Immunohistochemische Visualisatie van hippocampus Neuron activiteit na Ruimtelijke Leren in een muismodel van Neurodevelopmental Disorders

Neurologische stoornissen omvatten een grote en heterogene groep van aandoeningen zoals het syndroom van Down, fragiele X syndroom (FXS), Rett syndroom, neurofibromatosis, tubereuze sclerose en ASD, waarin de ontwikkeling en rijping van het centrale zenuwstelsel (CNS) vroeg wordt verstoord tijdens de prenatale periode ^1. Deze ontwikkelingsstoornissen hersenen dysfuncties kunnen ingrijpende, levenslange effecten op de motorische functie, taal, leren en geheugen proces veroorzaken. Een grote verscheidenheid van genetische en omgevingsfactoren zijn betrokken bij de pathogenese van neurologische stoornissen in de afgelopen jaren ^2,3. Hoewel de moleculaire mechanismen waardoor klinisch fenotype nog steeds onbekend zijn bovengenoemde bevindingen kunnen ontwikkelen verschillende muismodellen van deze aandoeningen. Leer- en geheugenstoornissen zijn geïdentificeerd in een aantal van deze muizenmodellen als Tsc1 ^+/-, TSC2 ^+/-,NF1 ^+/- en En2 ^{– / –} muizen ^2,4-7. Een belangrijke uitdaging op het gebied van neurologische ontwikkelingsstoornissen is de identificatie van cellulaire en moleculaire processen die het geheugen en het leren dysfunctie. Geselecteerde signaalwegen tijdens het leren of het geheugen geactiveerd kan de transcriptie van specifieke genen induceren en uiteindelijk leiden tot de novo eiwitsynthese. Direct-vroege genen (IEG 's) activering en proteïne-synaptische veranderingen snel geïnduceerd in de hersenen neuronen in reactie op neuronale activiteit en gedragstraining ^8,9.

Tekortkomingen in signaleringspaden, die bij neurofibromin zijn geassocieerd met leerstoornissen in ontwikkelingsstoornissen. Neurofibromin is het product van de NF1 gen, waarvan de mutatie veroorzaakt neurofibromatose type 1, een complexe genetische syndroom gekenmerkt door tumoren van het zenuwstelsel, gedrags- en motorische vertragingen en cognitieve disalijkheden ^10. Muizen heterozygoot voor Nf1 verwijdering beperkt tot remmende neuronen tonen tekorten in de vroege fase van langetermijnpotentiëring (LTP), evenals het gedrang ruimtelijke leren in MWM ^5,11,12. Interessant Nf1 deficiëntie in dit muismodel leidt tot een te activatie van Ras signaling in remmende interneuronen tijdens het leren, wat resulteert in verhoogde ERK fosforylatie en uiteindelijk in een abnormale verhoging van GABA afgifte van deze neuronen ^5.

Op basis van deze bevindingen is de visualisatie van de neuronale activiteit na gedragstaken een middel is om specifieke circuits betrokken bij neurologische ziekten reconstrueren. De immunohistochemie protocol hier beschreven is bedoeld om te beoordelen en te kwantificeren hippocampus ERK fosforylering niveaus na MWM in een ASD muismodel met cognitieve tekorten. MWM wordt op grote schaal gebruikt om de hippocampus afhankelijk ruimtelijk leren en geheugen bij knaagdieren ^13,14 onderzoeken </sup>. We besluiten ERK fosforylatie als moleculaire uitlezen van task-afhankelijke hippocampus leren, aangezien ERK werd aangetoond dat het een essentiële rol bij leren en geheugenvorming ¹⁵ hebben. Bovendien is de ERK-route noodzakelijk ervaringsafhankelijke plasticiteit in de ontwikkelende visuele cortex ^16. Tenslotte, muizen die één van de beide ERK isovormen (ERK2) in het CNS vertonen opmerkelijke afwijkingen in cognitieve, emotionele en sociale gedrag ^17, wat aangeeft dat ERK signalerende een cruciale rol kan spelen bij de pathogenese van neurologische aandoeningen zoals ASS.

We gebruikten Engrailed 2 knockout (En2 ^{– / -)} muizen als een model van neurologische aandoeningen. En2 ^{– / –} muizen tonen anatomische en gedragsproblemen "ASD-achtige" functies, waaronder het verlies van voorhersenen interneuronen ^18, verminderde expressie van ASD-gerelateerde genen ^19, verminderde gezelligheid, en verminderde cognitieve flexibiliteit ^6,7,20. Ruimtelijke Learning en geheugenstoornissen, zoals gedetecteerd MWM, bijzonder robuust En2 ^{– / –} muizen en ^6,7 kan de cognitieve stoornissen waargenomen bij patiënten ASS ²¹ relevant zijn. Verder toonden we aan dat een verminderde ruimtelijke leren in MWM wordt geassocieerd met een verminderde neurofibromin expressie en verhoogde pERK niveaus in de hilus van En2 ^{– / –} volwassen muizen ^7. Hier presenteren we de gedetailleerde protocol voor de immunohistochemische karakterisering van pERK volgende MWM in dit ASD muismodel.