από τη διπλή κορτίνη. Αυτό δεν σημαίνει ότι δεν πρέπει να δίνουμε σημασία στη διπλή κορτίνη. Αντίθετα, πρέπει να κατανοήσουμε βαθύτερα τον ρόλο του για την καλύτερη διατήρηση και βελτίωση της σωματικής μας υγείας. Ας δουλέψουμε μαζί για να βελτιώσουμε τη μνήμη μας! Μπορεί να φανεί ότι πρέπει να βελτιώσουμε τη μνήμη μας. Το Cistanche deserticola μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη μνήμη, επειδή το Cistanche deserticola μπορεί επίσης να ρυθμίσει την ισορροπία των νευροδιαβιβαστών, όπως η αύξηση των επιπέδων της ακετυλοχολίνης και των αυξητικών παραγόντων. Αυτές οι ουσίες είναι πολύ σημαντικές για τη μνήμη και τη μάθηση. Επιπλέον, το κρέας μπορεί επίσης να βελτιώσει τη ροή του αίματος και να προωθήσει την παροχή οξυγόνου, η οποία μπορεί να εξασφαλίσει ότι ο εγκέφαλος λαμβάνει επαρκή θρεπτικά συστατικά και ενέργεια, βελτιώνοντας έτσι τη ζωτικότητα και την αντοχή του εγκεφάλου.

Κάντε κλικ στα συμπληρώματα γνώσης για να ενισχύσετε τη μνήμη

Κουνέλι antiDCX αντίσωμα (1:1000; Cell Signaling Technology, Boston, USA, 4604S), αντίσωμα ποντικού κατά του CPE (1:1000; BD bioscience, New Jersey, USA, 610758), αντίσωμα αντι-GFAP κουνελιού (1:200; Cell Signaling Technology, 80788) και αντίσωμα αντι-ΜΑΡ2 κουνελιού (1:1000· Cell Signaling Technology, 8707) χρησιμοποιήθηκαν για ανοσοφθορισμό.

Τα δευτερεύοντα αντισώματα ήταν δευτερεύον αντίσωμα κατσίκας Alexa Fluor 594 κατά ποντικού (1:1000; Invitrogen, Carlsbad, CA, 11005) ή Alexa Fluor 594 κατσίκας κατά κουνελιού δευτερογενές αντίσωμα (1:1000, Invitrogen, 11012). Η σχετική ένταση φθορισμού των MAP2 και GFAP στον ιππόκαμπο Sub και dmPFC σε μεγέθυνση × 100 υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας λογισμικό ImageJ (National Institutesof Health, USA).

Δυτική στίγματα

Οι ιστοί ιππόκαμπου και PFC παρασκευάστηκαν όπως περιγράφηκε προηγουμένως [22]. Οι ζώνες αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας λογισμικό ImageJ. Τα δείγματα πρωτεΐνης εκτελέστηκαν σε πηκτώματα ηλεκτροφόρησης γέλης 10% SDS-πολυακρυλαμιδίου και μεταφέρθηκαν μεμβράνες οντονιτροκυτταρίνης (0,22 μm· Millipore, Billerica, ΜΑ, ΗΠΑ).

Μετά τον αποκλεισμό με 5% μη λιπαρό γάλα, η μεμβράνη κηλιδώθηκε με αντισώματα έναντι αντισώματος ακτίνης ποντικού (1:1000, CST, 4967S), αντισώματος ποντικού κατά CPE (1:1000; BD bioscience, 610758), ποντικού Αντίσωμα BDNF (1:600, Abcam, UK, ab108319), αντίσωμα κουνελιού anti-p-TrkB (1:1000; Boster, Wuhan, Κίνα, BM4437), αντι-ΑΚΤ κουνελιού (1:2000, Τεχνολογία κυτταρικής σηματοδότησης, 4691S) , και anti-p-AKT (1:2000, Cell Signaling Technology, 23430S) κατά τη διάρκεια της νύχτας στους 4 βαθμούς .

Μετά το πλύσιμο, οι μεμβράνες επωάστηκαν με αντισώματα IgG κατά ποντικού ή κουνελιού για 1 ώρα σε θερμοκρασία δωματίου. Το επίπεδο έκφρασης πρωτεΐνης για κάθε δείγμα κανονικοποιήθηκε σε -ακτίνη.

Στατιστική ανάλυση

Τα δεδομένα αναλύθηκαν με μονόδρομη ανάλυση διακύμανσης (ANOVA) για πολλαπλές ομάδες. Η ανάλυση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας GraphPad Prism 8.0 (λογισμικό PrismGraphPad). Όλες οι τιμές υποδεικνύονται με τα μέσα ± τυπικά σφάλματα (SEM). Το P < 0.05 θεωρήθηκε σημαντικό.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Ανάλυση σωματικού βάρους και γλυκόζης στο πλάσμα

Ποντίκια ηλικίας 1-20 εβδομάδων χρησιμοποιήθηκαν για την ανάλυση του σωματικού βάρους και της γλυκόζης στο πλάσμα (Εικ. 1α). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι δεν υπήρχαν σημαντικές διαφορές στο σωματικό βάρος μεταξύ των ποντικών WT, CPEflox/− και CPEflox/flox. Τα επίπεδα νηστείας και μεταβολισμού της γλυκόζης στο πλάσμα αξιολογήθηκαν σε ηλικία 10 εβδομάδων (Εικ. 1β). Βρήκαμε διαφορές στους μη γονότυπους μεταξύ των ζώων WT, CPEflox/− και CPEflox/flox.

Εκμάθηση και απώλεια μνήμης σε ποντίκια CPEflox/flox

Από τη δοκιμή ανοιχτού πεδίου, παρατηρήσαμε ότι δεν υπήρχε διαφορά μεταξύ κάθε ομάδας γονότυπου για την απόσταση που διανύθηκε στη συσκευή ανοιχτού πεδίου (Εικ. 2α). Αυτό δείχνει ότι η αυτόνομη και διερευνητική συμπεριφορά των ποντικών CPEflox/flox δεν επηρεάστηκε. Για μάθηση και μνήμη σε ποντίκια, χρησιμοποιήσαμε ένα τεστ αναγνώρισης αντικειμένων (Εικ. 2β). Παρατηρήσαμε ότι τα ποντίκια CPEflox/flox ξόδεψαν σημαντικά λιγότερο χρόνο σε νέα αντικείμενα από τα ποντίκια WT. Ο λαβύρινθος Υ και ο βραχυπρόθεσμος FCT πραγματοποιήθηκε για την αξιολόγηση της βραχυπρόθεσμης μνήμης σε ποντίκια (Εικ. 2γ-ε).

Στη δοκιμή του λαβύρινθου Υ, τα ποντίκια WT και CPEflox/− πέρασαν περισσότερο χρόνο στο νέο συναγερμό από τα ποντίκια CPEflox/flox. Για βραχυπρόθεσμο FCT, η διατήρηση βραχυπρόθεσμης μνήμης των ποντικών CPEflox/flox ήταν χειρότερη από αυτή των ποντικών WT και CPEflox/−. Για τη μακροπρόθεσμη διατήρηση της μνήμης (Εικ. 2στ), η δοκιμή συνθήκης φόβου έδειξε ότι τα ποντίκια WT και CPEflox/− είχαν σημαντικά καλύτερη μνήμη για σοκ στο πόδι από τα ποντίκια CPEflox/flox.

Τα ποντίκια CPEflox/flox παρουσιάζουν εκφύλιση του υποκοιλιακού (Sub).

Χρησιμοποιήσαμε western blotting για να χαρακτηρίσουμε την έκφραση των επιπέδων CPE στον ιππόκαμπο σε σύγκριση με την πρωτεΐνη-ακτίνη εσωτερικού ελέγχου (Εικ. 3a, b). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η πρωτεΐνη CPE στον ιππόκαμπο των ποντικών CPEflox/flox μειώθηκε σημαντικά. Μετά το παράδειγμα του στρες, η υποπεριοχή των ποντικών CPEflox/flox εκφυλίστηκε πλήρως, αλλά όχι πριν από τη χρήση, ενώ ο ιππόκαμπος σχηματισμός των ποντικών WT ήταν άθικτος (Εικ. 3γ).

Τα ποντίκια CPEflox/flox παρουσιάζουν μείωση της έντασης GFAP και MAP2 και της σηματοδότησης TrkB στον ιππόκαμπο

Αξιολογήσαμε την έκφραση των πρωτεϊνών που σχετίζονται με το BDNF/TrkB pathway που διαμεσολαβούνται από Akt/mTOR. Η ανάλυση Western blot της πρωτεΐνης BDNF έδειξε ότι σε σύγκριση με ποντίκια WT, η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη BDNF στον ιππόκαμπο των ποντικών CPEflox/flox έδειξε ίσες ποσότητες σε σύγκριση με τα ποντίκια WT και CPEflox/− (Εικ. 4a, b). Η πρωτεΐνη P-TrkB μειώθηκε σημαντικά σε ποντίκια CPEflox/flox σε σύγκριση με ποντίκια WT και CPEflox/− (Εικ. 4α, γ).

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα ποντίκια CPEflox/flox παρουσίασαν μείωση στην έκφραση φωσφορυλιωμένης Akt και φωσφορυλιωμένης mTOR στον ιππόκαμπο σε σύγκριση με ποντίκια WT (Εικ. 4a, d, e). Τα αποτελέσματα ανοσοφθορισμού έδειξαν μειωμένη έκφραση CPE στον ιππόκαμπο Υπό (Εικ. 4f, g). Χρησιμοποιήσαμε ανοσοχρώση anti-MAP2 για να δείξουμε την ένταση του MAP2 στην περιοχή του ιππόκαμπου και του χιτώνα (Εικ. 4στ).

Τα αποτελέσματα ανοσοφθορισμού έδειξαν μειωμένη ένταση MAP2 στον Sub andhilus των ποντικών CPEflox/flox αλλά όχι σε ποντίκια WT και CPEflox/- (Εικ. 4f, h,i). Επιπλέον, η ανοσοχρώση DCX έδειξε ότι η νευρογένεση στο DG του ιππόκαμπου σε ποντίκια CPEflox/− ήταν παρόμοια με αυτή στα ποντίκια WT, αλλά μειώθηκε σημαντικά στα ποντίκια CPEflox/flox (Εικ. 4f, j). Η ένταση GFAP στον ιππόκαμπο Sub ήταν σημαντικά χαμηλότερη στα ποντίκια CPEflox/flox από ότι στα ποντίκια WT (Εικ. 4f, k).

Τα ποντίκια CPEflox/flox παρουσιάζουν μείωση στην ένταση GFAP και MAP2 στο dmPFC

Χρησιμοποιήσαμε western blotting για να χαρακτηρίσουμε την έκφραση των επιπέδων CPE στο dmPFC σε σύγκριση με την -ακτίνη (Εικ. 5a, b). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η πρωτεΐνη CPE στο dmPFC των ποντικών CPEflox/flox μειώθηκε σημαντικά. Μετά το παράδειγμα στρες, τα αποτελέσματα ανοσοφθορισμού έδειξαν μειωμένη ένταση MAP2 σε ποντικούς dmPFCCPEflox/flox αλλά όχι σε ποντίκια WT (Εικ. 5c, d). Επιπλέον, η ένταση GFAP στο dmPFC ήταν σημαντικά χαμηλότερη στα ποντίκια CPEflox/flox στα ποντίκια WT (Εικ. 5c, e).

ΣΥΖΗΤΗΣΗ

Σε αυτή τη μελέτη, δημιουργήσαμε ένα ποντίκι CPE-cKO για να μελετήσουμε τον φαινότυπο απώλειας λειτουργίας του CPE σε νευρώνες του εγκεφάλου. Μια προηγούμενη μελέτη έδειξε ότι τα ποντίκια CPE-KO αναπτύσσουν παχυσαρκία και διαβήτη και γίνονται βαρύτερα σε ηλικία 8 εβδομάδων από τα ποντίκια WT [5]. Οι μετρήσεις μας έδειξαν ότι δεν υπήρξε σημαντική αλλαγή στο σωματικό βάρος, τα επίπεδα γλυκόζης στο πλάσμα και την ανοχή στη γλυκόζη των ποντικών CPEflox/flox σε σύγκριση με τα ποντίκια WT.

Μελέτες συμπεριφοράς προσδιόρισαν ότι το παράδειγμα στρες για τα ποντίκια CPEflox/flox εξασθενεί τη μάθηση και τη μνήμη. Επιπλέον, το άγχος και η μειωμένη έκφραση CPE οδήγησαν σε υπο-εκφυλισμό του ιππόκαμπου, μειωμένη νευρογένεση στο DG και μειωμένη νευρωνική πυκνότητα στο ιππόκαμπο Sub και dmPFC.

Το CPE είναι ένα ένζυμο επεξεργασίας προορμόνης που επεξεργάζεται την προορμόνη, η οποία διασπά το C-τελικό βασικό υπόλειμμα από τον πρόδρομο της εγκεφαλίνης για να δημιουργήσει εγκεφαλίνη [23]. Ως νευροπροστατευτικός παράγοντας, το CPE παίζει σημαντικό ρόλο στην εμβρυϊκή και μεταγεννητική ανάπτυξη του εγκεφάλου [24].

Μια αναφορά περίπτωσης έδειξε ότι μια ομόζυγη παράλογη μετάλλαξη στο γονίδιο CPE σχετίζεται με κλινικούς φαινότυπους που αποτελούνται από παχυσαρκία, διανοητική αναπηρία και υπογοναδισμό [2]. Τα ποντίκια CPEfat/fat παρουσιάζουν μείωση των επιπέδων CPE και αύξηση των επιπέδων της προϊνσουλίνης, κάτι που υποστηρίζει το ρόλο της CPE στη δυσρύθμιση της ινσουλίνης [25]. Οι αυθόρμητες σημειακές μεταλλάξεις στη CPE μειώνουν τη δραστηριότητα των ενζύμων, οδηγώντας σε σοβαρή παχυσαρκία [4]. Τα ποντίκια CPE-KO αναπτύσσουν διαβήτη και αυτά τα ποντίκια έχουν υψηλά επίπεδα γλυκόζης σε ηλικία 8-10 εβδομάδων.

Το υψηλό επίπεδο γλυκόζης διατηρήθηκε για περίπου 2 μήνες και στη συνέχεια άρχισε να μειώνεται, υποδηλώνοντας έναν αναστρέψιμο φαινότυπο διαβήτη [26]. Η μελέτη μας έδειξε ότι δεν υπήρχε σημαντική διαφορά μεταξύ των ποντικών CPEflox/flox και WT στα επίπεδα της γλυκόζης στο πλάσμα και στην ανοχή στη γλυκόζη στην ηλικία των 10 εβδομάδων. Τα CPE-KOmice αρχίζουν να κερδίζουν βάρος σε ηλικία περίπου 4 εβδομάδων και είναι βαρύτερα από τα WT γέννες κατά τις 8 εβδομάδες [27]. Έχει αποδειχθεί ότι τα ποντίκια CPE-KO εμφανίζουν αυξημένη κατανάλωση τροφής.

Η αυξημένη κατανάλωση είναι το αποτέλεσμα ακατάλληλων σημάτων που ελέγχουν τη διατροφική συμπεριφορά, που περιλαμβάνουν την ισορροπία των ορεξιγονικών και ανορεξικών νευροπεπτιδίων στον υποθάλαμο [5]. Η ωρίμανση αυτών των νευροπεπτιδίων απαιτεί τη σωστή μεταφορά και επεξεργασία αυτών των νευροπεπτιδίων, στην οποία η CPE παίζει σημαντικό ρόλο [28].

Καταγράψαμε το σωματικό βάρος των ποντικών από 1 έως 20 εβδομάδες και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι διαγραμμένοι νευρώνες CPEin δεν επηρέασαν το σωματικό βάρος. Στη μελέτη μας, το CPE-cKO δεν άλλαξε το βάρος ή την κατανάλωση γλυκόζης. Μπορεί το υπό όρους νοκ-άουτ της CPE στους νευρώνες να μην επηρεάζει τα σήματα που ελέγχουν τη διατροφική συμπεριφορά. Επομένως, ένα τέτοιο ποντίκι CPE-cKO είναι ένα πολύτιμο μοντέλο για τη μελέτη του φαινοτύπου απώλειας λειτουργίας των νευρώνων CPEin του εγκεφάλου.

Το CPE παίζει διάφορους ρόλους στο κεντρικό νευρικό σύστημα, συμπεριλαμβανομένης της διατήρησης της φυσιολογικής γνωστικής λειτουργίας, της σωστής νευρωνικής δομής και της επιβίωσης των νευρώνων [3]. Το CPE θεωρείται ότι παίζει ρόλο στην επεξεργασία των πρόδρομων πρωτεϊνών από το κύτταρο. Έχει επίσης νευροπροστατευτική δράση, ανεξάρτητη από την ενζυμική του δραστηριότητα, δρα εξωκυτταρικά ως νευροτροφικός παράγοντας [25]. Ένας νέος ρόλος της CPE στη νευροανάπτυξη και τη διακλάδωση των εγγύς δενδριτών έχει αποδειχθεί, ο οποίος είναι απαραίτητος για τη μετανάστευση και την δενδρογένεση των νευρώνων του φλοιού [29]. Τα ποντίκια CPE-KO υπό στρες χωρίς δραστηριότητα CPE παρουσιάζουν πολλές ανωμαλίες συμπεριφοράς, συμπεριλαμβανομένων ελλειμμάτων μάθησης και μνήμης [30]. Προηγούμενες μελέτες έχουν αξιολογήσει τις διαδικασίες μάθησης και μνήμης όταν τα ζώα ήταν περίπου 2 μηνών όταν το βάρος των ποντικών είχε μόλις αρχίσει να αποκλίνει [31].

Το άγχος έχει αναγνωριστεί ότι επηρεάζει τον ιππόκαμπο σε διάφορα επίπεδα ανάλυσης [32]. Συμπεριφορικά, μελέτες έχουν βρει ότι το άγχος γενικά βλάπτει διάφορες εργασίες μάθησης και μνήμης που εξαρτώνται από τον ιππόκαμπο [20]. Νευρικά, μελέτες σε ζώα έχουν αποκαλύψει ότι το στρες μεταβάλλει την επακόλουθη συναπτική πλαστικότητα και τις ιδιότητες πυροδότησης των νευρώνων του ιππόκαμπου [33]. Δομικά, μελέτες έχουν δείξει ότι το άγχος αλλάζει τη μορφολογία των νευρώνων καταστέλλει την παραγωγή νέων κοκκωδών νευρώνων στην οδοντωτή έλικα και μειώνει τον όγκο του ιππόκαμπου [34]. Πραγματοποιήσαμε δοκιμές αναγνώρισης αντικειμένων, λαβύρινθου Y και προετοιμασίας φόβου σε ποντίκια CPEflox/flox σε ηλικία 10 εβδομάδων. Για την αναγνώριση αντικειμένων, τα ποντίκια WT έδειξαν προφανή προτίμηση για ένα νέο αντικείμενο.

Αντίθετα, τα ποντίκια CPEflox/flox απέτυχαν να δείξουν προτίμηση για οποιοδήποτε αντικείμενο κατά τη διάρκεια αυτών των περιόδων. Ο λαβύρινθος Y χρησιμοποιήθηκε για την αξιολόγηση της βραχυπρόθεσμης μνήμης των ποντικών. Τα ποντίκια WT ήταν πιο περίεργα από τα ποντίκια CPEflox/flox να εξερευνήσουν περιοχές που δεν είχαν επισκεφτεί πριν . Επιπλέον, το τεστ κατάστασης φόβου χρησιμοποιήθηκε για την αξιολόγηση της βραχυπρόθεσμης και μακροπρόθεσμης μνήμης αναγνώρισης.

Τα ποντίκια WT ήταν πιο αποτελεσματικά στην αναγνώριση εξαρτημένων ερεθισμάτων από τα ποντίκια CPEflox/flox. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα ποντίκια υπό όρους CPE KO δημιουργήθηκαν πρόσφατα υπό τον υποκινητή Pomc, ο οποίος εξουδετερώνει κύτταρα που εκφράζουν την προοπιομελανοκορτίνη. Αυτά τα ποντίκια CPE-cKO παρουσίασαν φυσιολογική φυσιολογία, συμπεριφορά και επίπεδα νευροπεπτιδίων[35]. Αντίθετα, τα ποντίκια μας υπό όρους CPE KO κάτω από τον Camk2apromotor εμφάνισαν μειωμένη μνήμη και νευροεκφυλισμό, υποστηρίζοντας την υπόθεση ότι η CPE είναι μια νευροπροστατευτική πρωτεΐνη κατά του στρες [36].

Μελέτες σε ποντίκια CPE-KO έχουν αποκαλύψει πολλαπλά επίπεδα ανωμαλιών. Συμπεριφορικά, τα ποντίκια CPE-KO εμφανίζουν συμπεριφορά παρόμοια με την κατάθλιψη και μαθησιακές δυσκολίες. Η ηλεκτροφυσιολογική ανάλυση έδειξε ότι η μακροπρόθεσμη ενίσχυση των ποντικιών CPE-KO του ιππόκαμπου ήταν μειωμένη. Η μορφολογική ανάλυση έδειξε ότι ο ιππόκαμπος εκφυλίστηκε μετά από στρες όταν η CPE ήταν νοκ-άουτ [31]. Το CPE ρυθμίζεται κάτω από διαφορετικά είδη στρες και είναι σημαντικό για την προστασία των νευρώνων [3]. Η επίδραση της ανεπάρκειας πρωτεΐνης CPE στον προμετωπιαίο φλοιό υπό πίεση δεν έχει αναφερθεί.

Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η συμπεριφορά της μάθησης και της μνήμης απαιτεί αλληλεπίδραση μεταξύ εγκεφαλικών δικτύων μεγάλης κλίμακας. Η μνήμη και η ανάκληση εξαρτώνται από τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ του προμετωπιαίου φλοιού και του ιππόκαμπου [37]. Επομένως, το κύκλωμα του προμετωπιαίου φλοιού του ιππόκαμπου παίζει βασικό ρόλο στη γνωστική ρύθμιση και την εδραίωση της μνήμης [38]. Σε ποντίκια CPE-KO, η διαγραφή της πρωτεΐνης CPE προκάλεσε τραυματισμό στους νευρώνες CA3 του ιππόκαμπου [39].

Προηγούμενη μελέτη έδειξε ότι το άγχος του απογαλακτισμού ρυθμίζει προς τα πάνω την έκκριση γλυκοκορτικοειδών και προκαλεί νευρωνική πυροδότηση στα κοκκιοκύτταρα DG για αύξηση της έκκρισης γλουταμικού, οδηγώντας σε διεγερτική τοξικότητα και θάνατο των νευρώνων CA3 σε ποντίκια CPE-KO [40]. Μπορεί το cKO του γονιδίου CPE στους νευρώνες να έχει μικρότερη επίδραση στο ενδοκρινικό σύστημα.

Έχει επίσης αποδειχθεί ότι μετά από παροδική παγκοσμιοποίηση, οι νευρώνες στην περιοχή CA1 ήταν πιο ευάλωτοι και έδειξαν μόνο μια παροδική αύξηση στην έκφραση της CPE [41]. Οι γενετικές αλλοιώσεις των υποπεριοχών του ιππόκαμπου έχουν δείξει διακριτές λειτουργίες στη μάθηση και τη μνήμη [42]. Ένα κλασικό «τρισυναπτικό» κύκλωμα (DG > CA3 > CA1 > Sub) είναι μια τοπολογικά διατεταγμένη και μερικώς μη επικαλυπτόμενη ραχιαία προς ραχιαία, διάμεση, ενδιάμεση προς ενδιάμεση και κοιλιακή προς κοιλιακή προβολή [43].

Η κύρια οργάνωση του σχηματισμού του ιππόκαμπου θηλαστικών είναι ένα μονοκατευθυντικό κύκλωμα, στο οποίο οι πληροφορίες που μεταδίδονται από το επιφανειακό στρώμα του ενδορινικού φλοιού στο ΓΔ επεξεργάζονται διαδοχικά στο υποπεδίο CA: CA3, CA2 και CA1. Το ραχιαίο CA1 στέλνει την κύρια προβολή του απευθείας στο εσωτερικό στρώμα του ενδορινικού φλοιού 5 ή έμμεσα μέσω του ραχιαίου Sub (κύκλωμα παράκαμψης) [42].

Μία από τις ενδιαφέρουσες διαφορές μεταξύ των άμεσων και έμμεσων οδών εξόδου του ιππόκαμπου είναι ότι στην τελευταία, ραχιαία υποέργα στο στρώμα 5 του ενδορινικού φλοιού και σε πολλές φλοιώδεις και υποφλοιώδεις περιοχές του εγκεφάλου[44]. Ορισμένες κλινικές μελέτες έχουν δείξει ότι τα υποπεδία DG και CA ενεργοποιούνται επιλεκτικά κατά τη διάρκεια του σχηματισμού επεισοδιακής μνήμης, ενώ το Sub είναι ενεργό κατά την ανάμνηση ενός επεισοδίου [45].

Σε αυτή τη μελέτη, η έκφραση της πρωτεΐνης CPE στον ιππόκαμπο και το dmPFC των ποντικών CPEflox/flox μειώθηκε σημαντικά. Επομένως, ο νευρωνικός τραυματισμός και η απόπτωση στην υποπεριοχή οδηγούν σε ελλείμματα μνήμης. Στα ποντίκια CPEflox/flox, νευρολογικά ελλείμματα μπορεί να οφείλονται σε μερικούς αντισταθμιστικούς μηχανισμούς, συμπεριλαμβανομένου του τραυματισμού των νευρώνων hippocampalSub και dmPFC.

Τα αστροκύτταρα μεσολαβούν σε αναπτυξιακές, φυσιολογικές και παθολογικές διεργασίες [46]. Θεωρούνται ότι είναι τα βασικά υποστηρικτικά στοιχεία της λειτουργίας των νευρώνων, παρέχοντας δομική και μεταβολική υποστήριξη στους νευρώνες [47]. Τα αστροκύτταρα επηρεάζουν τη στρατολόγηση και τη λειτουργία των νευρώνων σε τοπικό και δικτυακό επίπεδο [48]. Βρήκαμε ότι ο αριθμός των αστροκυττάρων στον ιππόκαμπο Sub και το dmPFC μειώθηκε σημαντικά, πιθανώς επειδή το CPE είναι σημαντικό στη διαφοροποίηση των νευρικών βλαστοκυττάρων σε αστροκύτταρα [49].
Το BDNF θεωρείται σημαντικός ρυθμιστής πολλαπλών στρεσογόνων παραγόντων [50]. Ρυθμίζει τη συναπτική μετάδοση και τη μακροπρόθεσμη ενίσχυση στον ιππόκαμπο και συμμετέχει στο σχηματισμό ορισμένων μορφών μνήμης [51]. Πρόσφατα, η CPE υποδείχθηκε ότι είναι ένας κρίσιμος αυξητικός και τροφικός παράγοντας που προστατεύει τον ιππόκαμπο από τον επαγόμενο από το στρες θάνατο πυραμιδικών νευρώνων και γνωστική εξασθένηση [36]. Σε αυτή τη μελέτη, διαπιστώσαμε ότι η έκφραση του BDNF ήταν ίση με αυτή στα ποντίκια WT. Αυτό το αποτέλεσμα δείχνει ότι παρά την έκφραση παρόμοιων επιπέδων BDNF, τα ποντίκια CPEflox/flox παρουσιάζουν πλήρη νευροεκφυλισμό με έντονο στρες.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ

Συνοπτικά, αυτή η μελέτη δείχνει ότι τα ποντίκια CPEflox/flox παρουσιάζουν μειωμένη μάθηση και μνήμη στο πλαίσιο του παραδείγματος του στρες που περιλαμβάνει συναισθηματικό και σωματικό στρες που σχετίζεται με τον απογαλακτισμό.

Το μειωμένο παράδειγμα έκφρασης CPE και στρες οδήγησε σε υπο-εκφυλισμό του ιππόκαμπου, μειωμένη νευρογένεση στο DG και μειωμένη νευρωνική πυκνότητα στον ιππόκαμπο Sub και dmPFC.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ

1. Cawley NX, Wetsel WC, Murthy SR, Park JJ, Pacak K, Loh YP. Νέοι ρόλοι της καρβοξυπεπτιδάσης Ε στην ενδοκρινική και νευρική λειτουργία και στον καρκίνο. Endocr Rev.2012;33:216–53.https://doi.org/10.1210/er.2011-1039

2. Durmaz A, Aykut A, Atik T, Özen S, Ayyıldız Emecen D, Ata A, et al. Μια νέα αιτία του συνδρόμου παχυσαρκίας που σχετίζεται με μια μετάλλαξη στην καρβοξυπεπτιδάση που ανιχνεύτηκε σε τρία αδέρφια με παχυσαρκία, διανοητική αναπηρία και υπογοναδοτροπικό υπογοναδισμό. J Clin Res Pediatr Endocrinol. 2021; 13:52–60.https://doi.org/10.4274/jcrpe.galenos.2020.2020.0101

3. Ji L, Wu HT, Qin XY, Lan R. Dissecting carboxypeptidase E: ιδιότητες, λειτουργίες και παθοφυσιολογικοί ρόλοι στην ασθένεια. Endocr Connect. 2017; 6: R18–R38.https://doi.org/10.1530/ec-17-0020

4. Naggert JK, Fricker LD, Varlamov O, Nishina PM, Rouille Y, Steiner DF, et al. Η υπερπροϊνσουλιναιμία σε παχύσαρκα ποντίκια με λίπος/λίπος σχετίζεται με μια εξάπλωση καρβοξυπεπτιδάσης που μειώνει την ενζυμική δραστηριότητα. Nat Genet. 1995; 10:135-42.https://doi.org/10.1038/ng0695-135

5. Cawley NX, Zhou J, Hill JM, Abebe D, Romboz S, Yanik Τ, et αϊ. Το νοκ-άουτ ποντίκι καρβοξυπεπτιδάσης Ε παρουσιάζει ενδοκρινολογικά και συμπεριφορικά ελλείμματα. Ενδοκρινολογία. 2004; 145:5807-19.https://doi.org/10.1210/en.2004-0847

6. Bosch Ε, Hebebrand Μ, Popp Β, Penger Τ, Behring Β, Cox Η, et αϊ. Σύνδρομο BDV: ένα αναδυόμενο σύνδρομο με βαθιά παχυσαρκία και νευροαναπτυξιακή καθυστέρηση που μοιάζει με το σύνδρομο Prader-Willi. J Clin Endocrinol Metab. 2021; 106:3413-27.https://doi.org/10.1210/clinem/dgab592

7. Chen Η, Jawahar S, Qian Y, Duong Q, Chan G, Parker Α, et αϊ. Ο λανθασμένος πολυμορφισμός στο γονίδιο της ανθρώπινης καρβοξυπεπτιδάσης Ε μεταβάλλει την ενζυματική δραστηριότητα. HumMutat. 2001; 18:120–31.https://doi.org/10.1002/humu.1161

8. Zhu X, Wu K, Rife L, Cawley NX, Brown Β, Adams Τ, et αϊ. Η καρβοξυπεπτιδάση Ε απαιτείται για τη φυσιολογική συναπτική μετάδοση από τους φωτοϋποδοχείς στον έσω αμφιβληστροειδή. J Neurochem. 2005; 95:1351-62.https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.2005.03460.x

9. Griego E, Herrera-López G, Gómez-Lira G, Barrionuevo G, Gutiérrez R, Galván EJ. Λειτουργική έκφραση των υποδοχέων TrkB σε ενδονευρώνες και πυραμιδικά κύτταρα της περιοχής CA3 του ιππόκαμπου αρουραίου. Neuropharmacology 2021; 182:108379https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2020.108379

10. Xiao L, Sharma VK, Toulabi L, Yang X, Lee C, Abebe D, et αϊ. Ο νευροτροφικός παράγοντας 1, μια νέα τροπίνη είναι κρίσιμη για την πρόληψη του θανάτου των κυττάρων ιππόκαμπουCA3 που προκαλείται από το στρες και της γνωστικής δυσλειτουργίας σε ποντίκια: σύγκριση με το BDNF. TranslΨυχιατρική. 2021; 11:24https://doi.org/10.1038/s41398-020-01112-w

For more information:1950477648nn@gmail.com