SIRT1 Regulation of Wakefulness and Senescence-Like Fenotype in Wake Neurons Journal of

Abstract

Introducere

Starea de veghe este esențială pentru vigilență și funcția cognitivă optimă, dar este afectată în numeroase condiții metabolice. Somnolența excesivă în timpul zilei și/sau vigilența afectată apar cu prevalență crescută în obezitate, diabet, depresie, tulburări neurodegenerative și îmbătrânire (Chasens și colab., 2009; Gozal și Kheirandish-Gozal, 2009; Hawley și colab., 2010). Mecanismele prin care tulburările metabolice pot afecta veghe sunt slab înțelese.

Starea de veghe este modulată de mai multe grupuri de neuroni activi de veghe (WAN), incluzând neuronii colinergici din creierul bazal, creierul mediu și pons, neuronii orexinergici și histaminergici din hipotalamus și neuronii serotoninergici, dopaminergici și noradrenergici din midbrain și poni ( Fuller și colab., 2006). WAN-urile sunt sensibile la diferite perturbații metabolice, răspunzând fie prin schimbări de activitate, fie prin măsuri de rănire. Provocările metabolice, de exemplu, dishomeostaza glucozei sau oxigenului, influențează activitatea WAN (Figlewicz și colab., 1996; Petrisić și colab., 1997). Modificările proeminente legate de vârstă în WAN includ pierderea dendritelor, axonopatia, reducerea enzimelor de sinteză a neurotransmițătorilor și, în populații selectate, acumularea de lipofuscină și pierderea celulelor (Mann, 1983; Ishida și colab., 2001; Zecca și colab., 2004) . WAN-urile pot fi rănite la începutul cursului mai multor tulburări neurodegenerative, inclusiv bolile Alzheimer, Parkinson și Huntington și scleroza laterală amiotrofică (Chan-Palay și Asan, 1989; Zarow și colab., 2003; Benarroch și colab., 2009). Astfel, se pare că, la fel ca starea de veghe, WAN-urile sunt sensibile la diverse perturbări metabolice.

Sirtuinele sunt recunoscute ca fiind integrate în numeroase adaptări metabolice în diverse tipuri de celule. Regulatorul de informație silențios 2 (SIR2) a fost descris în drojdie ca o durată de viață extinsă (Gotta și colab., 1997). SIRT1, cel mai apropiat ortolog de mamifer de drojdia SIR2, funcționează ca o deacetilază dependentă de nicotinamidă adenină dinucleotidică pentru ținte histonice și non-histonice (Imai și colab., 2000). În calitate de regulator transcripțional sensibil la nivel metabolic, SIRT1 servește la protejarea celulelor de dishomeostazie metabolică, prin inițierea unei game largi de răspunsuri adaptive la perturbațiile nutrienților și redox (Boily și colab., 2008). Activarea SIRT1 a receptorului-γ coactivator-1α activat cu proliferatorul peroxizomului îmbunătățește biogeneza mitocondrială, optimizează raportul suprafață/volum mitocondrial pentru a reduce producția de specii reactive de oxigen și montează o apărare antioxidantă (Nemoto și colab., 2005; Aquilano și colab., 2010). SIRT1 promovează homeostazia energetică prin modificări de deacetilare a factorilor de transcripție FOXO (Nie și colab., 2009). Autofagia, o sursă importantă de energie în neuroni, este, de asemenea, reglementată de SIRT1 (Salminen și Kaarniranta, 2009; Kume și colab., 2010). Dishomeostaza severă metabolică sau redox poate suprima activitatea SIRT1 (Zee și colab., 2010).

În această serie de studii, am examinat populațiile de WAN-uri pentru prezența SIRT1, găsind SIRT1 prezent în nucleele WAN-urilor. Am explorat apoi rolul SIRT1 în veghe și în integritatea rețelelor WAN. Pierderea condiționată a SIRT1 la șoarecii adulți tineri are ca rezultat un fenotip asemănător senescenței în WAN, inclusiv pierderea enzimelor cheie neurotransmițătoare sau neuropeptidă, pierderea dendritelor și axonilor și a acumulării accelerate de lipofuscină (agregate de proteine și lipide oxidate ireversibil). Pierderea progresivă a acumulării nucleare SIRT1 și lipofuscină are loc în timpul îmbătrânirii normale în WAN. Concluzionăm că SIRT1 protejează rețelele WAN și este esențial pentru starea de veghe normală. Pierderea legată de vârstă a SIRT1 contribuie probabil la o sensibilitate crescută la procesele neurodegenerative.

Materiale și metode

Studiile au fost efectuate la Universitatea din Pennsylvania cu aprobarea Comitetului instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor și au fost conforme cu Institutul Național de Sănătate revizuit al Biroului Politicii de bunăstare a animalelor de laborator. Șoarecii au fost adăpostiți în cuști de patru până la cinci, cu hrană și apă disponibile ad libitum. Au fost utilizate trei seturi de șoareci: șoareci masculi C57BL/6J de tip sălbatic (cu vârste cuprinse între 2, 12 și 24 de luni), șoareci transgenici SIRT1 [tip sălbatic (WT), +/− și -/- colegi de gunoi] pe un fundal (Vârsta de 6-8 luni) care au fost generate așa cum s-a descris anterior (Boily și colab., 2008) și B6; 129 - Șoareci Sirt1 tm1Ygu/J cu o ștergere condiționată a exonului 4 din gena SIRT1 (SIRT1 flx/flx) cu șoareci WT de aceeași tulpină de fond, B6; 129F1/J (6-8 luni) (Cheng și colab., 2003).

Knockdown SIRT1 condiționat al întregului creier.

Vectorii virali adeno-asociați (AAV) au fost proiectați pentru distribuția pe scară largă a cre-recombinazei în creierul șoarecelui adult, așa cum a fost descris anterior și validat (Cearley și Wolfe, 2007). Practic, un promotor de citomegalovirus (CMV) și transgena cre-recombinază au fost încorporați într-un genom recombinant AAV2, ambalat încrucișat fie într-un vector AAV1, fie AAV9. Universitatea din Pennsylvania Vector Core a realizat proiectarea, ambalarea, purificarea și măsurarea titrurilor vectoriale. Pentru a examina efectele pierderii SIRT1 la șoarecele adult, șoarecii SIRT1 flx/flx și martorii au fost anesteziați cu ketamină/xilazină (80 și respectiv 20 mg/kg, ip, respectiv) și injectați cu AAV2/1 (10 nl,> 2 13 GC/ml) intracerebroventricular (n = 4 SIRT1 flx/flx și 4 controale) sau AAV2/9 (3-5 nl,> 2 13 GC/ml) care vizează creierul central rostral (bregma, -4,3 mm; dorsoventral, 2,7 mm; mediolateral, 0 mm) și pons dorsal bilateral (bregma, −5,4; dorsoventral, 3,5 mm; mediolateral, 1 mm), referindu-se dorsoventral 0 mm la dură la locul injectării (n = 8 SIRT1 flx/flx și 6 controale).

Hibridizare in situ.

Implantarea de electrozi pentru înregistrarea stării comportamentale.

Șoarecii au fost implantați cu electrozi de argint ai mușchiului craniului și gâtului pentru înregistrări ale somnului cu electrozi electromiografici bilaterali frontali și occipitali electroencefalografici și nucali, așa cum s-a detaliat anterior (Veasey și colab., 2000). La două săptămâni după operație, fiecare șoarece a fost conectat la cabluri de înregistrare contraponderate cu un comutator pentru înregistrarea semnalelor electromiografice digitale digitalizate și rectificate în mișcare (Veasey și colab., 2000). Șoarecii au primit 1 săptămână pentru a se adapta la cablurile de conectare, susținute de capacitatea de a sta complet în poziție verticală pe membrele posterioare și de a manevra rapid toate colțurile coliviei. Înregistrările au fost colectate în următoarele 2 săptămâni.