La protéine TIMP2 identifiée comme un facteur clé de la plasticité cérébrale et de la mémoire

Dans une étude récente publiée dans Psychiatrie neuronaleLes chercheurs ont examiné les processus moléculaires et cellulaires régulés par l’inhibiteur tissulaire des métalloprotéinases-2 (TIMP2) dans la matrice extracellulaire (ECM) de l’hippocampe du cerveau adulte.

arrière-plan

L’hippocampe, une zone cérébrale liée à la mémoire, dépend de mécanismes biologiques complexes qui contrôlent la plasticité synaptique. Ces activités impliquent TIMP2, une protéine qui ralentit avec l’âge. Selon les chercheurs, TIMP2 est un composant crucial du sang des adolescents qui favorise la régénération cérébrale chez les souris âgées. Cependant, les détails moléculaires et cellulaires liant TIMP2 à la fonction hippocampique restent inconnus. La fonction de TIMP2 est cruciale pour comprendre son fonctionnement normal et identifier des traitements potentiels pour les maladies cérébrales liées à l’âge, car ses niveaux diminuent avec l’âge.

À propos de l’étude

Dans la présente étude, les chercheurs ont examiné comment TIMP2 régule les composants de l’ECM de l’hippocampe impliqués dans les processus liés à la mémoire et à la plasticité.

Des souris TIMP2fl/fl, TIMP2 knock-out (KO) et de type sauvage (WT) (SynCre/+) ont été utilisées pour les expériences. Des hippocampes de souris ont été préparés pour effectuer le séquençage de l’acide ribonucléique (ARN). Les gènes différentiellement exprimés (DEG) ont été évalués dans le cadre de l’analyse d’enrichissement des ensembles de gènes (GSEA) pour mieux comprendre comment les changements transcriptomiques peuvent indiquer des processus biologiques altérés.

Une analyse pondérée du réseau de co-expression génique (WGCNA) a été réalisée sur les gènes afin d’identifier les modules présentant des modèles d’expression corrélés basés sur le génotype TIMP2. Les souris ont reçu 150 milligrammes par kg de 5-bromo-2′-désoxyuridine (BrdU) par voie intrapéritonéale (ip) un jour avant le sacrifice pour évaluer la prolifération cellulaire ou tous les jours pendant cinq jours, suivis d’une perfusion ou d’un sacrifice quatre semaines plus tard pour déterminer le devenir des cellules. enquête. Une microdialyse a été réalisée in vivo pour détecter les niveaux de TIMP2 dans les hippocampes de souris WT à l’aide de sondes de seuil de poids moléculaire élevé implantées dans les hippocampes.

Les tissus ont été analysés par voie immunohistochimique et photographiés par microscopie confocale pour quantifier Homer1 et Aggrecan puncta. Les cellules granulaires du gyrus denté (DG) ont été injectées avec des colorants iontophorétiques pour caractériser la colonne dendritique. Des expériences telles que la détection de nouveaux emplacements, le conditionnement contextuel de la peur et le labyrinthe de Barnes ont été menées pour tester le comportement basé sur l’hippocampe.

Les chercheurs ont examiné une nouvelle reconnaissance de localisation chez des souris en les exposant à un champ ouvert pendant six minutes avant de les exposer à deux objets consécutifs dans des emplacements fixes pendant trois essais. Pour la détection de nouveaux emplacements, l’indice de discrimination a été calculé manuellement. Le conditionnement de la peur a été réalisé à l’aide d’un paradigme à deux chocs dans lequel les souris ont été exposées à des signaux lumineux appariés et à une tonalité de 1 000 Hz pendant 30 secondes, suivis d’un léger choc au pied.

Les valeurs de congélation ont été testées le lendemain. Dans quatre essais, des souris ont parcouru un labyrinthe circulaire dans le cadre de l’expérience du labyrinthe de Barnes, en utilisant des repères visuels pour trouver d’autres trous d’évacuation. Les techniques de recherche ont été classées en séries, localisées, aléatoires, ciblées, par balayage, directes, ciblées et focales. Le troisième jour, les performances cognitives des expériences ont été évaluées.

Résultats

TIMP2 était abondant dans la matrice extracellulaire cérébrale et était exprimé de manière significative par les neurones hippocampiques CA1 et CA3. La suppression de TIMP2 a entraîné des modifications du transcriptome dans le tissu hippocampique associées aux processus de neurogenèse adulte et de plasticité synaptique. L’ensemble génétique du module le plus régulé négativement, « Pale Turquoise », était fortement enrichi en voies liées à la « neurogenèse », à la « synapse » et à « l’arbre dendritique », ce qui suggère que TIMP2 pourrait influencer la plasticité. La suppression de TIMP2 a réduit de manière significative le nombre de progéniteurs neuronaux positifs au facteur de transcription SRY-box 2 (Sox2+) et de neurones immatures doublecortine-positifs (DCX+).

Le déficit en TIMP2 a réduit le nombre d’épines de type dendritique dans les cellules DG, entraînant des déficits de mémoire dépendants de l’hippocampe. TIMP2 a réduit l’accumulation de protéines ECM à proximité des synapses DG, ce qui est cohérent avec l’accumulation d’ECM dans l’hippocampe observée avec l’âge, comme en témoigne l’augmentation significative de la colocalisation de l’aggrécane avec Homer1.

De plus, la suppression de TIMP2 a altéré la migration des neuroblastes à travers les réseaux denses de MEC dans la niche neurogène, indiquant un renouvellement dérégulé de la matrice extracellulaire et un dépôt réplicatif de MEC observés dans les cerveaux âgés, comme en témoignent les niveaux matriciels nettement accrus. La densité de l’aggrecan puncta dans la couche moléculaire du DG est démontrée.

La plupart des cellules sécrétant TIMP2 présentaient une coloration NeuN-positive, ce qui suggère que les cellules neuronales étaient la principale source de TIMP2. Le modèle murin de suppression de TIMP2 dans les neurones, qui présentait les anomalies fonctionnelles observées chez les animaux knock-out de TIMP2, confortait en outre l’implication du pool neuronal de TIMP2 dans la détermination de la fonction hippocampique liée à la plasticité.

Les souris knock-out TIMP2 ont montré une préférence moindre pour les éléments d’entraînement pendant l’exercice, démontrant que TIMP2 joue un rôle important dans la mémoire spatiale. Ils ont également montré un comportement moins figé, ce qui suggère une discrimination contextuelle réduite liée à l’hippocampe. L’expérience du labyrinthe de Barnes a montré que les souris TIMP2-KO utilisaient moins de stratégies dépendantes de l’hippocampe et avaient de moins bons résultats cognitifs que les souris WT, ce qui suggère que les souris TIMP2-KO avaient une fonction dépendante de l’hippocampe altérée.

Diplôme

Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont montré que la neurogenèse adulte médiée par TIMP2 neuronal, l’assemblage de la MEC et la mémoire dépendante de l’hippocampe. Le remodelage de TIMP2 augmente la plasticité synaptique, cruciale pour la mémoire. Le moment exact et l’implication de TIMP2 dans différentes classes de colonne vertébrale pourraient être étudiés dans de futures études. La surexpression de TIMP2 peut aider à expliquer les problèmes de mémoire, et des recherches plus approfondies sur la régulation de TIMP2 tout au long de la durée de vie et des sous-types neuronaux pourraient fournir de nouvelles informations.