Immunhistochemische Visualisierung von Hippocampus-Aktivität nach Spatial Learning in einem Mausmodell für neurologische Entwicklungsstörungen

Neurologische Entwicklungsstörungen umfassen eine große und heterogene Gruppe von Erkrankungen wie das Down-Syndrom, fragile X-Syndrom (FXS), Rett-Syndrom, Neurofibromatose, tuberöser Sklerose und ASD, in dem die Entwicklung und Reifung des zentralen Nervensystems (ZNS) wird früh während gestört der pränatalen Phase ^1. Diese Entwicklungsfunktionsstörungen des Gehirns können tiefe, lebenslange Auswirkungen auf die Motorik, Sprache, Lernen und Gedächtnis-Prozess führen. Eine Vielzahl von genetischen und Umweltfaktoren bei der Pathogenese von Störungen der neurologischen Entwicklung während der letzten Jahre ^2,3 gebracht. Auch wenn die molekularen Mechanismen, die klinische Phänotyp zugrunde liegenden unbekannt bleiben, haben die oben genannten Erkenntnisse die Entwicklung von mehreren Mausmodellen dieser Erkrankungen erlaubt. Lern- und Gedächtnisdefizite in einer Reihe dieser Mausmodelle wie Tsc1 ^+/-, Tsc2 ^+/- identifiziert worden ist,Nf1 ^+/- und En2 ^{​​- / –} Mäusen ^2,4-7. Eine wichtige Herausforderung auf dem Gebiet der Neuroentwicklungsstörungen ist die Identifizierung von zellulären und molekularen Prozesse zugrunde liegenden Speicher und Lernstörungen. Ausgewählte Signalwege während der Lern- oder Speicher aktiviert die Transkription bestimmter Gene zu induzieren und schließlich zur de novo Proteinsynthese führen. Immediate-Early-Gene (IEGs) Aktivierung und Protein-abhängige synaptische Modifikationen schnell in Gehirnneuronen als Reaktion auf neuronale Aktivität und Verhaltenstraining ^8,9 induziert.

Defizite in der Signalwege mit neurofibromin haben mit dem Lernen in neurologische Entwicklungsstörungen beeinträchtigt Verbindung gebracht. Neurofibromin ist das Produkt aus dem NF1-Gen, dessen Mutation Neurofibromatose Typ 1, einem komplexen genetischen Syndrom mit Tumoren des Nervensystems, Verhaltens- und Motor verzögert und kognitive disakeiten ^10. Mäuse heterozygot für Nf1 Löschung zu hemmenden Nervenzellen beschränkt Defizite in der Frühphase der Langzeit-Potenzierung (LTP) sowie kompromittiert räumlichen Lernen in MWM ^5,11,12. Interessanterweise Nf1 Mangel in diesem Mausmodell führt zu einer Überaktivierung des Ras-Signalisierung in hemmenden Inter während des Lernens, was zu erhöhten ERK-Phosphorylierung und schließlich in einer abnormalen Steigerung der GABA-Freisetzung aus diesen Neuronen ^5.

Aufbauend auf diesen Erkenntnissen, die Visualisierung der neuronalen Aktivität nach Verhaltens Aufgaben stellt eine Möglichkeit, bestimmte Schaltungen in der Entwicklung des Nervenerkrankungen beteiligt rekonstruieren. Die hier beschriebene Immunhistochemie Protokoll zielt darauf ab, zu bewerten und zu quantifizieren Hippocampus ERK Phosphorylierung folgenden MWM in einem ASD Mausmodell mit kognitiven Defiziten. MWM wird häufig zur hippocampalen abhängigen räumlichen Lernen und Gedächtnis bei Nagetieren ^13,14 untersuchen </sup>. Wir entscheiden uns, ERK-Phosphorylierung als Molekular Auslesen aufgabenabhängige hippocampalen Lernen verwenden, da ERK wurde gezeigt, dass eine wesentliche Rolle bei Lern- und Gedächtnisbildung ¹⁵ haben. Darüber hinaus ist die ERK Weg für erfahrungsabhängige Plastizität im Entwicklungs Sehrinde ¹⁶ notwendig. Schließlich Mäusen fehlt einer der beiden ERK Isoformen (ERK2) im ZNS zeigen deutliche Anomalien in kognitiven, emotionalen und sozialen Verhaltensweisen, ^17, die anzeigt, dass ERK-Signal könnte eine entscheidende Rolle in der Pathogenese der Neuroentwicklungsstörungen wie ASD zu spielen.

Wir verwendeten Engrailed 2 knockout (En2 ^{– / -)} Mäusen als Modell für neurologische Entwicklungsstörungen. En2 ^{– / –} Mäuse zeigen anatomische und Verhaltens "ASD-like" Funktionen, einschließlich Verlust von Vorderhirn Inter ^18, verminderte Expression von ASD-verwandte Gene ^19, verringert Geselligkeit und Beeinträchtigung der kognitiven Flexibilität ^6,7,20. Spatial learning und Gedächtnisstörungen, wie sie in der MWM erkannt, sind in En2 besonders robust ^{– / –} Mäusen ^6,7 und möglicherweise relevant für die ASD-Patienten in ²¹ beobachteten kognitiven Beeinträchtigungen werden. Darüber hinaus haben wir gezeigt, dass eine beeinträchtigte räumliche Lernen in MWM mit reduzierten neurofibromin Expression und erhöhter pERK Spiegel im Hilus En2 ^{– / –} erwachsenen Mäusen ^7. Hier präsentieren wir die detaillierte Protokoll für die immunhistochemischen Charakterisierung pERK folgenden MWM in diesem ASD-Mausmodell.