Le cellule dell'ippocampo separano gli engram positivi e negativi

Jun 13, 2023

Biologia delle comunicazioni volume 5, numero articolo: 1009 (2022) Citare questo articolo

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L'ippocampo è coinvolto nell'elaborazione di una varietà di calcoli mnemonici, in particolare delle componenti spaziotemporali e delle dimensioni emotive della memoria contestuale. Studi recenti hanno dimostrato l'eterogeneità cellulare lungo l'asse dell'ippocampo. È stato dimostrato che l'ippocampo ventrale è importante nell'elaborazione delle emozioni e della valenza. Qui, combiniamo strategie di etichettatura dipendenti dall'attività basate su virus transgenici e tutti per visualizzare più engrammi specifici di valenza nel vHPC e dimostrare due popolazioni cellulari parzialmente segregate e proiezioni che rispondono a esperienze appetitive e avversive. Successivamente, utilizzando approcci di sequenziamento dell'RNA e sequenziamento della metilazione del DNA, scopriamo che le cellule engram appetitive e avversive vHPC mostrano diversi programmi trascrizionali e paesaggi di metilazione del DNA rispetto a una popolazione di engram neutrale. Inoltre, la manipolazione optogenetica dei corpi cellulari contrassegnati in vHPC non è sufficiente per guidare comportamenti appetitivi o avversivi nella preferenza di luogo in tempo reale, stimolazione dei terminali vHPC contrassegnati che si proiettano sull'amigdala e sul nucleo accumbens (NAc), ma non sulla corteccia prefrontale (PFC) , ha mostrato la preferenza e l'evitamento dell'unità di capacità. Questi terminali erano anche in grado di modificare la loro capacità di guidare il comportamento. Concludiamo che il vHPC contiene popolazioni di cellule geneticamente, cellulari e comportamentalmente separate che elaborano engrammi di memoria appetitivi e avversivi.

All'interno del cervello troviamo un ricco archivio di ricordi che possono essere permeati di informazioni con valenza positiva e negativa1,2,3. Queste esperienze lasciano cambiamenti strutturali e funzionali duraturi4 che vengono suddivisi in 1,5,6,7,8,9 insiemi discreti di cellule e circuiti che compongono l'engramma della memoria10. Studi recenti hanno visualizzato e manipolato con successo insiemi definiti di cellule precedentemente attive durante una singola esperienza10,11,12,13,14,15,16,17. Tuttavia, il modo in cui engrammi multipli di valenza variabile (di seguito definiti come cellule che rispondono in modo differenziale a eventi appetitivi o avversivi in ​​modo indipendente dallo stimolo18) siano rappresentati all'interno della stessa regione del cervello rimane poco compreso. Studi precedenti hanno suggerito che l’ippocampo ventrale (vHPC) delimita e trasmette selettivamente le informazioni emotive a vari bersagli a valle. Abbiamo cercato di caratterizzare le identità molecolari e cellulari e le funzioni comportamentalmente rilevanti delle cellule vHPC che elaborano engrammi appetitivi e avversivi, con particolare attenzione alla CA1 ventrale (vCA1). Per affrontare la questione di come vCA1 elabora molteplici esperienze emotive, abbiamo innanzitutto ideato una strategia che combina due metodi di tagging basati su cFos con immunoistochimica cfos endogena per visualizzare gli engrammi attraverso tre punti temporali discreti. Innanzitutto, abbiamo tracciato anatomicamente i modelli di proiezione delle cellule vCA1 marcate in modo appetitivo e avverso per misurare la sovrapposizione strutturale e la segregazione tra vari bersagli a valle. In secondo luogo, abbiamo eseguito il sequenziamento dell'RNA sull'intero genoma (RNA-seq) e il sequenziamento della metilazione del DNA per studiare le caratteristiche genetiche di questi insiemi di cellule. Infine, abbiamo testato comportamentalmente il ruolo causale e la flessibilità funzionale delle cellule vHPC sia nel corpo cellulare che in modo specifico per la proiezione.

Innanzitutto, per accedere alle cellule in più punti temporali e in modo dipendente dall'attività, all'interno del soggetto, abbiamo utilizzato l'animale transgenico a base di Fos, TRAP218, sotto il controllo di 4-idrossitamoxifene (4-OHT) accoppiato con un Fos interamente virale strategia basata sul controllo della doxiciclina10 (Dox) (Fig. 1a). Topi TRAP2 + che esprimono iCre-ERT2 ricombinasi, quando iniettati con DMSO invece di 4-OHT, non mostrano espressione di TdTomato (Figura 1 supplementare), sono stati iniettati bilateralmente con un cocktail di virus: AAV9-Flex-DIO-TdTomato e AAV-cFos -tTA+AAV-TRE-EYFP. La strategia cfos-tTA accoppia il promotore c-Fos al transattivatore della tetraciclina (tTA), che, nella sua forma proteica, si lega direttamente all'elemento di risposta alla tetraciclina (TRE) in modo doxiciclina-(Dox)-dipendente e guida l'espressione di una proteina di interesse (cioè EYFP). La combinazione di questi due sistemi indipendenti produce due finestre inducibili per taggare le cellule vHPC all'interno dello stesso soggetto (vedi Metodi).