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.2011年6月29日12:63。
doi:10.186/1471-2202-12-63。

老年小鼠大脑皮层基因转录对水迷宫训练的反应模式

Sung-Soo公园 1, 亚历克西斯·M·斯特拉纳汉, 韦恩·查德威克, 于舟, 王丽云, 布朗文·马丁, 凯文·贝克尔, 斯图亚特·莫兹利
附属公司

老年小鼠大脑皮层基因转录对水迷宫训练的反应模式

Sung-Soo公园等。 BMC神经科学. .

摘要

背景：海马体介导空间记忆的获取，但记忆痕迹最终会转移到皮层。我们通过分析水迷宫训练后的基因表达，研究了老年小鼠大脑皮层中与认知功能相关的通路的转录激活。

结果：我们发现，相对于家庭笼子条件，在探针试验或重复游泳过程中，具有准确空间表现的老年小鼠中，存在差异反应的基因。与游泳者相比，有效的学习者表现出对几种途径的显著更大激活，例如丝裂原活化蛋白激酶和胰岛素受体信号途径。与游泳运动员和家庭笼子对照组相比，熟练学习者中编码活动相关细胞骨架蛋白（Arc）和脑源性神经营养因子（BDNF）的基因上调，而编码Rho GTPase激活蛋白32（GRIT）的基因下调。我们使用原位杂交在更详细的形态学细节中探索了Arc、BDNF和GRIT表达的调控。在探测试验期间，回想增强了水迷宫学习认知成分所涉及的多个皮层区域的Arc表达，而BDNF的表达在水迷宫训练的联想和感觉运动方面所涉及的皮层区域中更为均匀地上调。相反，GRIT的表达水平在所有被检查的皮层区域都均匀降低。

结论：这些结果表明，在表现出行为能力的老年小鼠中，皮层基因转录对学习有反应，并支持跨多个皮层区室的记忆存储的分布式假设。

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数字

图1
图1
学习者和游泳运动员在水迷宫中的行为表现. (A类)游泳运动员和学习者都通过反复接触迷宫来缩短游泳距离。(B类)，虽然学习者通过反复训练更快地找到平台，但游泳运动员在迷宫中没有平台的情况下游泳一分钟。(C类)，对于学会寻找隐藏平台的小鼠来说，游泳速度相当恒定，但对于在迷宫中没有平台的小鼠，游泳速度会降低。(D类)，在探针试验期间，经过训练寻找隐藏平台的小鼠对目标位置表现出空间偏见，而在没有平台的情况下游泳的小鼠则不表现出空间偏向。缩写：Rt-Adj，右相邻象限；L Adj，左相邻象限；Opp，对面象限。
图2
图2
学习和游泳招募不同的基因表达谱. (A类)遗传热图图显示，与笼子里久坐的动物相比，皮质基因通过学习或游泳协议进行调节。红色表示上调，而绿色表示下调。(B类)维恩图显示了在学习和游泳协议之后，老年小鼠皮层中表达的特定转录物。学习诱导转录物代表学习和游泳后表达的基因子集。这表明皮层基因表达将学习相关基因划分为生理激活和唤醒相关基因。(C类)，学习与游泳方案分析的个体基因z比率的数据图。观察到指示相对基因调控双向的Z比率。
图3
图3
基因转录谱揭示了老年小鼠皮层中学习和游泳调节的功能类别. (A类)在20个月大的雄性C57Bl/6小鼠中，通过学习和游泳进行差异调节的转录物类别。与学习有关的信号通路，如有丝分裂原激活的蛋白激酶信号级联，在这些转录物中很突出。(B类)学习和游泳后激活了功能通路。这些途径是通过使用京都基因和基因组百科全书（KEGG）数据库进行分析得出的。(A类)《灵巧路径分析》（Ingenuity Pathway Analysis）不偏不倚地将学习者的成绩单归类为主要与神经系统发育相关，而学习者上调了成绩单。(B类)与游泳运动员相比，来自学习者下调基因的网络主要与细胞死亡有关。
图4
图4
老年小鼠学习后皮层Arc的表达模式. (A类)，代表性热图，显示了在学习、游泳或家笼条件下，Arc mRNA在衰老小鼠大脑中的表达分布。(B类)密度分析显示，学习增加了Arc在前扣带回皮层（AC）、听觉皮层（Au）、内嗅皮层（Ent）、体感皮层（Ss）、脾后皮层（Rs）和视觉皮层（Vis）的表达。学习后唯一没有显示Arc表达增加的皮层区域是运动皮层（M）。星号（*）表示采用Tukey’s post-hoc进行单因素方差分析后，在p<0.05时具有显著性。中使用的缩写(A类)与中使用的相同(B类)和(C类); 有关皮质解剖取样的详细说明，请参见材料和方法。(C类)与感觉运动区相比，在家中笼子条件下以及在迷宫中没有目标的情况下游泳后，关联皮层的Arc mRNA水平较低。学习后，这种差异不再显著，表明大脑皮层网络活动模式发生了变化。
图5
图5
老年小鼠学习后皮层BDNF表达的均匀上调. (A类)，典型的热图显示了学习、游泳或家庭笼子条件下老年小鼠大脑中BDNF mRNA的表达模式。(B类)密度分析显示，学习增强了BDNF在前扣带回皮层（AC）、听觉皮层（Au）、内嗅皮层（Ent）、运动皮层（M）、体感皮层（Ss）、脾后皮层（Rs）和视觉皮层（Vis）的表达。星号（*）表示采用Tukey’s post-hoc进行单因素方差分析后，在p<0.05时具有显著性。中使用的缩写(A类)与中使用的相同(B类)和(C类); 有关皮质解剖取样的详细说明，请参见材料和方法。(C类)BDNF mRNA的水平在水迷宫训练的联想和感觉运动方面涉及的区域之间具有可比性。
图6
图6
老年小鼠学习后皮层GRIT表达的广泛下调. (A类)，代表性热图显示了学习、游泳或家庭笼子条件下老年小鼠大脑中GRIT mRNA表达的分布。(B类)密度分析显示，学习抑制GRIT在所有检查的皮层区域的表达，包括前扣带回（AC）、听觉皮层（Au）、内嗅皮层（Ent）、运动皮层（M）、体感皮层（Ss）、脾后皮层（Rs）和视觉皮层（Vis）。星号（*）表示采用Tukey’s post-hoc进行单因素方差分析后，在p<0.05时具有显著性。中使用的缩写(A类)与中使用的相同(B类)和(C类); 有关皮质解剖取样的详细说明，请参见材料和方法。(C类)GRIT mRNA水平在学习后降低，与水迷宫学习的联想和感觉运动相关的皮层区域的GRIT mRNA水平相似。
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