الجزء 1: التنظيم اللاجيني للجين اليومي لكل 1 يساهم في التغيرات المرتبطة بالعمر في ذاكرة الحصين

الاتصال: أودري هوaudrey.hu@wecistanche.com

Plc انقر هنا للجزء 2

جانين إل كوابيس 1،2،3 ، ياسمان ألاغباند 1،2 ، إنيكو أ.كرامار 1،2 ، ألبرتو جيه لوبيز 1،2 ، آني فوجيل سيرنيا 4 ، أندريه أو وايت 5 ، جوانهوا شو 1،2 ، ديان ري 1،2 ،

كريستينا إم مايكل 1،2 ، إميلي مونتلييه 6 ، يو ليو 7،8 ، كريستوف إن ماجنان 7،8 ، سيوي تشين 7،8 ، باولو ساسون-كورسي 6 ، بيير بالدي 7،8 ، دينا بي ماتيوس 1 ، 2 ومارسيلو إيه وود 1،2 ، 3

يصاحب الشيخوخة ضعف في إيقاع الساعة البيولوجية وعلى المدى الطويلذاكرة. على الرغم من أنه من الواضح أنذاكرةيتأثر الأداء بالدورة اليومية ، فمن غير المعروف ما إذا كان الاضطراب المرتبط بالعمر للساعة البيولوجية يتسبب في ضعف قرن آمونذاكرة. هنا ، نظهر أن هيستون ديستيلاز HDAC3 القمعي يقيد الذاكرة طويلة المدى ، واللدونة المتشابكة ، والتعبير الناجم عن التجربة عن الجين اليومي بيرلين في قرن آمون الشيخوخة دون التأثير على أنماط النشاط اليومي الإيقاعي. نوضح أيضًا أن الحُصين Per] أمر بالغ الأهمية على المدى الطويلذاكرةتشكيل - تكوين. تتحدى بياناتنا معًا الفكرة التقليدية القائلة بأن التغييرات في الساعة البيولوجية الأساسية تؤدي إلى تغييرات مرتبطة بالساعة البيولوجيةذاكرةوبدلاً من ذلك يجادلون للحصول على دور أكثر استقلالية لوظيفة الجين على مدار الساعة البيولوجية في خلايا الحصين من أجل بوابة احتمال تكوين الذاكرة على المدى الطويل.

يمكن أن يحسن القدر من الذاكرة

تمتلك الحيوانات ساعة يومية داخلية تقود الدورة الإيقاعية للعمليات البيولوجية كل 24 ساعة تقريبًا. تؤدي الإيقاعات اليومية إلى العديد من الأحداث الفسيولوجية ، بما في ذلك دورة النوم والاستيقاظ وسلوك التغذية ودرجة حرارة الجسم والتمثيل الغذائي. في الساعة اليومية الرئيسية ، النواة فوق التصالبية (SCN) ، وهي مجموعة من جينات الساعة الأساسية تتأرجح في حلقة ردود فعل سلبية تدور كل 24 ساعة. بالإضافة إلى تنظيم العمليات البيولوجية الأساسية ، فإن للساعة البيولوجية أيضًا تأثير قوي عليهاذاكرة. تُظهر الذاكرة طويلة المدى ، التي تعتمد على النسخ ، تأثيرًا قويًا لوقت اليوم ، مع ذروة أداء الذاكرة خلال اليوم (المرحلة غير النشطة) في الفئران. والجدير بالذكر أن كلاهما طويل الأمدذاكرةويضعف الإيقاع اليومي مع تقدم العمر 5 ، مما يشير إلى أن الآليات الجزيئية الشائعة قد تكمن وراء كلتا العمليتين. إحدى الأفكار هي أن جينات الساعة موجودة فيذاكرة- الهياكل ذات الصلة ، مثل الحصين الظهري ، قد تكون بوابة لقدرة الحيوان على التكون على المدى الطويلذاكرةبناءً على الوقت من اليوم 6. وتماشيا مع هذا ، فإن تمزق العديد من جينات الساعة الفردية في جميع أنحاء الدماغ يمكن أن يضعف الذاكرة الحُصَينية طويلة الأمد في الحيوانات الصغيرة. نظرًا لعدم وجود دراسة حتى الآن قد عطلت بشكل انتقائي وظيفة الجينات اليومية داخل الحصين الظهري ، فمن غير الواضح ما إذا كانت جينات الساعة تعمل داخل خلايا الحُصين للتأثير على المدى الطويلذاكرةتشكيل أو ما إذا كانت اضطرابات الذاكرة هذه ناتجة عن تأثيرات غير مستهدفة في مناطق دماغية أخرى ، مثل ضعف إيقاعات الساعة البيولوجية ، أو اضطرابات النوم ، أو حتى خلل في النمو.

ينخفض ​​التعبير الجيني في الدماغ المتقدم في السن ، والذي قد يكون نتيجة لبنية الكروماتين الأكثر قمعاً. يتم التحكم في النسخ جزئيًا من خلال التغييرات في بنية الكروماتين ، والتي يمكن أن تعزز ديناميكيًا أو تقيد الوصول إلى الحمض النووي للخلايا العصبية بعد حدث تعليمي. تفترض إحدى الفرضيات التي طرحها بارنز وسويت أن الإيبيجينوم يتغير في الخلايا العصبية المسنة ، مما يؤدي إلى بنية كروماتين قمعية تمنع التعبير الجيني الطبيعي المطلوب لتكوين الذاكرة على المدى الطويل. تدعم العديد من الدراسات هذه الفكرة التي تظهر آليات تعديل الهيستون المتغيرة في شيخوخة الدماغ 8-10. ومع ذلك ، ما إذا كانت آليات تعديل الكروماتين تنظم بشكل غير طبيعي التعبير الجيني الساعة البيولوجية في تعلم رئيسي وذاكرةمنطقة الدماغ غير معروفة. هنا ، قمنا بفحص هذا الاحتمال من خلال التركيز على دور التنظيم المعتمد على هيستون ديستيلاز 3 (HDAC3) للذاكرة المرتبطة بالعمر والتعبير الجيني. وجدنا أن حذف أو تعطيل HDAC3 في الحصين الظهري يخفف من الضعف المرتبط بالعمر في الذاكرة طويلة المدى واللدونة المشبكية في الفئران التي يبلغ عمرها {{7} شهرًا ، وهو تأثير يبدو أنه يتوسط جزئيًا بواسطة الساعة اليومية الأساسية فترة الجين 1 (Per1). بشكل عام ، يشير هذا العمل إلى أن Per1 قد يكون آلية تساهم في الإعاقات المرتبطة بالعمر على المدى الطويلذاكرةوإيقاع الساعة البيولوجية ، اعتمادًا على الهيكل.

نتائج

يساهم HDAC3 في العوامل المرتبطة بالعمرذاكرةضعف. لقد اختبرنا لأول مرة ما إذا كان هيستون ديستيلاز HDAC3 القمعي يلعب دورًا في الشيخوخة.ذاكرةانخفاض. HDAC3 هو منظم سلبي قوي لتكوين الذاكرة وتعطيل HDAC3 في الحيوانات الصغيرة يمكن أن يحول حدث تعليمي ثانوي إلى واحد يولد ذاكرة طويلة المدى ثابتة لمهام متعددة 11-14. استخدمنا طريقتين لتعطيل HDAC3 في الحصين الظهري للفئران المسنة (18- شهر). أولاً ، أنشأنا عمليات حذف متماثلة اللواقح من HDAC3 عن طريق غرس AAV2. 1- CaMKII-Cre recombinase (1 ميكرولتر لكل جانب) في الحصين الظهري لفئران HDAC3 ox / ox (الشكل التكميلي 1 أ). ثانيًا ، لمنع النشاط الأنزيمي لـ HDAC3 بشكل انتقائي ، استخدمنا فيروس متحور سالب-سالب ، AAV2. 1- CMV- HDAC3 (Y298H) -v5 الذي يمنع نشاط HDAC3 نزع الأسيتيل بشكل محدد دون التأثير على تفاعلات البروتين والبروتين (انظر المرجع 12 ، 15 - 17 الشكل التكميلي 1 ب). تم غرس الفيروسات اثنينقبل أسابيع من التدريب ، مما يسمح بالتحكم المكاني والزماني المحكم في عمليات التلاعب بـ HDAC3 لدينا لتجنب الآثار الجانبية المحتملة التي قد تحدث من اضطراب HDAC3 المطول أثناء التطوير. بعد أسبوعين من ضخ AAV-CaMKII-Cre (الشكل التكميلي 1 ج) ، لاحظنا أن تعبير Hdac3 mRNA لم يتأثر بالتدريب في موقع الكائنذاكرة(OLM) ، لكن الحذف الوراثي للحصين Hdac3 تعطل التعبير عن Hdac3 mRNA (الشكل التكميلي 1 د) بالإضافة إلى بروتين HDAC3 (الشكل التكميلي 1 أ).

لتحديد ما إذا كان حذف HDAC3 يتحسنذاكرةفي الفئران الشيخوخة ، قمنا باختبار آثار حذف HDAC3 الحصين (HDAC3 or ox/ox) أو تعطيل النشاط (HDAC3 (Y298H)) على الذاكرة طويلة المدى لـ OLM (الشكل 1A). تماشيًا مع التقارير العديدة عن اضطرابات ذاكرة الحُصين المرتبطة بالعمر ، وجدنا أن الفئران القديمة 18- (HDAC3 plus / plus) أظهرت ذاكرة ضعيفة لـ OLM بعد 10- دقيقة من التدريب ، ولم تظهر أي زيادة ملحوظة في DI بين التدريب والاختبار (الشكل 1 ب ، أشرطة رمادية). الأهم من ذلك ، جلسة تدريب مدتها 10- دقيقة.

2 اتصالات الطبيعة|(2018) 9: 3323|DOI: 10.1038 / s 41467-018-05868-0|www.nature.com/naturecommunications

الشكل 1 يؤدي حذف HDAC3 أو تعطيله إلى تحسين الضعف المرتبط بالعمر في ذاكرة الحُصين. إجراء OLM. تم حقن AAV قبل أسبوعين من التدريب. أظهرت الفئران B 18- mo hdac3 or ox / ox ox ذاكرة أفضل بشكل كبير لـ OLM مقارنة بالنوع البري (HDAC3 plus / plus) (in-way anova: التفاعل الوراثي للجلسة الوراثية (F (1،29) {1 {1 { {12}}}. 96، p <0. 0="" 0="" 1)="" ،="" اختبارات="" sidak="" اللاحقة="" ،="" ***="" p=""><0. 001،="" n="" {{="" 16}}="" (5f)="" ،="" 17="" (6f)).="" ج="" كان="" الاستكشاف="" الكلي="" مشابهًا="" لكلا="" المجموعتين="" في="" الاختبار="" (t="" (29)="1." 67،="" ***="" p="0." 11).="" د="" يؤدي="" تعطيل="" نشاط="" hdac3="" في="" الحصين="" الظهري="" باستخدام="" aav-hdac3="" (y298h)="" -v5="" أيضًا="" إلى="" تحسين="" ضعف="" ذاكرة="" الحصين="" في="" 18-="" الفئران="" (two-way="" anova:="" التأثير="" الرئيسي="" للجلسة="" (f="" (1،16)="" {{35)="" }}.="" 96،="" p=""><0.001) ،="" اختبارات="" sidak="" اللاحقة="" ،="" ***="" p=""><0.001 ،="" *="" p=""><0.05 ،="" n="" {="9" ،="" 10="" ؛="" جميع="" الذكور).="" e="" كان="" إجمالي="" وقت="" الاستكشاف="" متشابهًا="" لكلا="" المجموعتين="" في="" الاختبار="" (t="" (16)="0." 28،="" p="0." 78).="" إجراء="" تجريبي="" لـ="" orm="" ،="" بعد="" أسبوعين="" من="" الانتهاء="" من="" olm.="" أظهر="" كل="" من="" الفئران="" 18-}="" mo="" hdac3="" or="" ox="" ox="" ox="" و="" hdac3="" plus="" plus="" تفضيلًا="" ضئيلًا="" للكائن="" الجديد="" (anova="" ثنائي="" الاتجاه="" ،="" لا="" توجد="" تأثيرات="" أو="" تفاعل="" رئيسي="" ،="" n="14" (5="" f)="" ،="" 17="" (="" 6="" ف)).="" h="" كان="" إجمالي="" وقت="" الاستكشاف="" مشابهًا="" لكلا="" المجموعتين="" في="" الاختبار="" (t="" (29)="0." 59،="" p="0." 56).="" i="" لم="" يكن="" لتعطيل="" نشاط="" hdac3="" في="" الحصين="" الظهري="" باستخدام="" aav-hdac3="" (y298h)="" أي="" تأثير="" أيضًا="" على="" orm="" ،="" حيث="" لم="" تعرض="" أي="" من="" المجموعتين="" تفضيلًا="" للكائن="" الجديد="" (anova="" ثنائي="" الاتجاه="" ،="" بدون="" تأثيرات="" أو="" تفاعل="" رئيسي="" ،="" n="9" ،="" 10="" ؛="" جميع="" الذكور).="" أظهرت="" المجموعات="" وقت="" استكشاف="" إجمالي="" مماثل="" في="" الاختبار="" (ر="" (16)="0." 28="" ،="" ص="0." 78).="" يتم="" تقديم="" البيانات="" على="" أنها="" تعني="" ±="" sem="" ؛="" الدوائر="" السوداء="" ،="" ذكور.="" المربعات="" الرمادية="" ،="" عادة="" ما="" تنتج="" الإناث="" ذاكرة="" قوية="" طويلة="" المدى="" في="" الفئران="" الصغيرة.="" على="" النقيض="" من="" ذلك="" ،="" شكلت="" {78}}="" mo="" hdac3="" pox="" ox/or="" ox="" phickates="" ذاكرة="" قوية="" طويلة="" الأجل="" (الشكل="" 1b="" ،="" قضبان="" البط="" البري)="" ،="" مع="" زيادة="" كبيرة="" في="" تفضيل="" الكائن="" المتحرك="" عند="" الراحة="" بالنسبة="" للتدريب.="" أظهرت="" الفئران="" hdac3="" -ox="" ox="" dice="" أعلى="" بشكل="" كبير="" في="" اختبار="" di="" من="" الفئران="" hdac3="" plus="" plus="" على="" الرغم="" من="" مستويات="" مماثلة="" من="" الاستكشاف="" الكلي="" أثناء="" جلسة="" الاختبار="" (الشكل="" 1c).="" لاحظنا="" تأثيرات="" مماثلة="" مع="" فيروس="" aav-hdac3="" (y298h)="" الخاص="" بالنشاط.="" الشيخوخة="" ،="" أظهرت="" الفئران="" المتحكمة="" في="" ناقلات="" فارغة="" (ev)="" 18-="" ذاكرة="" ضعيفة="" لـ="" olm="" بينما="" أظهرت="" الفئران="" المليئة="" بـ="" aav-hdac3="" (y298h)="" في="" dh="" تفضيلًا="" أعلى="" بشكل="" ملحوظ="" للكائن="" المتحرك="" مع="" عدم="" وجود="" تغيير="" في="" الاستكشاف="" الكلي="" (الشكل.="" 1="" د="" ،="" هـ).="" على="" عكس="" الذاكرة="" طويلة="" المدى="" الضعيفة="" التي="" لوحظت="" في="" 18-="" فئران="">

(الشكل 1 ب ، د) ، الذاكرة قصيرة المدى لـ OLM (تم اختبارها بعد 60 مترًا

استحواذ؛ الشكل التكميلي 2 أ) كان سليما لكل من HDAC3 plus / plus و HDAC3 الفئران الثور / الثور (الشكل التكميلي 2 ب ، ج) ولم يكن هناك فرق كبير في القلق بين هذه المجموعات (الشكل التكميلي 2 د). لاحظنا أيضًا عدم وجود فرق كبير في الحركة بين المجموعات أثناء التعود (الأشكال التكميلية. 2 هـ ، و ، 8 أ ، ب). تُظهر هذه النتائج معًا أن الإعاقات المرتبطة بالعمر في OLM يتم تخفيفها عن طريق حذف أو تعطيل HDAC3 في الحصين الظهري.

قمنا بعد ذلك باختبار ما إذا كانت معالجة HDAC3 البؤرية لدينا قد أثرت على التعرف على الأشياءذاكرة(ORM) ، والتي لا تتطلب استرجاع الحصين الظهري. في هذه المهمة ، يتم استبدال كائن مألوف بعنصر جديد (الشكل 1f). لم ينقذ حذف HDAC3 في الحصين الظهريذاكرةبالنسبة إلى ORM ، مع كل من HDAC3 plus / plus و HDAC3 ox / ox الفئران التي لا تُظهر أي تفضيل للكائن الجديد في الاختبار مقارنةً بالتدريب (الشكل 1g). مرة أخرى ، لم تختلف المجموعات في مستويات الاستكشاف الإجمالية أثناء جلسة الاختبار (الشكل 1 ح). وبالمثل ، فإن اضطراب النشاط المحدد لـ HDAC3 في الحصين لم يكن قادرًا على تحسين ضعف ORM المرتبط بالعمر (الشكل 1i ، j). وبالتالي ، لم يتم تخفيف الضعف المرتبط بالعمر في ORM على المدى الطويل عن طريق حذف الحصين أو تعطيل HDAC3.

تشير نتائجنا معًا إلى أن حذف HDAC3 أو تعطيله في الحصين الظهري يمكن أن يحسّن من الشيخوخة المرتبطة بالعمر على المدى الطويل.ذاكرةمقتضيات لمهمة تعتمد على الحصين (OLM ، الشكل 1 أ-هـ) دون التأثير على الذاكرة لمهمة مستقلة عن الحصين (ORM ، الشكل 1f-j). الأهم من ذلك ، أظهرت جميع الفئران أنها سليمة على المدى القصيرذاكرةبالنسبة لـ OLM (الشكل التكميلي 2) ، مما يشير إلى أن هذه الحيوانات تكتسب ذاكرة بشكل طبيعي ولكنها تفشل في دمج هذه المعلومات في يمكن ملاحظتها على المدى الطويلذاكرة. نظرًا لأن الذاكرة قصيرة المدى مستقلة عن النسخ (للمراجعة) ، فإن هذا الاستنتاج يتوافق مع فكرة أن التعبير الجيني الناجم عن التعلم يتغير في الفئران المسنة ، مما يؤدي إلى إعاقات مرتبطة بالعمر في الذاكرة طويلة المدى.

يؤدي اضطراب HDAC3 إلى عكس الإعاقات المرتبطة بالعمر في LTP.

لاختبار ما إذا كان HDAC3 يساهم أيضًا في ضعف اللدونة التشابكية المرتبطة بالعمر ، قمنا بفحص التقوية طويلة المدى (LTP) في شرائح الحصين الحادة بعد حذف HDAC3 أو تعطيله. يتأثر LTP أيضًا مع تقدم العمر ، خاصةً عندما يكون بروتوكول التحفيز قريبًا من عتبة الحث LTP. بعد أسبوعين من التسريب الفيروسي ، قمنا بإعداد شرائح قرن آمون وأحدثنا LTP باستخدام قطار واحد من 5 رشقات ثيتا إلى مدخلات شافر الجانبية وتسجيلات EPSPs الميدانية المسجلة من التشعبات القمية لـ CA1b. أنتج هذا الشكل المعتدل نسبيًا من التحفيز مستوى ثابتًا من LTP في شرائح HDAC3 plus / plus الصغيرة (الشكل 2 أ). حذف HDAC3 في الحصين المحسّن LTP ، مع فئران HDAC3 ox/ox التي تظهر بشكل كبير من الضوابط من النوع البري. كما هو متوقع ، أظهرت الفئران المتقدمة في العمر -18- مو HDAC3 plus / plus ضعف LTP وحذف HDAC3 أدى إلى تحسين هذا التحديد ، مما أدى إلى إنتاج LTP مقارنة بالفئران الصغيرة من النوع البري (الشكل 2 ب ، ج) دون أي تأثير على التشابك الأساسي انتقال (الشكل 2g ، ح).

لاحظنا نتائج مماثلة مع اضطراب النشاط المحدد. هنا ، استخدمنا تصميمًا داخليًا تم فيه حقن الفئران الصغيرة والكبيرة من النوع البري بفيروس التحكم (AAV-EV) في حصين واحد و AAV-HDAC3 (Y298H) في الحصين المقابل. كما كان من قبل ، وجدنا أن تعطيل نشاط HDAC3 عزز LTP في شرائح من الفئران الصغيرة (الشكل 2 د) وقلل من ضعف LTP المرتبط بالعمر في شرائح من الفئران المسنة (الشكل 2 هـ ، و) دون التدخل في انتقال متشابك أساسي (الشكل 2 ط) ، ي). وبالتالي يمكن أن يؤدي حذف HDAC3 أو تعطيله إلى تحسين الإعاقات المرتبطة بالعمر في الحصين LTP.

تم تحسين مجموعة فرعية من الجينات المعطلة بالعمر عن طريق حذف HDAC3. تشير بياناتنا إلى أن حذف HDAC3 أو تعطيله يخفف من الإعاقات المرتبطة بالعمر في الذاكرة طويلة المدى واللدونة المشبكية. سألنا بعد ذلك عما إذا كان يمكن أيضًا تحسين العيوب المرتبطة بالعمر في التعبير الجيني للحصين عن طريق حذف HDAC3. افترضنا أن عدم تنظيم نشاط HDAC3 في الدماغ القديم يؤدي إلى بنية كروماتين قمعية بشكل غير عادي تحد من التعبير الجيني ، مما يضعف في النهاية على المدى الطويلذاكرة. لتحديد الجينات المحددة التي ينظمها HDAC3 في الدماغ الشاب والشيخوخة ، أجرينا تجربة تسلسل الحمض النووي الريبي التي قارنا فيها الفئران الشابة (3- مو) والشيخوخة (18- شهر) HDAC3 Plus / Plus الفئران ، والشيخوخة (18- mo) HDAC3 or ox / ox littermates. لتحديد التعبير الجيني يتغير أثناءذاكرةالتوحيد ، تم قتل الحيوانات في كل مجموعة 6 0 م بعد 10- دقيقة من تدريب OLM ومقارنة بعناصر التحكم في المنزل (HC). بعد رسم الخرائط والنظر في الجينوم أحادي الصيغة الصبغية ، تم تقييم جودة التسلسل (الشكل التكميلي 3 أ ، ب) وتم فحص اختلافات كبيرة في تعبيرات التعبير بين جميع أزواج العينات لـ p <>

توقعنا أن يتم تغيير التعبير الجيني الناجم عن التجربة في الدماغ القديم ، كما تم وصفه سابقًا ، مع فشل مجموعة فرعية من الجينات في التعبير بعد التعلم. لذلك ، ركزنا على تلك الجينات المعبر عنها بمستويات أعلى بشكل ملحوظ في المجموعات المدربة مقارنةً بضوابط الأسرة المنزلية. في حين أظهرت كل مجموعة (WT Young ، WT القديمة ، HDAC3 or Ox/ox) عددًا كبيرًا من الجينات الناجم عن تدريب OLM ، أظهرت كل مجموعة تعبيرًا جينيًا فريدًا (الشكل 3A ، الجداول التكميلية 1-3). العقول القديمةمُنظَّمة في كلٍّ من النوع البري الصغير ومجموعات الثور / الثور HDAC3 القديمة التي لا تظهر زيادات ناتجة عن التجربة في الحصين من النوع البري القديم. هذه هي الجينات التي تفشل في التعبير بشكل طبيعي في الدماغ القديم بعد تدريب OLM ولكن يتم إنقاذها عن طريق حذف HDAC3 وبالتالي قد تعمل كآلية من خلالها يؤدي حذف HDAC3 إلى تخفيف ضعف الذاكرة المرتبط بالعمر. تم تحديد أربعة جينات في هذه المجموعة: Nr4a1 و Egr1 و Tsc22d3 و Per1. كل هذه الجينات متورطة على نطاق واسع في تكوين الذاكرة ، على الرغم من أن هذه هي الدراسة الأولى لإثبات أن التعبير الناجم عن التجربة عن هذه الجينات يتضرر مع تقدم العمر ويتم إنقاذه بحذف HDAC3.

يؤدي حذف HDAC3 إلى تحسين العيوب المرتبطة بالعمر في Per1. من بين الجينات التي تم تحديدها من خلال RNA-seq ، كانت الفترة 1 (PER1) هي الأكثر تسببًا في تدريب OLM في مجموعة HDAC3 ox/ox (الشكل 3C). هذا الهدف مثير للاهتمام بشكل خاص ، حيث تتم دراسة Per1 عادةً في سياق إيقاعات الساعة البيولوجية ولكن تم أيضًا تورطه في قرن آمونذاكرةتشكيل نظرًا لأنه من المعروف أن الشيخوخة مصحوبة بضعف في الإيقاع اليومي والذاكرة مرتبطة بوقت اليوم 2،30 ، فقد يمثل هدف HDAC3 هذا واجهة حرجة وغير مكتشفة بين الشيخوخة وتعديل الكروماتين والساعة اليومية.

لمزيد من فحص تعبير Per1 في HDAC3 plus / plus القديمة وحيوانات الثور HDAC3 القديمة ، استخدمنا RT-qPCR و ChIP- qPCR. لقد وجدنا أن تدريب OLM فشل في تحفيز تنظيم PER1 في الحصين الظهري من 18- mo hdac3 plus / plus الفئران ، ولكن في غياب hdac3 (hdac3 -ox / ox) ، تسببت تدريب OLM في زيادة في per1 mRNA ( الشكل 3 و). قمنا أيضًا بقياس التعبير عن جينين إضافيين يلعبان دورًا موثقًا جيدًا على المدى الطويلذاكرةتشكيل: قوس و cFos31. كان التعبير الناجم عن التجربة لـ Arc سليمًا في دماغ النوع البري المتقدم ولم يتأثر بحذف HDAC3 (الشكل التكميلي 3 ج). من ناحية أخرى ، فشل تعبير cFos عن طريق تدريب OLM في HDAC3 plus / plus hippocampus القديم ، لكن حذف HDAC3 لم يكن كافياً لاستعادة هذا الحث الفاشل (الشكل التكميلي 3D). لذلك فإن حذف HDAC3 يستعيد فقط التعبير عن مجموعة فرعية من الجينات التي تحدثها التجربة في الدماغ المتقدم في السن ، بما في ذلك Per1.

لتحديد ما إذا كان حذف HDAC3 يعيد التعبير عن Per1 عن طريق تعزيز أستلة هيستون جنبًا إلى جنب مع مروجها ، قمنا بعد ذلك بقياس أستلة هيستون 4 ، ليسين 8 (H4K8Ac) في موقع مروج Per1 CRE باستخدام الترسيب المناعي للكروماتين (ChIP-qPCR). H4K8Ac هو علامة لتنشيط النسخ ويعتقد أنه هدف لـ HDAC311،12. لم يغير تدريب OLM مستويات H4K8Ac في مروج Per1 في دماغ النوع البري القديم ولكن في غياب HDAC3 ، زادت مستويات H4K8Ac في مروج Per1 بشكل ملحوظ استجابة لتدريب OLM (الشكل 3g). بالنسبة إلى Arc و cFos ، لم نلاحظ أي تغيير في إشغال H4K8Ac عبر المجموعات (الشكل التكميلي 3 هـ ، و). تشير هذه النتائج معًا إلى أن حذف HDAC3 يزيد من acetylation في مروج Per1 والتعبير عنPer1 mRNA استجابةً للتعلم.

أحد الأسئلة المهمة هو ما إذا كانت التغييرات الملحوظة في PER1 ناتجة عن التغيرات في إيقاع الساعة البيولوجية لفئران HDAC3 ox/ ox. إذا أدى حذف HDAC3 في الحصين الظهري إلى تغيير إيقاع الساعة البيولوجية ، فقد يفسر ذلك التغييرات الملحوظة في كل من تعبير Per1 وعلى المدى الطويلذاكرةتشكيل - تكوين. لاستبعاد ذلك ، قمنا بتقييم إيقاع الساعة البيولوجية لـ Young (3- mo) والشيخوخة (18- mo) hdac3 or ox / ox الفئران و HDAC3 plus / plus بعد الانحدار aav-camkii-cre. بعد أسبوعين من الدخول في دورة فاتحة / مظلمة مدتها 12 ساعة (LD) ، تم وضع الفئران في ظلام مستمر (DD) لقياس إيقاعات الساعة البيولوجية الذاتية (الشكل التكميلي 4 أ). لم نلاحظ أي اختلاف في أنماط النشاط اليومي بين فئران HDAC3 plus / plus و HDAC3 ox / ox في أي من الفئتين العمريتين (الشكل التكميلي 4b-f) ، مما يشير إلى أن الحصين HDAC3 ليس له أي تأثير على إيقاع الساعة البيولوجية. وبالتالي ، لا يمكن تفسير التغييرات الملحوظة في تعبير Per1 وتكوين الذاكرة طويلة المدى بعد حذف HDAC3 بالتغيرات في إيقاع الساعة البيولوجية.

يتم تحفيز Per1 بواسطة تدريب OLM ويتم تنظيمه بواسطة HDAC3.

أردنا بعد ذلك تحديد ما إذا كان الحُصين Per1 مطلوبًا على المدى الطويلذاكرةتشكيل - تكوين. أولاً ، قمنا بتقييم ما إذا كان التعلم المعتمد على الحصين يؤدي عادةً إلى تعبير Per1 mRNA. لقد ضحينا بالفئران الصغيرة ({2}} شهرًا) من النوع البري 60 مترًا بعد الاستحواذ على OLM أو تكييف الخوف من السياق (CFC) 12. تم تنظيم تعبير Per1 mRNA بشكل كبير في الحيوانات المدربة إما باستخدام OLM (الشكل 4 أ) أو CFC (الشكل 4 ب) مقارنة بعناصر التحكم في المنزل ، مما يشير إلى أن تعبير Per1 mRNA يتم تحفيزها عادةً في الحُصين أثناء دمج الذاكرة لمهام متعددة.

لتحديد ما إذا كانت هذه الزيادة الناتجة عن التجربة في Per1 يمكن التوسط فيها من خلال HDAC3 ، استخدمنا بعد ذلك ChIP-qPCR لقياس إشغال HDAC3 بعد تدريب OLM في مواقع مختلفة جنبًا إلى جنب مع المروج Per1 في الحصين الصغير (الشكل 4 ج ، أعلى). وجدنا أن إشغال HDAC3 في مروج Per1 قد انخفض في جميع المواقع الثلاثة المختبرة بعد تدريب OLM (الشكل 4 ج ، أسفل). جنبًا إلى جنب مع اكتشافنا السابق أن حذف HDAC3 يستعيد كلا من الأسيتيلات في تعبير Per1 و Per1 mRNA (الشكل 3) ، يشير هذا بقوة إلى أن HDAC3 ينظم تعبير Per1 في الحصين الظهري وقد يساهم عدم انتظام HDAC3 في الإعاقات المرتبطة بالعمر في التجربة التي تسببها التجربة تعبير Per1. لذلك ، قد يكون PER1 جزءًا من آلية رئيسية يؤدي من خلالها حذف HDAC3 إلى تخفيف الضعف المرتبط بالعمر في الحصين على المدى الطويل.ذاكرةتشكيل - تكوين.