PLOJ Unu. 2013 Nov 25; 8 (11): e81245. doi: 10.1371 / journal.pone.0081245.
Nishijima T, Kawakami M, Kita I.
fonto
Laboratorio de Konduta Fiziologio, Diplomiĝinta Lernejo de Homaj Sanaj Sciencoj, Tokyo Metropolitan University, Tokio, Japanio.
abstrakta
Fizika ekzercado plibonigas multoblajn aspektojn de hipokampa funkcio. Laŭ la nocio ke neŭrala agado estas ŝlosilo por antaŭenigi neŭronajn funkciojn, antaŭa literaturo konstante montris, ke akraj ekzercoj elvokas neŭtralan aktivadon en la hipokampo. Ripetantaj aktivigaj stimuloj kondukas al akumuliĝo de la transkripciebla faktoro BFosB, kiu intertempas longdaŭran neŭralan plasticecon.
En ĉi tiu studo, ni provis la hipotezon, ke longdaŭra libervola rado kurante induktas esprimon de BFosB en la hipokampo, kaj ekzamenis eventualajn region-specifajn efikojn ene de la hipokampaj subkampoj laŭ la dorso-ventra akso. Masklaj C57BL / 6 musoj estis loĝigitaj kun aŭ sen rula rado por 4 semajnoj. Longdaŭra rado funkciigante signife pliigis FosB / osFosB-imunitorecon en ĉiuj hipokampaj regionoj mezuritaj (te en la DG, CA1, kaj CA3-subkampoj de la dorsa kaj ventra hipokampo). Rezultoj konfirmis, ke rado funkciigis regionan specifan esprimon de imunoreactividad de FosB / BFosB en la kortekso, sugestante ke la unuforma pliigo de FosB / ΔFosB ene de la hipokampo ne estas ne-specifa konsekvenco de kurado. La datumoj de okcidenta maketo montris, ke la pliigita imunoreactividad FosB / BFosB de la hipocampo estis ĉefe pro pliigita ΔFosB. Ĉi tiuj rezultoj sugestas, ke longdaŭra fizika ekzercado estas potenca ellasilo por throughoutFosB-indukto tra la tuta hipokampo, kio klarigus kial ekzercado povas plibonigi kaj dorsajn kaj ventrajjn hipocampajn funkciojn. Interese, ni trovis, ke la esprimo de FosB / osFosB en la DG estis pozitive korelaciita kun la nombro de duoblecortin-imunorreactaj (te nematuraj) neŭronoj.
Kvankam la meanismoj, per kiuj BFosB estas mezuma de la ekzercado-induktita neŭrogenezo, estas ankoraŭ malcertaj, ĉi tiuj datumoj implicas, ke ekzerc-induktita neŭrogenezo estas almenaŭ aktiva. Kune, niaj nunaj rezultoj sugestas, ke ΔFosB estas nova molekula celo implikita en regulado de ekzerc-induktita hipokampa plasticeco.
Enkonduko
Ekzerco donas diversajn avantaĝojn al molekulaj, strukturaj kaj funkciaj aspektoj de la hipokampo ĉe ronĝuloj1,2], iuj el kiuj estis subtenitaj de homaj studoj [3,4]. Tamen, la mekanismoj, kiuj subtenas la ŝanĝojn en la ekzercado en hipokampa plasticeco, ne sufiĉe komprenas. Antaŭa literaturo konstante pruvis, ke ekzercado elvokas hipokampan neŭranan aktivigon ĉe ronĝuloj. Studoj inmunohistoquímicos kiu uzas c-Fos, markilo de aktivigo neuronal transitiva, ili pruvis ke tiel la forto kiel la voluntaria pliigis la esprimon de c-Fos en la subcampos dentados (DG), CA1 kaj CA3 de la hipocampo roedor.5-7]. Krome, antaŭa studo uzanta flu-dopplersan fluframon (LDF) montris, ke malgrava tapiŝo funkcias per pli granda regiona cerba sango (rCBF), alternativa markilo de neŭrala aktivigo en la subkampo CA1 en rato.8]. Studoj inmunohistoquímicos permesas la detalajn analizon de specifaj regionoj post kiam la ekzerco ĉesis, dum kiu LDF permesas la monitoreo en reala tempo de rCBF en areo lokalizita dum la ekzerco. Malgraŭ la avantaĝoj kaj limoj de ĉiu studo, tiuj studoj simile montris efikon de akraj ekzercoj pri hipokampa neŭrala agado. Ĉi tiuj rezultoj sugestas mekanismon per kiu longdaŭra regula ekzerco antaŭenigas hipokampan plasticecon per multfoje ekfunkciigado de neurona aktivigo [9].
La transkripcieja faktoro ,FosB, senpunkta kunligita izoformo de kompleta FosB, estas induktita per diversaj specoj de ripetaj stimuloj en specifaj cerbaj regionoj, kie ĝi iom post iom akumuliĝas pro sia unika stabileco (duoniĝtempa semajno) [10-12]. Kreskanta aro da pruvoj montras, ke pliigitaj niveloj de BFosB trapasas longdaŭran neŭran kaj kondutan plasticecon asociitan kun apartaj stimuloj.11,13]. Ekzemple, kronika administrado de medikamentoj de misuzo kiel kokaino kaj morfino ofte pliigas la esprimon de ΔFosB en la kerno accumbens, reprezentante unu el la molekulaj mekanismoj sub kiuj kreskas la sentiveco al ĉi tiuj medikamentoj. [11,14,15]. Similarly kun aliaj rekompencoj stimuloj, inkluzive de alta grasa dieto kaj seksa sperto [16,17], lOng-terma volontula rado ankaŭ pliigis imunoreactivon FosB / ΔFosB en kerno de ratoj accumbens, sugestante, ke libervola kurado estas natura rekompenco por ronĝuloj. [18,19]. Tamen, laŭ nia scio, neniu literaturo ekzamenis ĉu ripetata ekspozicio al fizika ekzercado induktas esprimon de BFosB en la hipokampo. Ĉar ekzercado provokas neŭronan aktivigon en la hipokampo, ni supozis, ke longdaŭra volontula rulaĵo ankaŭ induktus esprimon de BFosB en la hipokampo. Dum la ĝustaj me byanismoj per kiuj osFosB reguligas hipokampan plasticecon restas necertaj, studoj montris, ke musoj ne havas la fosB geno montras difektitan hipokampan neŭrogenezon kaj pliigitan similan konduton al depresio [20,21]. Mindeed, ekzerco scias, ke ĝi plibonigas neŭrogenezon kaj havas antidepresiajn ecojn [22-25]. Mif nia hipotezo estas ĝusta, ΔFosB estus nova potenciala molekula celo mediacianta ekzercan induktitan hipokampan plasticecon.
La hipokampo havas anatomian kaj funkcian gradecon laŭ ĝia akso longitudinal (dorso-ventra)26]. La dorsa hipokampo ludas ŝlosilan rolon en spaca lernado kaj memoro [27,28], dum la ventra hipokampo preferas impliki en regulado de emociaj kondutoj [29,30]. Plue, studoj montris, ke fiziologiaj stimuloj induktas malsamajn padronojn de esprimo c-Fos en la dorsaj kaj ventraj partoj de la hipokampo [31-33]. Ĉar ekzercado plibonigas ambaŭ dorsojn [34-37] kaj ventraj dependaj funkcioj de hipokampo []24,25,38], estas grave ekzameni ĉu longdaŭra libervola kurado kaŭzas region-specifan esprimon de BFosB en la hipokampo.
La ĉefa hipotezo de ĉi tiu studo estis, ke longdaŭra libervola rado kurante induktus esprimon de BFosB en la muskipa hipokampo. Ĉi tiu hipotezo estis esplorita de FosB / ΔFosB-imunohistoquímica en la dorsaj kaj ventraj hipokampaj subkampoj, DG, CA1, kaj CA3, kun ekstra emfazo por identigi region-specifan indukton. Rezultoj estis konfirmitaj per okcidenta pasinta blotado, kiu estis uzita por identigi la izoformon de fosB genaj produktoj induktitaj en la hipokampo. Ni ankaŭ ekzamenis la kortegon por indukta regiono-specifa FosB / BFosB por forĵeti la eblon, ke longdaŭra ekzerco ne specife pliigis imunoreactivon FosB / ΔFosB en la cerbo. Fine, la korelativa asocio inter esprimo de FosB / osFosB kaj neŭrogenezo estis esplorita kiel la unua paŝo por serĉi la funkciajn implicojn de indukto de -FosB per ekzerco en regulado de hipokampa plasticeco.
Materialoj kaj metodoj
1: Bestoj kaj etika deklaro
Dudek viraj C57BL / 6-musoj (8-aĝaj semajnoj) estis aĉetitaj de komerca bredisto (SLC, Shizuoka, Japanio). Dek musoj estis uzataj por la eksperimento 1, kaj la aliaj dek por la eksperimento 2. Musoj estis enhavataj sub temperaturo kontrolita de temperaturo (22-24 ° C) kaj malpezaj (12 / 12-h malpezaj / malhelaj cikloj, malpezaj ĉe 0500), kaj estis provizitaj manĝaĵo kaj akvo. ad libitum. Ĉiuj eksperimentaj proceduroj estis aprobitaj de la Komitato pri Eksperimenta Besto de la Metropolitena Universitato de Tokio.
En ĉiu eksperimento, sur alveno, musoj estis hazarde asignitaj al aŭ rega grupo (Kontrolo, n = 5) aŭ kuranta grupo (Kuristo, n = 5). Dum la unua semajno, ĉiuj musoj estis enhavitaj en normaj plastaj kaĝoj en grupoj (5-musoj / kaĝo) por komenca klimato. Tiam, Kuristoj musoj estis kopiitaj al kaĝo ekipita kun kurado rado (ENV-046, Med Asociulo Inc., Kartvelio, VT, Usono). Ĉar oni scias, ke socia izoliteco subpremas neurogenesis en ekzercado en la hipokampo [39], Koridoraj musoj estis loĝigitaj kiel grupo (5-musoj / kaĝo) por pliaj 4 semajnoj. La nombro de rotaj rotacioj estis registrita ĉiun matenon kaj korpa pezo (g) estis mezurita ĉiusemajne.
2: Eksperimento 1. Ekzameno inmunohistoquímico de la esprimo de FosB / ΔFosB kaj la neurogénesis de la hipocampo
2.1: Perfuzo kaj histo
Matene (0900-1100) post la lasta tago de la kuranta periodo, la musoj estis profunde anestezitaj kun pentobarbital-natrio kaj trans-transfuzitaj kun malvarma salo. La cerbo estis rapide forigita kaj post-fiksita en 4% paraformaldehido en 0.1 M fosfata kalibraj salajro (PBS, pH 7.4) subite. La cerbo estis tiam krioprotektita en 30% sakarozo en PBS kaj frostigita ĝis plua prilaborado. Koronaj cerbaj sekcioj (40 μm) de hemisfero estis akiritaj uzante frostan mikrotomon kaj kolektitajn en PBS kun 0.01% natrita azido.
2.2: Immunohistochemistry
Unu-je-ses serioj de sekcioj estis hazarde selektitaj por FosB / ΔFosB-imunuktado. Apuda serio estis uzita por etikedi duoblecortin (DCX), markilon de nematuraj neŭronoj validigitaj por taksado de neŭrogenezo [40,41]. Post provado de endogena peroksidaza agado kun 1% H2O2 en PBS, liber-flosantaj sekcioj estis antaŭkombinitaj kun blokado solvo enhavanta 10% normala ĉevalaj serumo en PBS por 2 h. Sekvante resbojn en PBS, sekcioj estis kovataj per kuniklaj poliklonaj pano-FosB-antikorpoj (1: 1000, sc-48, Santa Cruz Biotechnology, Dallas, Tx, Usono) diluita en PBS kun 0.5% Triton X-100 kaj 0.5% BSA (PBST) -BSA) por 24 h ĉe 4 ° C. Alia serio de sekcioj estis kovataj de kaprola policlonal anti-DCX-antikorpon (1: 500, sc-8066, Santa Cruz) en PBST-BSA por 48 h ĉe 4 ° C. La sekcioj estis ankoraŭ kovataj de taŭga biotinila malĉefa antikorpo (anti-kunikla IgG, 1, AP1000B; kontraŭ-kapra IgG, 182: 1, AP1000B, ambaŭ antikorpoj de EMD Millipore, Billerica, MA, Usono) en PBST-BSA. por 180 h ĉe ĉambra temperaturo. La sekcioj tiam estis traktitaj kun avidin-biotin-peroksidasa komplekso (Vectastain ABC-peroksidaza ilaro, Vector Laboratories Inc, Burlingame, CA, Usono) por 2-min laŭ la instrukcioj de la fabrikanto. La antígenos estis fine visualizados kun 90% 0.02-diaminobenzidina (DAB) en 3,3 M Tris-HCl (pH 0.1) kiu enhavas 7.6% H2O2. Por FosB / Δ FosB-imunuktado, la reago intensiĝis per nikela amonia sulfato. Por DCX-makulado, ĉelkernoj estis rebatitaj per Nissl-makulado. Sekcioj estis muntitaj sur ĝelatin-tegitajn diapozitivojn kaj kovrilojn estis metitaj.
2.3: Kvantaĵo de FosB / Δ FosB-imunoreateco uzanta bildan sojlon
La pan-FosB-antikorpo uzata en ĉi tiu studo estis farita kontraŭ interna regiono kunigita de FosB kaj ΔFosB-N-fina regiono, tiel ke ne povas diskriminacii inter la du izoformoj. Tial, la imunuĉaj strukturoj estis priskribitaj kiel FosB / ΔFosB-imunoreaŭta (FosB / ΔFosB-ir) kernoj. Por neatingebla blinda kvantoro, diapozitivoj estis koditaj antaŭ analizo. La muskola atlaso [42] uzata por identigi lokon de la sekvaj regionoj (ROI): granula ĉela tavolo (GCL) de DG (sekcioj 3), piramida ĉela tavolo de CA1 (sekcioj 3) kaj CA3 (sekcioj 2-3) en la dorspokopio (fermita al -2.2 mm de la bregma); DG (2-sekcioj), CA1 (2-sekcioj), kaj CA3 (2-sekcioj) en la ventra hipokampo (fermita al -3.4 mm de la bregmo) (figuro 4, maldekstre). La kaŭdaj sekcioj enhavas kaj la dorsajn kaj ventrajn partojn de la hipokampo, sed la ventra parto estis celita. En la DG, la klingoj suprapiramidaj (DGsp) kaj infrapiramidaj (DGip) estis analizitaj aparte. Motoro kortekso (2-3-sekcioj, fermita al -0.6 mm de la bregmo), somatosensoria barela kortekso (sekcioj 2-3, fermita al -0.6 mm de la bregma), vida kortekso (3-sekcioj, fermita al -2.9 mm de la bregma), aŭda kortekso (3-sekcioj, fermita al -2.9 mm de la bregma), kaj olfakta ampolo (3-sekcioj, fermitaj al + 4.3 mm de la bregma) ankaŭ estis analizitaj (figuro 6, maldekstre).
Ciferecaj bildoj (2070 × 1548-bilderoj) de ĉiu ROI estis uzataj per optika mikroskopo (BX-51, Olympus, Tokio, Japanio) ekipita per CCD-fotilo (DP-73, Olympus) kaj bildaraj programoj (cellSens, Olympus). objektiva larĝa larĝo estis 10 × por hipokampaj ROI kaj 4 × por kortikaj ROI. Por identigi moderan-al-fortan FosB / ΔFosB-imunitoreconFiguro 1D-G), uzante plurajn sekciojn anticipe, ambaŭ valoraj akiraj agordoj (luma intenseco, grandeco de kampa halto, ekspozicia tempo kaj blanka ekvilibro) kaj sojlaj niveloj por ĉiu el la RGB-komponantoj estis optimumigitaj por hipokampaj kaj kortikaj ROI. La sekva analizo tiam estis farita sub la optimumigitaj kondiĉoj (1). ROI estis selektita de neregule formita plurlatero (Figuro 1A, B) (2). La bildo estis sojlo, kiu konvertis la nukleojn FosB / ΔFosB-ir al ruĝa koloro (Figuro 1C-G) (3). La% ROI tiam estis aŭtomate kalkulita jene:% ROI = (transformita areo (ruĝa) / tuta ROI-areo) × 100.
Por validigi ĉi tiun bildan analizan sojlon, 20-regionoj estis elektitaj hazarde el diversaj cerbaj areoj kun malsamaj regionaj grandoj. Aldone al la bilda sojliga kvantoro, la nombro de FosB / ΔFosB-ir kernoj ene de la elektitaj regionoj estis permane kalkulita kaj la denseco de FosB / ΔFosB-ir kernoj estis akirita dividante la nombron de FosB / ΔFosB-ir kernoj per la mezurita areo (mm.)2).
2.4: Kvantorado de DCX-ir nematuraj neŭronoj en la dentita giro
La nematuraj neŭronoj de DCX-ir en la musoj DG de Koridoroj estis abundaj kaj superpuestas, tial estas malfacile kalkuli ĝuste la diskreta nombro de DCX-ir soma uzante optika mikroskopo. Tamen, en antaŭa studo, Sholl-analizo por morfologia pritakso montris, ke ĉiu DCX-ir neŭrono havas averaĝe ununuran dendriton kiam mezurita ene de 40 μm de la soma43]. Tial, la sekva originala analizo estis evoluigita por ebligi region-specifan kvantumon de DCX-ir neŭronoj.
- (1) Bildo de la GCL estis projekciita sur komputila ekrano uzante bildigajn programojn kaj 40 × objektivan lenson (2). Sur la viva bildo, linia segmento (150 ± 0.1 μm) estis desegnita laŭ la mezo de la GCL.figuro 2) (3). Ŝanĝante la fokusan profundon, la nombron da fojoj, kiam la linia segmento transiris DCX-ir dendritoj estis kalkulita (4). La ROI-oj dorsaj DGsp, dDGsp; dorsaj DGipoj, dDGip; ventraj DGsp, vDGsp; ventraj DGip, vDGip) korespondis al la regionoj kie FosB / ΔFosB-imunoreateco estis analizita (5). En ĉiu ROI, 2-3 liniaj segmentoj estis desegnitaj per sekcio kaj la nombro de krucoj estis averaĝe super 2-3-sekcioj per muso. Ĉar la dikeco de la GCL estas ĉirkaŭ 60-80 μm, la nombro de krucoj devas reflekti la nombron de DCX-ir neŭronoj en la limigita regiono analizita.
3. Eksperimento 2. Identigo de la izoformo FosB / ΔFosB induktita per rado kurante
3.1: Perfuzo kaj histo
Plia kohorto de musoj estis traktita kiel supre en Eksperimento 1. Post 4-semajna kurado interveno, la musoj estis trans-transfleksitaj kun malvarma salo sub profunda anestezo. La hipokampo estis rapide disseziata kaj frosta kun likva nitrogeno, kaj konservita ĉe -80 ° C. La hipokampo de ĉiu muso estis homogenigita en RIPA-bufro (150 mM NaCl, 25 mM Tris-HCl pH 7.6, 1% NP-40, 1% natrioksikolato, 0.1% SDS, #8990, Thermo Scientific, IL, Usono) enhavas proteason inhibidores (cOmplete Mini, Roche, Manheim, Germanio). La lisatoj estis centrifugitaj por 15-min ĉe 5000-rpm je 4 ° C kaj oni kolektis supernatantojn. Proteinaj koncentriĝoj estis mezuritaj per BCA Protein Assay-ilaro (#23227, Thermo Scientific, IL, Usono).
3.2: okcidenta makulo
Egalaj kvantoj de proteino (30 μg / relo) estis elektroforeitaj sur 10% poliacrilamida ĝelo, tiam transdonita al PVDF-membrano (Immun-Blot, 0.2 μm, Bio-Rad, MD, Usono). Nespecifa ligado estis blokita per antaŭkubado de la membrano por 1 h en TBST (0.5 M NaCl, 20 mM Tris-HCl pH 7.5, 0.1% Tween-20) enhavanta 3% BSA. La membrano estis kovata de la pato-FosB-antikorpo (1: 1000), kiu estis uzata supre por imunohistoquímica, dissolvita en TBST enhavanta 3% BSA. Post lavo kun TBST, la membrano estis kovata de HRP-konjugita kontraŭguna IgG-antikorpo (1: 5000 en TBST, NA934, GE Healthcare, Buckinghamshire, UK) por 1 h ĉe ĉambra temperaturo. Post lavas kun TBST, proteinoj grupoj estis bildigitaj per kovado kun Enhanced Chemiluminescence (Western Lightning Plus-ECL, PerkinElmer, MA, Usono) kaj kaptitaj uzante Image Quant LAS 4000 mini (GE Healthcare, Buckinghamshire, UK). La membrano tiam estis malaprobita per kontraŭ-glikeraldehido-3-fosfato dehidrogenasa (GAPDH) antikorpo (#2275, 1: 5000 en TBS-T, Trevigen, MD, Usono) kiel ŝarĝa kontrolo. La optika denseco de la proteinaj bendoj estis kvantigita per Bildo-J kaj normaligita al la nivelo de GAPDH.
4: statistika analizo
Ŝanĝoj en muskola pezo estis analizitaj per du-aliraj ripetaj mezuroj ANOVA (grupo × tempo). Unpaired t-testo estis uzita por determini statistikajn diferencojn inter grupoj (Kontrolo kontraŭ Runner). La korelacia analizo de Pearson estis uzata por validigi la analizon de FosB / ΔFosB-imunoreactividad (mana kalkulo kontraŭ bilda sojlo), kaj ekzameni la asocion inter la nivelo de esprimo de FosB / ΔFosB kaj la nombro de DCX-transirejoj en la DG. Datumoj estis prezentitaj kiel meznombro ± SEM. La sojlo por statistika signifo estis fiksita ĉe P <0.05.
rezultoj
1: Korpa pezo kaj kurado en Eksperimentoj 1 kaj 2
Ŝanĝoj en korpa pezo de kaj Kontrolo kaj Kuristaj musoj en Eksperimentoj 1 kaj 2 estas kunigitaj kaj montritaj en figuro 3. Duvoja ripetaj mezuroj ANOVA indikis signifan interagon (grupo × tempo, F(4, 72) = 13.6, P <0.001) kaj ĉefa efiko de grupo F(1, 18) = 6.07, P <0.05), indikante signife malpli altan korpopezon ĉe musoj Runner. La kurda distanco po kaĝo estas montrita en tablo 1. Kvankam la preciza kurado de ĉiu muso estis necerta ĉar la musoj estis loĝigitaj kune, regula observado konfirmis, ke ĉiuj musoj ofte plenumas radon. La muso Runner en la Eksperimento 2 kuris pli longa ol la de la Eksperimento 1, sed la mezumo de la kuranta distanco (m / tago / kaĝo) estis consistente dum ĉiu eksperimento.
2: Validigo de FosB / ΔFosB-imunoreactiveco-kvantoro uzante bildan sojlon
Ekzistis signifa korelacio inter FosB / os FosB-ir areo akirita per bilda sojlo kaj denseco de FosB / osFosB-ir kernoj akiritaj per mana kalkulado (r = 0.941, P <00001, figuro 4).
3: FosB / ΔFosB-imunoreateco en la hipokampo
Reprezentaj bildoj de FosB / ΔFosB-imunurado en la dorsaj kaj ventraj hipokampaj subkampoj estis montritaj en figuro 5. En ĉiuj ROI analizitaj, imunoreactividad FosB / ΔFosB en musoj Runner (figuro 5, dekstra) estis kvalite pli alta ol tiu en Kontrolaj musoj (figuro 5, centro). En musoj Runner, la analizo cuantitativo indikis signifan kreskon en la areo FosB / BFosB-ir en ambaŭ la dorsal (DGsp: P <0.01; DGip: P <0.01; CA1: P <0.05; CA3: P <0.05) kaj la ventraj hipokampaj subkampoj (DGsp: P <0.01; DGip: P <0.05; CA1: P <0.05; CA3: P <0.05; figuro 6).
4: FosB / ΔFosB-imunoreateco en la kortekso
Reprezentaj bildoj de imunuktado FosB / BFosB en la ROI-kortikaj estas en figuro 7. Kvanta analizo montris regionajn dependajn ŝanĝojn en imunoreactividad de FosB / osFosB kun longdaŭra kurado (figuro 8). En la musoj Runner, la areo FosB / BFosB-ir estis signife plej granda en la ŝelo motora.P <0.05) kaj la somatosensa barela kortekso (P <0.05), sed ne en la vida kortekso (P = 0.662) aŭ la flara bulbo (P = 0.523). En la aŭda kortekso, FosB / ΔFosB-ir areo tendencis al pliiĝo en Runner-musoj (P = 0.105).
5: Neŭrogenezo
Reprezentaj bildoj de DCX-imunuktado estas montritaj en figuro 9. En la dorsa hipokampo, DCX-imunoreateco en Runner-musoj (figuro 9, dekstra) estis kvalite pli alta kompare al la Kontrolaj musoj (figuro 9, maldekstre). Kompare al la dorsa hipokampo, DCX-imunoreateco en la ventra hipokampo estis pli malforta kaj en kontrolo kaj muskoluloj. En Runner-musoj, la nombro de krucoj estis signife pli alta en la dDGspP <0.01) kaj dDGip (P <0.01; figuro 10). En la ventra hipokampo, la nombro de krucoj en Runner-musoj tendencis pliiĝi, sed ne estis signifaj diferencoj inter grupoj (vDGsp, P = 0.101; vDGip, P = 0.257; figuro 10).
6: Korelacio inter FosB / Δ FosB-esprimo kaj neŭrogenezo
Korelacia analizo estis farita inter la FosB / ΔFosB-ir areo kaj la nombro de DCX-transirejoj (figuro 11). Ĉar ĉiu datuma aro (ekz. Dorseca DGsp en Kontrolaj musoj) konsistas el nur 5-paroj, la analizo unue estis farita kun ĉiuj 40-paroj. Kurioze, estis signifa korelacio inter la areo FosB / ΔFosB-ir kaj la nombro de DCX-transirejoj (r = 0.885, P <0.0001). Krome, signifaj korelacioj ankaŭ estis identigitaj kiam la dorsa DG (r = 0.762, P <0.05) kaj la ventra DG (r = 0.816, P <0.01) estis analizitaj aparte.
7: Identigo de la FosB / ΔFosB-izoformo induktita per longdaŭra kurado
Fine, por identigi la izoformon de fosB genaj produktoj induktitaj en la hipokampo responde al longtempa kurado, la hipokampo de aldona kohorto de musoj estis submetita al okcidenta pasto per uzado de la sama pan-FosB-antikorpo. Multnombraj bandoj de 35-37 kDa, reprezentantaj modifitajn izoformojn de ΔFosB [44], estis signife pliigitaj en musoj Runner kontraŭ Kontrolofiguro 12, P <0.01). Aliflanke, la izoformo FosB de 48 kDa estis nerimarkebla en ambaŭ grupoj. Alia bando malforte videbla super 25 kDa probable reprezentas la izoformon Δ2ΔFosB (27 kDa). Estis du aliaj bandoj, pli ol 50 kDa kaj 37 kDa, kiuj plej verŝajne estis pro nespecifa ligado. Kiam kvantigita, neniuj diferencoj estis trovitaj en ĉi tiuj ne-osFosB-bandoj inter grupoj (datumoj ne montritaj).
diskuto
Resume, la nuna studo unue efektivigis analizon immunohistoquímico por ekzameni 1) ĉu longdaŭra volontula rado kurante induktas esprimon de FosB / ΔFosB en la hipokampo; kaj 2) ĉu regiono-specifa respondo ekzistas laŭ ĝia dorso-ventra akso.
Kvar semajnoj da libervola rulaĵo estigis signifan pliiĝon de FosB / BFosB-imunoreactividad en ĉiuj hipokampaj regionoj analizitaj (te la subkampoj DG, CA1 kaj CA3 kaj de la dorsaj kaj ventraj partoj de la hipokampo). Ni konfirmis, ke la izoformo de 35-37kDa ΔFosB estis la plej grava fosB gena produkto akumuliĝas laŭ longdaŭra kurado. Ĉi tiuj rezultoj klare subtenas la hipotezon, ke longdaŭra regula ekzercado estas potenca ellasilo por ΔFosB-indukto tra la hipokampo, kaj ke ĝia indukto povus esti nova molekula mekanismo per kiu ekzerco influas diversajn tipojn de dorsaj kaj / aŭ ventraj dependaj funkcioj de hipokampo.
1: Validigo kaj limoj de kvantigado de FosB / ΔFosB-imunoreateco uzanta bildan sojligon
Bildo de prilabora tekniko, vaste uzata en imunohisto-kemiaj studoj por kalkuli la nombron de celaj ĉeloj kaj por taksi ĉelajn morfologiojn, estis adoptita en ĉi tiu studo por region-specifa kvantoro de FosB / BFosB-imunoreateco [15,45,46]. Signifis gravan korelacion inter la niveloj de FosB / ΔFosB-imunoreactividad kvantigita per bilda sojligo kaj per mana kalkulo.figuro 4). Tamen, ĉar denseco kaj interkovro malhelpis kalkuli la nombron de FosB / ΔFosB-ir-nukleoj en tre densaj areoj, la pruvita korelacio nur implicas precizecon de la bilda sojla metodo kiam la areoj FosB / ΔFosB-ir reprezentas <~ 40% de la tuta ROI areo. Sekve zorga interpretado necesas por FosB / ΔFosB-ir-areoj> 40% de la totala ROI-areo.
En aparta, en la DG de Musoj de Koridoro (figuro 4), FosB / ΔFosB-esprimo estis tre induktita per rado kuranta kaj la plej multaj el la FosB / ΔFosB-ir kernoj koincidis. En ĉi tiuj areoj, pliigita indukto de FosB / ΔFosB-esprimo kondukas al pli granda subtaksado de la nivelo de esprimo, sendepende de la kvantitima metodo uzata (bilda sojlo aŭ mana kalkulado). Tamen, malgraŭ la risko de subtaksado, estas grave noti, ke la nuna studo sukcese elmontris signifajn pliiĝojn en la areo de FosB / BFosB-ir en la DG-musoj de Kuristoj. Ĉi tio sugestas, ke la metodaj limoj ne kompromitas niajn trovojn. Anstataŭe, la ebla subtaksado pliigas la fidindecon de la trovo ke longdaŭra kurado pliigis imunoreactivon FosB / eacFosB en la hipokampo.
2: Unuforma Indukto de ΔFosB ene de la hipokampo per longdaŭra kurado
La hipokampo havas anatomiajn kaj funkciajn gradientojn laŭ ĝia longituda akso.26], do por la nuna studado FosB / ΔFosB-imunoreateco en la dorsaj kaj ventraj partoj de la hipokampo estis analizita aparte. La datumoj montris, ke longdaŭra kurado unuforme pliigis la esprimon de FosB / BFosB en ĉiuj hipokampaj ROI-mezuroj. Ĉi tiu uniforma indukto de FosB / ΔFosB-imunoreactividad povus esti ne specife kaŭzita de sistemaj metabolaj ŝanĝoj asociitaj kun longdaŭra kurado. Tamen gravas noti, ke ekzistas regionaj specifaj pliiĝoj de imunoreactividad de FosB / BFosB en la kortekso. Ĉi tiu rezulto estas subtenata de lastatempaj trovoj, kiuj montras, ke akra atako de tapiŝo fluanta kreskanta regiona cerba sango-fluo en la hipokampo, sed ne en la flara bulbo [8]. Plue, Rhodes et al. (2003) pruvis, ke 7-tagoj de libervola rado funkciiganta esprimon de c-Fos en la DG kaj CA2 / 3 de la hipokampo (CA1 ne estis mezurita) kaj en la sensa kortejo, sed ne en la vida kortekso.47]. Prenite kune, ĉi tiuj studoj sugestas, ke uniforma indukto de FosB / Δ FosB-esprimo en la hipokampo ne estas ne-specifa konsekvenco de longdaŭra kurado. Interese, Hawley et al. lastatempe raportis, ke kronika neantaŭvidebla streĉiteco pliigis la esprimon de FosB / ΔFosB en la dorsala, sed ne en la ventra, DG de la ratokampo []48]. Kun plia enketo, la apartaj ŝablonoj de indukto de FosB / osFosB kiel tiuj eltiritaj de ekzerco aŭ streso provizos daŭrajn komprenojn pri stimulaj-dependaj efikoj sur la hipokampo.
La primara pan-FosB-antikorpo uzata en ĉi tiu studo agnoskas ĉiujn izoformojn de FosB-proteinoj. Sur okcidenta blotada analizo, ni trovis, ke la nuraj izoformoj, kiuj kreskis en la hipokampo post longdaŭra kurado, estis la modifitaj izoformoj de BFosB (35-37 kDa), la nuraj stabilaj izoformoj inter Fos-familiaj proteinoj [11]. Ĉi tiu rezulto kongruas kun antaŭa laboro uzanta pan-Fos-antikorpon por pruvi ke 35-37 kDa ΔFosB estas la superreganta Fos-familio-proteino induktita en la frontala kortego de kronika streso [44]. Sekve, la pliiĝo en hipokampa FosB / ΔFosB-imunoreateco induktita ĉi tie per longdaŭra kurado plej probable reflektas la nivelon de ΔFosB.
Malpli estas konataj pri regionaj-specifaj efikoj de ekzerco pri molekulaj kaj strukturaj aspektoj de la hipokampo. Tamen, multaj kondutaj studoj indikas grandan potencialon por ekzerc-induktitaj plibonigoj en kaj la dorsaj kaj ventraj hipokampaj funkcioj. Ekzercado pruvis plibonigi spacan lernadon kaj memoron [34-38] kaj spaca kaj contextual-prilaborado plejparte dependas de la dorsa hipokampo [27,28]. Male, ekzerco ankaŭ scias havi proprajn anxiolitikajn kaj antidepresivojn [24,25,38] kaj ĉi tiuj emociaj respondoj estas ĉefe reguligitaj de la ventra hipocampo [29,30]. La uniforma indukto de FosB per longdaŭra kurado vidita en ĉi tiu studo sugestas, ke ia formo de neuroplastikaj ŝanĝoj okazis tra la tuta hipokampo. Ĉi tio klarigus kial ekzercado povas tuŝi kaj dorsajn kaj ventraj hipokampoj-dependaj funkcioj.
3: Region-specifa analizo de ekzercok induktita neŭrogenezo
Funkcia disigado de neŭrogenezo inter la dorsa kaj ventra hipokampo ankaŭ ricevis pli multan atenton [49]. En ĉi tiu studo, profite de la morfologiaj karakterizaĵoj de DCX-ir nematuraj neŭronoj [43], ni kalkulis la nombron de intersekcoj inter DCX-ir dendritoj kaj linia segmento desegnita laŭ la mezo de la GCL. Ĉi tiu mezuro ne provizis la tutan nombron de DCX-ir neŭronoj en la DG, sed ĝi ebligis specifan regionan specifan kvantumon por efektivigi korelacian analizon kun FosB / ΔFosB-esprimaj datumoj (vidu sube). Post longdaŭra kurado, la nombro de DCX-ir neŭronoj signife pliiĝis en la dorsala, sed ne la ventra, DG. Ĉi tio sugestas, ke ekzercado povus stimuli pli bone la neŭrogenezon en la dorsa komparo kun la ventra parto de la DG. Tamen, antaŭaj studoj raportis konfliktemajn rezultojn en kiuj rado kurante pliigis neurogénesis en la dorsa kaj ventra DG [50,51]. En la nuna studo, la nombro de DCX-ir-transiroj en la ventra DG inklinis pliiĝi kun kurado, kvankam la malgranda specimena grandeco (5-musoj por grupo) eble limigis la kapablon detekti statistike signifan diferencon inter grupoj. Tial, verŝajne antaŭtempa estas forigi la eblecon, ke libervola rulaĵo povas stimuli ventralan hipokampan neŭrogenezon. Pliaj detalaj studoj estas necesaj por kompreni la region-specifon de ekzerc-induktita neŭrogenezo koncerne sian plurpiedan procezon (ĉela proliferado, diferencigo, migrado, kaj supervivo).
4: Funkciaj implicoj de induktado de FosB fare de ekzercado por reguligi plasticecon de hipokampo
Fine, kiel unua paŝo en rekono de la funkciaj implikaĵoj de induktado de ekzercado ind -FosB en la hipokampo, ni ekzamenis la rilaton de FosB / ΔFosB-imunoreactividad al DCX-ir-transiroj en la dorsaj kaj ventraj DG kaj trovis signifan, pozitivan korelacion inter la du variabloj. Kvankam la ĝustaj me byanismoj per kiuj ΔFosB reguligas ekzerc-induktitan neŭrogenezon restas necerta, lastatempa studo montris tion fosB-nulaj musoj, kiuj malhavas FosB, ΔFosB kaj Δ2ΔFosB (ĉiuj fosB produktoj), elmontris deficitojn en baza hipokampa neŭrogenezo, inkluzive de malpliigita proliferado de neŭronaj prapatroj ĉeloj, pliigita ektopa migrado de novnaskitaj neŭronoj, kaj nenormalaj DG-strukturoj [20]. Tamen, ĉi tiuj ŝanĝoj ne estis observitaj en fosB(d / d) musoj, kiuj ne havas FosB, sed ne BFosB / Δ2ΔFosB. Interese, en fosB-nulaj musoj, esprimo de iuj genoj rilataj al neurogenezo, inkluzive Vgf (VGF-nervo-kreskiga faktoro induktebla) kaj Gal (Galanina prepropeptido) estis malreguligita [20]. Ĉar VGF kaj GAL estas sekrecigaj molekuloj, unu propono kiu promesas konsideras, ke neŭronoj esprimantaj ΔFosB povas reguligi neŭrogenezon per aŭtokrina / paracrina agado [20].
Plie, oni devas noti, ke la regiono kie ΔFosB estas induktita per kurado spaca koincidas kun la regiono kie la aktiveco de neurogenoj estas alta. Ĉi tiu konkludo sugestas, ke la ekzercokapta neŭrogenezo dependas minimume de agado. Neŭrona aktivigo estas ŝlosilo por konservi kaj plibonigi centran nervozan funkcion.9], per mekanismoj inkluzive de esprimo kaj liberigo de cerbo-derivita neŭrotrofa faktoro (BDNF) []52,53], kaptado de seruma insulin-simila kreska faktoro-1 (IGF-1) tra la sango-cerba baro [54,55], forigo de apoptozo [56], kaj regulado de mitokondria movebleco [57]. Sekve, la nuna studo sugestas, ke longdaŭra ekzercado ekigis ripetitan neŭrona aktivigo, evidenta en la pliigita esprimo de FosB, kiu kontribuas al plibonigado de hipokampa plasticeco, eble tra ĉi tiuj multoblaj mekanismoj supre priskribitaj.
La nuna studo nur taksis neurogenezon faritan de ekzercado kaj ĝia asocio kun esprimo de FosB / ΔFosB en la DG. Tamen, FosB / BFosB-imunoreactividad ankaŭ estis induktita en la subkampoj CA1 kaj CA3. Dum pliaj studoj necesas por pli kompreni la funkcian rolon de esprimo BFosB de ekzercado en ĉi tiuj subkampoj, antaŭa literaturo ofertas promesplenan eblon. Guan et al. (2011) montris, ke specifa ablacio de la ciclina-dependa kinaso 5 (Cdk5) en la CA1 aŭ CA3-piramida neŭrono difektis memoran firmiĝon aŭ reakiron, respektive [58]. Interese, la Cdk5 estas la kontraŭflua celo de ΔFosB [59] kaj temas pri regulado de sinapta plasticeco [60]. Sekve, esprimo -FosB induktita de ekzercado povus esti engaĝita en regulado de sinapta plasticeco per Cdk5-aktivigo en la subkampoj CA1 kaj CA3.
konkludo
Dum akutaj ekzercoj de ekzercado estis konataj kiel indukto de la esprimo de tujaj fruaj genaj proteinoj en la hipokampo, la nuna studo provizas la unuan indicon, ke longdaŭra regula ekzercado induktas signife esprimon de BFosB en la tuta hipokampo. Thestas uniforma indukto de FosB subtenas la nunan komprenon ke ekzercado estas efika ne-farmakologia interveno kapabla plibonigi multoblajn hipokampajn funkciojn. Kune kun la signifa korelacio inter FosB / Δ FosB-esprimo kaj neŭrogenezo, ĉi tiuj datumoj estas provokaj kaj indikas bezonon de pliaj studoj delineantaj la rolon de osFosB en mediado de la efikoj de ekzercado sur hipokampa funkcio, inkluzive de neŭrogenezo.
Financa Rakonto
Referencoj