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

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

Arrière-plan

L’hippocampe, une zone cérébrale liée à la mémoire, dépend de mécanismes biologiques complexes qui régissent la plasticité synaptique. TIMP2, une protéine, est impliquée dans ces activités qui ralentissent avec l’âge. Selon les chercheurs, TIMP2 est un composant essentiel du sang jeune qui favorise la régénération cérébrale chez les vieilles souris. Les détails moléculaires et cellulaires reliant TIMP2 à la fonction de l’hippocampe restent cependant inconnus. La fonction TIMP2 est essentielle pour comprendre son fonctionnement normal et identifier des traitements possibles pour les maladies cérébrales liées à l’âge, car ses niveaux diminuent avec le vieillissement.

À propos de l’étude

Dans la présente étude, les chercheurs ont étudié la manière dont TIMP2 régule les composants de l’ECM de l’hippocampe impliqués dans les processus associés 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. Les hippocampes murins ont été disséqués 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 la manière dont les altérations transcriptomiques peuvent dénoter 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 cellulaire. 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 seuil de poids moléculaire élevé implantées dans les hippocampes.

Les tissus ont été analysés immunohistochimiquement et photographiés par microscopie confocale pour quantifier Homer1 et Aggrecan puncta. Les cellules granulaires du gyrus denté (DG) ont été injectées avec des colorants ionophorétiques pour la caractérisation de la colonne dendritique. Des expériences telles que la nouvelle reconnaissance de localisation, le conditionnement contextuel de la peur et le labyrinthe de Barnes ont été réalisées pour tester le comportement basé sur l’hippocampe.

Les chercheurs ont évalué une nouvelle reconnaissance de localisation chez des souris en les exposant à un terrain découvert pendant six minutes avant des expositions consécutives à deux objets dans des endroits fixes pendant trois essais. Pour la reconnaissance de nouveaux sites, 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.

Le lendemain, les niveaux de congélation ont été testés. Au cours de quatre essais, des souris ont parcouru un labyrinthe circulaire en utilisant des indices visuels pour alterner les trous d’évacuation dans l’expérience du labyrinthe de Barnes. 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 essais ont été notées.

Résultats

TIMP2 était abondant dans la matrice extracellulaire du cerveau et était exprimé de manière significative par les neurones hippocampiques CA1 et CA3. La suppression de TIMP2 a entraîné des altérations du transcriptome dans les tissus hippocampiques associées aux processus de neurogenèse adulte et de plasticité synaptique. L’ensemble de gènes du module le plus significativement régulé négativement, « turquoise pâle », était fortement enrichi pour les voies liées à la « neurogenèse », à la « synapse » et à « l’arbre dendritique », indiquant que TIMP2 pourrait avoir un impact sur la plasticité. La suppression de TIMP2 a diminué le nombre de SRY. -Box Progéniteurs neuronaux positifs au facteur transcriptionnel 2 (Sox2+) et neurones immatures doublecortine positifs (DCX+).

Le déficit en TIMP2 a diminué le nombre d’épines de type dendritique dans les cellules DG, entraînant des déficits de mémoire dépendants de l’hippocampe. TIMP2 a diminué l’accumulation de protéines ECM près des synapses DG, ce qui concorde avec l’accumulation de MEC dans l’hippocampe observée avec l’âge, comme en témoigne l’augmentation substantielle de la colocalisation de l’aggrécane avec Homer1.

En outre, la suppression de TIMP2 a altéré la migration des neuroblastes à travers des réseaux denses de MEC dans la niche neurogène, indiquant un renouvellement dérégulé de la matrice extracellulaire et une réplication du dépôt de MEC observés dans les cerveaux âgés, comme en témoignent les niveaux significativement accrus de métalloprotéinase matricielle 2 (MMP2) et une augmentation significative de la densité de aggrecan puncta dans la couche moléculaire DG.

La plupart des cellules sécrétant TIMP2 étaient colorées NeuN-positives, ce qui indique que les cellules neuronales étaient la principale source de TIMP2. Le modèle murin de délétion de TIMP2 des neurones, qui démontrait les anomalies fonctionnelles observées chez les animaux knock-out de TIMP2, plaidait en outre en faveur de l’implication du pool neuronal de TIMP2 dans la détermination de la fonction hippocampique liée à la plasticité.

Les souris knock-out TIMP2 avaient une préférence moindre pour les éléments d’entraînement lorsqu’elles étaient déplacées, ce qui montre que TIMP2 joue un rôle essentiel dans la mémoire spatiale. Ils ont également affiché moins de comportements de gel, indiquant une diminution de la discrimination contextuelle liée à l’hippocampe. L’expérience du labyrinthe de Barnes a démontré que les souris TIMP2 KO utilisaient moins de stratégies dépendantes de l’hippocampe et avaient des scores cognitifs plus faibles que les souris WT, ce qui indique que les souris TIMP2 KO avaient une fonction dépendante de l’hippocampe altérée.

Conclusion

Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont montré que la neurogenèse adulte médiée par TIMP2 neuronal, l’accumulation de MEC et la mémoire dépendante de l’hippocampe. Le remodelage TIMP2 augmente la plasticité synaptique, cruciale pour la mémoire. Le timing précis de TIMP2 et son implication dans diverses classes de colonne vertébrale pourraient être étudiés dans des études futures. 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 vie et sur les sous-types neuronaux pourraient donner de nouvelles informations.