Kallchock stör massor av träningsframkallat minne hos Drosophila

Abstrakt:

Minneskonsolidering är en tidsberoende process som sker över timmar, dagar eller längre i olika arter och kräver proteinsyntes. Ett uppenbart undantag är en minnestyp i Drosophila som framkallas av en enda olfaktorisk konditioneringsepisod, som till synes snabbt konsolideras, vilket gör den resistent mot störningar av kallbedövning några timmar efter träning. Detta anestesi-resistenta minne (ARM), är oberoende av proteinsyntes. Proteinsyntesoberoende minne kan också framkallas i Drosophila genom flera samlade cykler av luktkonditionering, och detta ledde till den rådande uppfattningen att båda dessa operativt distinkta träningsregimer ger ARM. Betecknande är att vi visar att, till skillnad från bona fide ARM, förblir samlat konditionsframkallat minne känsligt för amnestisk behandling två timmar efter träning och det är därför inte ARM. Därför finns det två proteinsyntesoberoende minnestyper i Drosophila.

Minne avser den mänskliga hjärnans förmåga att ta emot, bearbeta, lagra, reproducera och använda extern information i fysiska och psykologiska aspekter. Minneskonsolidering avser processen att stärka och stabilisera ny information genom olika metoder och tekniker för att göra det lättare att bli ihågkommen och extrahera. Det finns en oupplöslig koppling mellan minneskonsolidering och minne.

För det första kan minneskonsolidering förbättra minnet. Minnesprocessen i den mänskliga hjärnan är en komplex process av neural aktivitet, som kräver att kopplingen mellan neuroner stärks och stabiliseras för att uppnå tillförlitlig registrering av information. Genom olika minneskonsolideringsmetoder och -tekniker är det därför möjligt att hjälpa till att stärka denna koppling mellan neuroner och därigenom förbättra minnet.

För det andra kan minneskonsolidering spara "glömma". I det dagliga livet glömmer människor ofta på grund av vissa anledningar, som att inte recensera på länge, minnesöverbelastning och så vidare. Genom minneskonsolidering kan denna typ av glömska effektivt undvikas, vilket hjälper människor att komma ihåg information bättre och behålla långtidsminnet.

Dessutom kan minneskonsolidering också främja inlärning. I inlärningsprocessen är det ofta nödvändigt att memorera mycket information, och konsolidering av minnet kan göra informationen djupare rotad i människors hjärtan, inse språngförhållandet mellan kunskapspunkter och därmed förbättra den övergripande inlärningseffektiviteten.

Sammanfattningsvis finns det ett nära samband mellan minneskonsolidering och minne, vilket är ett av de viktiga sätten för människor att förbättra minnet, förstärka inlärningseffekten och undvika att glömma. Därför bör vi vara uppmärksamma på användningen av olika metoder och färdigheter för minneskonsolidering, ständigt konsolidera minnet och förbättra minnet. Så du behöver förbättra ditt minne, och cistanche kan förbättra ditt minne avsevärt eftersom köttpasta är traditionell kinesisk medicin och har många unika egenskaper, varav en är att förbättra ditt minne. Fördelarna med malet kött kommer från de många aktiva ingredienser som det innehåller, inklusive syror, polysackarider, flavonoider, etc., som kan främja hjärnans hälsa på en mängd olika sätt.

Klicka på Vet för att förbättra korttidsminnet

Nyckelord:

Minne; anestesi-resistent minne; luktkonditionering; samlad konditionering; Drosophila.

1. Introduktion

Okonsoliderade minnen är labila och störda av amnestiska medel hos alla testade djur [1,2]. I Drosophila resulterar en kort förkylningschock omedelbart efter negativt förstärkt luktkonditionering i fullständig minnesförlust av associationen. Men om det levereras ett par timmar efter träning är det ofullständigt störande, med kvarvarande minne som kallas anestesiresistent minne (ARM), eftersom det kvarstår i den till synes anestetiska, immobiliserande köldchock [3] och är oberoende av proteinsyntes [2] ,4]. ARM verkar konsolideras relativt snabbt eftersom det är delvis labilt minuter efter konditionering [5] och stabilt 2 timmar efter träning [3,6]. Ett proteinsyntesoberoende minne uppstår också efter flera på varandra följande omgångar (massed conditioning-MC) av negativt förstärkt luktkonditionering [3]. Även om kallchockbehandling efter en enda konditioneringsomgång vanligtvis används för att sondera 3-h minne och MC-protokollet används för 24-h minnesbedömning, har det förmodade proteinsyntesoberoendet lett till dessa två minnestyper kallas ARM.

Trots bevis som tyder på att båda dessa operativt och temporärt distinkta minnestyper engagerar sig i vanliga eller liknande mekanismer [4,7,8], är det oklart om de återspeglar samma kognitiva utfall analyserade vid olika tidpunkter eller är distinkta minnestyper.

Medan köldchock och fem eller tio runda MC-protokoll används i stor utsträckning för att ta itu med frågor om ARM [3,4,7], korskontrolleras inte data som förvärvats med en träningsmetod vanligtvis med den andra. För att klargöra om minne med samma egenskaper bildas med båda metoderna, antog vi att om ARM är likvärdig eller samma som MC gav 24-h minne, skulle en kallchock som levereras 2 timmar efter träning ha en liknande effekt på båda. Denna uppfattning skulle dock inte stödjas om denna amnestiska behandling försämrar 24-h MC-minnet. För detta ändamål konditionerade vi vildtyp Drosophila för att associera en aversiv lukt med elektrisk fotchock genom att träna med fem MC-rundor. Vi utsatte dem för en enda köldchock före testning, eller 2 timmar efter träning. Vi har använt en femrunda MC [4] eftersom den i våra händer ger högre upplösning än mer intensiva protokoll som kan ge "takeffekter". Vi rapporterar att 2 timmar efter träning, fem-runda MC ger ett kallchockkänsligt minne och ARM.

2. Resultat
Konditionering utfördes med användning av det klassiska aversiva konditioneringsparadigmet som parar en aversiv lukt (betingad stimulus-CS+) med elektriska fotchocker (den obetingade stimulus-US), medan en andra lika aversiv lukt explicit oparad med fotchocken (CS-) fungerar som en kontroll [9]. Minnet omedelbart efter en konditioneringsrunda innehåller en ARM-komponent [5,10]. Den definierande korta kylchocken som vanligtvis används för att avslöja den icke-labila ARM-minneskomponenten 3 timmar efter en enda konditioneringsomgång [3,11], har inte applicerats efter fem omgångar av MC såvitt vi vet. Kallchock direkt efter en träningsrunda stör minnet totalt [11]. Denna omedelbara effekt kan dock inte åtgärdas i våra experiment eftersom tiden det tar att leverera fem träningsrundor oundvikligen leder till testning tjugo minuter efter första fotens chock/luktförening. Därför levereras köldchock i alla våra experiment vid de angivna tidpunkterna efter den sista träningsomgången.

Som visas i figur 1A är 8-minminnet efter fem omgångar av MC också till stor del labilt och stört av en kort köldchock. Oväntat resulterade en 2-min kallchock 2 timmar efter fem omgångar av MC i en signifikant minskning av 3-h minne (Figur 1B). Denna effekt är inte specifik för w 1118-stammen, eftersom en identisk minnesminskning upptäcktes i Canton S-flugor (Figur 1B). Därför ger minne som framkallas av fem omgångar av MC inte enbart ARM, utan snarare både köldchockkänsliga och köldchockokänsliga minneskomponenter. Därav följer att det konsoliderade minnet efter MC inte är detsamma som det efter en enda träningsrunda. Föga överraskande, med tanke på kinetiken för det proteinsynteskänsliga långtidsminnet (LTM) [3], fem omgångar av mellanrumskonditionering, ett paradigm där träningsomgångarna är åtskilda med femton minuter, vilket leder till LTM-bildning [2,3, 6], gav också en konsoliderad och en labil minneskomponent 3 timmar efter träning (Figur 1C). Detta tyder på att minnen som framkallats av både samlade och åtskilda konditionering är sammansatta av labila komponenter även 3 timmar efter träning. Det kvarvarande minnet av amnestisk behandling efter träning på avstånd är sannolikt ARM som tidigare föreslagits [3].

Är konsoliderade minnen 2 timmar efter konditionering efter en enstaka eller fem MC-rundor, likvärdiga eller proportionella mot träningsintensiteten? För att direkt jämföra minnesnivåerna tränade vi flugor med antingen en runda eller fem MC-rundor och administrerade kallchock 2 timmar senare. 3-h-minnet hos fem obehandlade MC-tränade djur skilde sig markant från det hos en-runda-tränade flugor (Figur 1D), vilket indikerar att den intensiva MC-träningen leder till ett mer robust tretimmarsminne. Men minnen som är motståndskraftiga mot kyla var inte signifikant annorlunda, vilket tyder på att den konsoliderade ARM-komponenten inte påverkas av träningsintensiteten. Ovanstående observationer var också uppenbara när det relativa icke-konsoliderade post-köldchock-minnet beräknades, vilket visade att även om det inte finns någon statistiskt signifikant skillnad mellan de två paradigmen, är det genomsnittliga absoluta värdet av minnesminskningen högre än det som gavs av de fem- runda MC (Figur 1E). Detta återspeglar sannolikt det förhöjda labila minnet som MC ger.

Vi antog att den köldchockkänsliga komponenten efter MC kan återspegla minneskonsolidering med långsam kinetik. Därför administrerades en förkylningschock 1 timme före 24-h minnesbedömningen efter MC för att undersöka minnesstabilitet vid denna tidpunkt. Denna förkylningschock påverkade inte minnet, eftersom prestandan inte skilde sig från liknande tränade flugor som inte utsatts för amnestisk behandling (Figur 2A). Detta resultat visar att MC-framkallat minne konsoliderades 23 timmar efter träning och verifierar att kallchockbehandling i allmänhet inte påverkar återkallelsen. Däremot resulterade en förkylningschock som gavs 2 timmar efter en MC i fem omgångar i signifikant minskat 24-h minne jämfört med det hos icke-förkylda chockade flugor eller djur som utsatts för amnestisk behandling 1 timme före testning (Figur 2B) . Därför inkluderar minnet framkallat av en fem-omgångs MC en signifikant labil komponent 2 timmar efter träning, som när den är blockerad återspeglas i komprometterat 24-h olfaktoriskt associativt minne. Sammantaget tyder dessa resultat starkt på att en MC med fem rundor ger en minnestyp som konsolideras långsamt och är labil vid 3 timmar, medan ARM inte är [3].

3. Diskussion

Massad conditioning (MC) i en negativt förstärkt luktkonditioneringsuppgift ger ett översättningsoberoende 24-h-minne. Sedan 1995, när protokollet rapporterades första gången, har det antagits att ett samlat konditionerings-avkastat minne är likvärdigt med 3- h minne framkallat av en enda konditioneringsomgång och avslöjats som motståndskraftigt mot en kall chock 2 timmar efter träning . Det 3-h ARM- och MC-framkallade 24-h-minnet är oberoende av proteinsyntes [2,3] och rapporteras engagera molekylära standardkomponenter [3,4,12]. Men till skillnad från ARM är fem-runds MC-framkallat minne inte resistent mot amnestisk behandling 2 timmar efter träning (Figur 1E). Dessutom eliminerar amnestisk behandling 2 timmar efter träning nästan 24-h minnet av händelsen, vilket ytterligare stöder uppfattningen att, till skillnad från ARM, är detta MC-framkallade minne inte konsoliderat vid den tiden.

Därför framkallar MC en distinkt typ av långsamt konsoliderande minne som förblir känsligt för den amnestiska kylchocken två timmar efter konditionering, till skillnad från det amnestiska resistenta minnet som finns två timmar efter en enda konditioneringsomgång. Vi hävdar därför att de två minnena är distinkta och att MC med fem rundor till synes inte bara ger ARM, utan också ett labilt minne. Vi föreslår termen proteinsyntesoberoende minne (PSIM) för det labila minnet som framkallas av MC-protokoll, och ARM för det köldchockbeständiga 3-h-minnet efter en enda träningsomgång för att särskilja dem. De samlade bevisen som presenteras här tyder starkt på att en träningsomgång framkallade ARM inte är likvärdig med minne som erhålls av fem omgångar och troligen tio omgångar av MC, vilket ger ARM och PSIM; därför bör termerna inte användas omväxlande

Även om flera gener och molekylära vägar har rapporterats fungera i ARM, kommer bevis som stöder deras inblandning till stor del från en av de två analyserna, antingen 3-h minne efter en köldchock (ARM) eller efter MC, med få testade i båda analyserna [4,7,13] avslöjade liknande defekter. Men för dessa och andra som har karakteriserats enbart via MC-protokoll har effekten av kallchock 2 timmar efter träning på 24-h-minnet inte bedömts, så det förblir en öppen fråga om defekter i dessa mutanter härrör från ARM- eller PSIM-komponenten. Arketypiska mutanter som rädisor med tydliga underskott i ARM [12,14] har inte utsatts för vår kunskap om amnestiska behandlingar efter MC, så deras rapporterade 24-h minnesbrist efter 10-omgång MC [3] , kan också ha ett PSIM-underskott. Dessutom skulle det vara intressant att undersöka om PSIM är påverkat eller parallellt med det labila minnet som äventyras i mutanter som amnesiac [15,16]. Vanliga molekylära komponenter i PSIM och andra labila minnestyper skulle antyda åtminstone delvis överlappande molekylära mekanismer, men kanske tillräckligt distinkta för att skilja de två processerna åt, en hypotes som för närvarande undersöks.

4. Material och metoder

4.1. Drosophila kultur och stammar

Kantoniserade w 1118 och Canton S vildtypsstammar odlades i vetemjöl-sockermat som tidigare beskrivits [4] och odlades i en 12 timmars natt/mörk cykel, vid 25 ◦C och 50 % luftfuktighet.

4.2. Beteendeexperiment

De 2–4-dagar gamla flugorna användes i alla experiment, som utfördes vid 25 ◦C och 55–65 % luftfuktighet under svagt rött ljus. Aversiv luktkonditionering använde 90 volt elektriska fotstötar som obetingade stimuli (US), parat med en av de motbjudande luktämnena 5 % bensaldehyd (BNZ) eller 50 % oktanol (OCT) utspädd i isopropylmyristat som betingade stimuli (CS). En träningscykel bestod av 12 CS/US-parningar på 1,25 s med ett 4-s interstimulusintervall, följt av 30 s vila innan den gav en annan lukt i frånvaro av chock. Endera lukten parades med chock, medan den andra fungerade som kontroll. Massad conditioning (MC) involverade fem på varandra följande träningscykler med 30 s mellan cyklerna. Träning på avstånd var identisk förutom att intervallet mellan cyklerna var 15 min. Kallchockbehandling administrerades som beskrivits tidigare [4] vid 1 min, 2 eller 23 timmar efter den sista träningsomgången, som anges i varje experiment. Minnestestning involverade samtidig presentation av båda lukterna i 90 s enligt beskrivningen [4]. För att beräkna ∆, skillnaden mellan labila och konsoliderade minnen, tränades två grupper av djur samtidigt med 1 träningsomgång, och hälften utsattes för köldchock medan de andra inte gjorde det. ∆ beräknades som prestationsskillnaden mellan samtidigt tränade obehandlade och köldchockade djur. En liknande metod användes för att beräkna ∆ för djur som tränats med 5 omgångar MC.

4.3. Dataanalys

Analys av rådata utfördes med programvaran JMP7 (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA). Statistiska jämförelser utfördes enligt beskrivningen i figurförklaringen. Jämförelse mellan två grupper utfördes med ANOVA och efterföljande LSM-planerade jämförelser eller, i fall av olika varianser mellan grupper, oparade parametriska Welchs t-test när varianserna i mätningarna var ojämna. Statistiska detaljer presenteras i tabell 1. Grafer skapades med programvaran GraphPad Prism 8.0.1 och visar medelvärden ± SEM.

Författarbidrag

Konceptualisering, AB och EMCS; metodik: AB och EMCS; formell analys: AB; skrift—original utkast förberedelse, AB; skriva – granskning och redigering: EMCS; handledning: EMCS Alla författare har läst och samtyckt till den publicerade versionen av manuskriptet.
Finansiering:

Denna forskning stöddes av ett anslag från Fondation Santé till EMCS.

Uttalande av institutionell granskningsnämnd:

Inte tillämpbar.

Informerat samtycke:

Inte tillämpbar.

Datatillgänglighetsförklaring:

All relevant data presenteras i detta manuskript.

Erkännanden:

Författarna vill tacka M. Loizou för teknisk hjälp, — Maroulakou för råd och Fondation Santé för stöd.

Intressekonflikt:

Författarna förklarar ingen intressekonflikt.

Referenser

1. Alberini, C.; Milekic, M.; Tronel, S. Mekanismer för minnesstabilisering och destabilisering. Cell Mol. Life Sci. 2006, 63, 999–1008. [CrossRef] [PubMed]

2. DeZazzo, J.; Tully, T. Dissektion av minnesbildning: Från beteendefarmakologi till molekylär genetik. Trender Neurosci. 1995, 18, 212–218. [CrossRef]

3. Tully, T.; Preat, T.; Boynton, SC; Del Vecchio, M. Genetisk dissektion av konsoliderat minne i Drosophila. Cell 1994, 79, 35–47. [CrossRef]

4. Kotoula, V.; Moressis, A.; Semelidou, O.; Skoulakis, EMC Drk-medierad signalering till Rho-kinas krävs för anestesiresistent minne i Drosophila. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2017, 114, 10984–10989. [CrossRef] [PubMed]

5. Bouzaiane, E.; Trannoy, S.; Scheunemann, L.; Placais, PY; Preat, T. Två oberoende svampkroppsutgångskretsar hämtar de sex diskreta komponenterna i Drosophilas aversiva minne. 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-svamp kroppskrets som modulerar bildandet av anestesi-resistent minne i Drosophila. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2011, 108, 13794–13799. [CrossRef] [PubMed]

8. Noyes, N.; Walkinshaw, E.; Davis, R. Ras fungerar som en molekylär switch mellan två former av konsoliderat minne i Drosophila. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2020, 117, 2133–2139. [CrossRef] [PubMed]

9. Tully, T.; Quinn, W. Klassisk konditionering och retention i normala och muterade Drosophila melanogaster. J. Comp. Physiol. 1985, 157, 263-277. [CrossRef] [PubMed]

10. Knapek, S.; Sigrist, S.; Tanimoto, H. Bruchpilot, ett synaptiskt aktivt zonprotein för anestesiresistent minne. J. Neurosci. 2011, 31, 3453–3458. [CrossRef] [PubMed]

11. Quinn, WG; Dudai, Y. Minnesfaser i Drosophila. Naturen 1976, 262, 576–577. [CrossRef] [PubMed]

12. Folkers, E.; Waddell, S.; Quinn, WG Drosophila-rädisgenen kodar för ett protein som krävs för anestesiresistent minne. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006, 103, 17496–17500. [CrossRef] [PubMed]

13. Drago, I.; Davis, RL Inhibering av Mitokondriell Calcium Uniporter under utveckling försämrar minnet hos vuxna Drosophila. Cell Rep. 2016, 16, 2763–2776. [CrossRef] [PubMed]

14. Folkers, E.; Drain, P.; Quinn, WG Rädisa, en Drosophila-mutant som saknar konsoliderat minne. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1993, 90, 8123–8127. [CrossRef] [PubMed]

15. Turrel, O.; Goguel, V.; Preat, T. Amnesiac krävs i den vuxna svampkroppen för minnesbildning. J. Neurosci. 2018, 38, 9202–9214. [CrossRef] [PubMed]

16. Waddell, S.; Armstrong, JD; Kitamoto, T.; Kaiser, K.; Quinn, WG Den minnesförlust genprodukten uttrycks i två neuroner i Drosophila-hjärnan som är kritiska för minnet. Cell 2000, 103, 805–813. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com