El papel de las anhidrasas carbónicas en la extinción de la memoria del miedo contextual
Mar 10, 2022
Para más información:ali.ma@wecistanche.com
Las anhidrasas carbónicas (CA; EC 4.2.1.1) son metaloenzimas presentes en los mamíferos con 16 isoformas que difieren en términos de actividad catalítica y distribución celular y tisular. CAS cataliza la conversión de CO, a bicarbonato y protones y está involucrado en varios procesos fisiológicos, incluyendoAprendizaje y Memoria.Aquí informamos que la integridad de la actividad de CA en el cerebro es necesaria para la consolidación de la extinción del miedo.memoria.Encontramos que la administración sistémica de acetazolamida, un inhibidor de CA, inmediatamente después de la sesión de extinción perjudicó de forma dependiente de la dosis la consolidación de la extinción del miedo.memoriade ratas entrenadas en condicionamiento del miedo contextual. La D-fenilalanina, un activador de CA, mostró una acción opuesta, mientras que C18, un inhibidor de CA impermeable a la membrana que no puede llegar al tejido cerebral, no tuvo ningún efecto. La administración simultánea de acetazolamida evitó por completo los efectos procognitivos de la D-fenilalanina. Mientras que la D fenilalanina potenció la extinción, la acetazolamida también deterioró la extinción cuando se infundió localmente en la corteza prefrontal ventromedial, la amígdala basolateral o la región CA1 del hipocampo. No se observaron efectos cuando se infundió acetazolamida o D-fenilalanina localmente en la sustancia negra pars compact. Además, la administración sistémica de acetazolamida inmediatamente después de la sesión de entrenamiento de extinción moduló la expresión de c-Fos en una prueba de retención en la corteza prefrontal ventromedial de ratas entrenadas en condicionamiento de miedo contextual. Estos hallazgos revelan que el compromiso de las CA en algunas regiones del cerebro es esencial para proporcionar al cerebro la resiliencia necesaria para garantizar la consolidación de la extinción de eventos emocionalmente destacados.
Las experiencias emocionales dejan huellas duraderas en el cerebro, como los recuerdos que se forman después de eventos estresantes que pueden ser inicialmente lábiles pero con el tiempo pueden volverse insensibles a la interrupción y pueden durar toda la vida a través de un proceso conocido como consolidación (1-3). Estememoriala persistencia es fundamental para que las personas respondan adecuadamente al peligro (4,5). La interrupción de estos recuerdos puede desencadenar respuestas de mala adaptación en enfermedades mentales como los trastornos obsesivo-compulsivos. fobias trastorno de estrés postraumático (TEPT) y ansiedad generalizada(6,7). Se puede obtener información que conduzca a mejores tratamientos de estos trastornos mediante una mejor comprensión de los mecanismos neuronales subyacentes.recuerdo emocional. La memoria es un proceso de varias etapas que incluye la adquisición. consolidación y recuperación (8). La recuperación reactiva una huella mnemotécnica, devolviéndola a un estado lábil y, en consecuencia, iniciando su reconsolidación o extinción. La reconsolidación permite la actualización de la memoria original, haciéndola persistente (9-11). Por el contrario, la extinción se refiere a un nuevo rastro de memoria que inhibe la recuperación de la memoria original (12,13).
Las tareas de aprendizaje motivadas por el miedo han contribuido en gran medida al conocimiento de la extinción.memoriay se consideran un modelo traslacional valioso para investigar trastornos como fobias, ansiedad y TEPT (5.12.14). La extinción forma la base de la terapia de exposición(15-17), actualmente el tratamiento estándar de oro para estos trastornos(18,19). Sin embargo, no todos los pacientes experimentan los efectos beneficiosos de esta terapia. Ya que la extinción no borra el originalmemoriapero es un nuevo aprendizaje el que inhibe su expresión (20), las conductas extinguidas pueden recuperarse espontáneamente con el tiempo (21, 22). Los fármacos que promueven la extinción del miedo podrían representar una estrategia terapéutica novedosa para tratar estos trastornos (19. 23-25)
Las anhidrasas carbónicas (CA; EC4.2.1.1) son enzimas presentes en los mamíferos con 16 isoformas que difieren en términos de actividad catalítica y distribución celular y tisular (26). CAS cataliza la conversión de CO, a bicarbonato y protones y está involucrado en varios procesos fisiológicos(27), incluyendomemoriaformación (28). Se encontró que la activación de CA mejora lamemoriaen ratas (29). De acuerdo con estos hallazgos, los ratones genéticamente deficientes en la isoforma CA IX se desempeñaron peor en la misma tarea que los compañeros de camada de tipo salvaje (30). Más recientemente, se informó que la administración del ampliamente utilizado inhibidor de CA acetazolamida (ACTZ) (31) a ratones CD1 redujo la actividad de CA en el cerebro y causó amnesia en la prueba de reconocimiento de objetos (OR). mientras que el tratamiento con D-fenilalanina (D-phen) mejoró la actividad CA y potenció la memoria OR como resultado de la activación de la quinasa regulada por señales extracelulares (ERK) (31,32). De acuerdo con estos resultados, la inhibición de las CA también perjudicó la consolidación de la memoria del miedo en ratas a través de la inhibición de la fosforilación de ERK (33). De este modo. es concebible que las CA también estén involucradas en la memoria de extinción del miedo.
Scheila Daiane Schmidt, Alessia Costa,Barbara Ranib, Eduarda Godfried Nachtigall, Maria Beatrice PassaniP,Fabrizio Carta, Alessio Nocentini, Jociane de Carvalho Myskiwd, Cristiane Regina Guerino Furinid, Claudiu T. Supuran, lvan lzquierdo, Patrizio Blandina, and Gustavo Provensi
Centro de la Memoria, Instituto del Cerebro de Ro Grande do Sul, Pontificia Universidad Católica de Rio Grande do Sul Porto Alegre 90619-900. Brasil Departamento de Ciencias de la Salud Universidad de Florencia, 50121 Horence, Ital; Departamento de Neurociencia, Psicología, Investigación de Medicamentos y Salud Infantil, Universidad de Florencia, 50121 Florencia, Italia; y "Instituto Nacional de Neurociencia Traslacional (INNT), Consejo Nacional de Investigación de Brasil, Universidad Federal de Río de Janeiro, Río de Janeiro 21941-902, Brasil
El presente estudio fue diseñado específicamente para abordar esta pregunta en ratas utilizando el condicionamiento del miedo contextual (CFC), un paradigma de aprendizaje asociativo que ha contribuido en gran medida a la comprensión de los procesos de extinción(34). La actividad de CA se moduló farmacológicamente con inhibidores y activadores de las enzimas que se administraron sistémica o localmente en áreas cerebrales involucradas enmemoria de extinción. La expresión de c-Fos también se evaluó en estas regiones del cerebro después de la prueba de retención. Los resultados indican que la modulación de CA en regiones cerebrales seleccionadas afecta la consolidación del miedo.memoria de extinción. Esto puede representar un mecanismo previamente inexplorado para desarrollar fármacos para mejorar el tratamiento de las enfermedades mentales.
Resultados
Efecto de la Administración Sistémica de Inhibidores de CA sobre la Memoria de Extinción del Miedo.
El diseño experimental se muestra en la Fig. LA. A las 24 h después del entrenamiento con CFC, los animales fueron expuestos a una sesión de entrenamiento de extinción de 30-min, seguida inmediatamente por la administración ip de ACTZ (10 mg/kg o 30 mg/kg) o 1-N-(4-sulfamofenv-etilo)-2,4,6-perclorato de trimetilpiridinio (C18; 30 mg/kg). Los controles recibieron inyecciones comparables de vehículos. Dado que la extinción es esencialmente un nuevo aprendizaje, el tratamiento aplicado después de la sesión de entrenamiento de extinción afectará la consolidación pero no la adquisición (35). Se entregó una prueba de retención de 3-min 24 h después de la sesión de extinción: los resultados se muestran en la Fig. 1B. Observamos que la congelación se extinguió a lo largo de las sesiones de extinción, como lo indica una disminución en el tiempo de congelación durante los 3 minutos finales (27-30) en comparación con los 3 minutos iniciales (0-3) (Fig. 1B). Esta es una clara indicación de que todas las ratas aprendieron la extinción de CFC. Además, la memoria de extinción duró al menos 24 h, ya que las ratas que recibieron vehículo pasaron mucho menos tiempo congeladas en la prueba de retención que en el intervalo inicial de 3-min (0-3) de la sesión de extinción (Fig. 1B) . Sin embargo, el comportamiento de congelamiento mostrado en la prueba de retención por ratas inyectadas con 30 mg/kg de ACTZ no difirió significativamente del expresado en los 3 min iniciales (0-3) de la sesión de extinción (Fig. 1B), revelando que ACTZ a esta dosis perjudicó la consolidación de la extinción de CFC. En consecuencia, las ratas inyectadas con 30 mg/kg de ACTZ pasaron significativamente más tiempo congeladas que todos los demás grupos de ratas en la prueba de retención (Fig. 1B).
El comportamiento de congelación no se vio afectado por cambios en la locomoción, ya que no se detectaron diferencias significativas en la actividad motora general al comparar animales tratados con vehículo con aquellos que recibieron 30 mg/kg de ACTZ o C18 (Apéndice SI, Fig. S2), de acuerdo con informes anteriores de nuestro y otros laboratorios(32,33). ACTZ a una dosis más baja (10 mg/kg) o C18 no perjudicó la consolidación de la extinción de CFC, ya que las ratas a las que se administró ACTZ 10 mg/kg o C18 pasaron mucho menos tiempo congeladas en la prueba de retención que durante los primeros 3 min ({{ 11}}) de la sesión de extinción (Fig. 1B). C18 es un inhibidor de CA que, a diferencia de ACTZ, no cruza la barrera hematoencefálica (36). Por lo tanto. la inhibición de la actividad periférica de CA provocada por C18 dejó intacta la consolidación de la extinción de CFC.
Extinción de CFC potenciada por p-Phen.
Probamos los efectos de la activación de CA en la extinción de CFC mediante la administración de D-phen, un activador de varias isoformas de CA (37). D-phen (300 mg/kg IP.) no influyó en la locomoción (Apéndice SI, Fig. S2). El diseño experimental se muestra en la Fig. 24. A las 24 h después del entrenamiento con CFC, los animales fueron expuestos a una sesión de entrenamiento de extinción de 15- min, seguida inmediatamente por la administración IP de D-phen (300 mg/kg) con o sin ACTZ (30 mg/kg). Los controles recibieron inyecciones comparables de vehículos.
Para evaluar un efecto potenciador, se indujo un protocolo de extinción más débil acortando la sesión de extinción a 15 min. según estudios previos(38). Los resultados se muestran en la figura 2B. Las ratas tratadas con vehículo no mostraron diferencias significativas en la duración de la congelación en los 3 min iniciales (0-3) y finales (12-15) de la sesión de extinción o en la prueba de retención (Fig. 2B). Por el contrario, las ratas tratadas con D-phen pasaron mucho menos tiempo congeladas que las ratas tratadas con vehículo en la prueba de retención (Fig. 2B). También demostraron un comportamiento de congelación significativamente menor en la prueba de retención que durante los 3 min iniciales (0-3) o los 3 min finales (12-15) de la sesión de entrenamiento de extinción (Fig. 2B). Por lo tanto, la administración de D-phen a 300 mg/kg mejoró la memoria de extinción, ya que una sesión de extinción corta que normalmente no produce memoria de extinción a largo plazo fue efectiva.
Para evaluar si el aprendizaje mejorado en ratas tratadas con D-phen puede depender de la activación de CA, probamos los efectos de ACTZ (30 mg/kg IP) sobre los efectos procognitivos provocados por 300 mg/kg de D-phen (Fig. 2B ). Las ratas de este grupo recibieron tanto D-phen como ACTZ a través de IP separadas. inyecciones al final de la sesión de entrenamiento de extinción (Fig.24). Estas ratas no difirieron significativamente en el tiempo de congelación en la prueba de retención ni en los 3 min iniciales (0-3) y finales (12-15) de la sesión de extinción. Además, el tiempo de congelación en la retención no fue significativamente diferente del de los animales tratados con vehículo (Fig. 2B). Las ratas tratadas con D-phen/ACTZ pasaron mucho más tiempo congeladas que las ratas que recibieron D-phen solo (Fig. 2B). Por lo tanto, la inhibición de CA abolió la mejora de la memoria de extinción provocada por D-phen.
Efecto de la administración local de ACT en regiones cerebrales seleccionadas sobre la extinción de CEC. Luego preguntamos si las infusiones locales de ACTZ en la corteza prefrontal ventromedial (vmPFC), la amígdala basolateral (BLA). la región CA1 del hipocampo dorsal (CA1) o la sustancia negra pars compacta (SNpc) afectaron la extinción de CFC. Todos los animales, distribuidos en cuatro subgrupos experimentales según la región cerebral investigada, fueron sometidos a una sesión de entrenamiento CFC y, 24 h después, a una sesión de entrenamiento de extinción 30-min. seguido inmediatamente por infusiones bilaterales de ACTZ (10 nmol/lado) o vehículo en áreas separadas del cerebro (Fig. 3A). Se realizó una prueba de retención de 3-min 24 h después de la sesión de extinción (Fig. 3A4). Los efectos de la infusión de fármacos en el vmPFC se muestran en la Fig. 3B.
La congelación se extinguió a lo largo de la sesión de extinción en ambos grupos de animales, ya que su duración en los 3 min finales (27-30) fue significativamente menor que en los 3 min iniciales (0-3) (Fig. 3B). La memoria de extinción duró al menos 24 h desde que en la prueba de retención. Las ratas tratadas con vehículo mostraron un comportamiento de congelación significativamente reducido en comparación con el observado durante los primeros 3 minutos (0-3) de la sesión de extinción (Fig. 3B). Sin embargo, el tiempo de congelación de las ratas infundidas con ACTZ en la prueba de retención fue significativamente más largo que durante los últimos 3 minutos (27-30) de la sesión de entrenamiento de extinción (Fig. 3B). Además, en la prueba de retención, las ratas tratadas con ACIZ se congelaron durante un período significativamente más largo que las ratas tratadas con vehículo (Fig. 3B).
Los efectos de la infusión de ACTZ en el BLA se muestran en la Fig. 3C. Todos los animales aprendieron la extinción ya que la duración de la congelación en los 3 minutos finales (27-30) fue significativamente más corta que en los 3 minutos iniciales (0-3 ) de la sesión de extinción (Fig. 3C). El recuerdo de la extinción fue duradero. como las ratas tratadas con vehículo exhibieron un comportamiento de congelación significativamente reducido en la prueba de retención que durante los primeros 3 minutos (0-3) de la sesión de entrenamiento de extinción (Fig. 3C), por el contrario, las ratas que recibieron ACTZ infusión en el BLA exhibieron un comportamiento significativamente más largo tiempo de congelación en la prueba de retención que durante los últimos 3 minutos (27-30) de la sesión de entrenamiento de extinción (Fig. 3C). Además, el comportamiento de congelación fue significativamente más largo en estas ratas en comparación con las ratas tratadas con vehículo en la prueba de retención.
La Fig. 3D muestra los efectos de la infusión de ACTZ en la región CA1 del hipocampo. La congelación se extinguió en ambos grupos de animales a lo largo de la sesión de extinción, con una duración significativamente menor en los 3 minutos finales (27-30) en comparación con los 3 minutos iniciales (0-3) (Fig. 3D). Sin embargo, en la prueba de retención, las ratas tratadas con vehículo exhibieron un tiempo de congelación significativamente más corto en comparación con el observado durante los 3 minutos iniciales (0-3) de la sesión de entrenamiento de extinción. Las ratas infundidas con ACTZ tuvieron un tiempo de congelación significativamente más largo en la prueba de retención que en los últimos 3 minutos (27-30) de la sesión de extinción (Fig. 3D). Además, las ratas infundidas con ACTZ exhibieron un tiempo de congelación significativamente más largo. tiempo que las ratas tratadas con vehículo en la prueba de retención (Fig. 3D). Los efectos de la infusión de ACTZ en el SNpc se muestran en la Fig. 3E. La congelación se extinguió a lo largo de la sesión de entrenamiento de extinción en ambos grupos experimentales, con una caída significativa en la duración en el intervalo final (27-30)3-min en comparación con el inicial (0-3){{21 }}intervalo min (Fig. 3E). En la prueba de retención, el tiempo de congelación no difirió entre las ratas tratadas con vehículo y ACTZ, pero fue significativamente más corto que el observado durante los 3 minutos iniciales (0-3) de la sesión de entrenamiento de extinción (Fig. 3E ). Tomados en conjunto, estos hallazgos sugieren que la inactivación de CA en vmPFC, BLA y CA1, pero no en SNpc, perjudicó la consolidación de la extinción de CFC.
Efecto de la administración local de p-Phen en regiones cerebrales seleccionadas sobre la extinción de CFC.
Para respaldar aún más la observación de que la inactivación de CA por la administración de ACTZ en vmPFC, BLA y CAl, pero no en SNpc, debilitó la consolidación de la extinción de CFC, probamos si la activación de CA en las mismas regiones condujo a los resultados opuestos. El diseño experimental se muestra en la Fig. 4A. Todos los animales, distribuidos en cuatro subconjuntos experimentales según la región cerebral investigada, fueron sometidos a un entrenamiento CFC y, 24 h más tarde, a una sesión de 15- min de entrenamiento de extinción, seguida inmediatamente de infusiones bilaterales de p-phen (50 nmol /lado) o vehículo en regiones cerebrales separadas. Para evaluar un efecto potenciador, la sesión de extinción se acortó a 15 min para inducir una extinción más débil. según el presente estudio y estudios previos (38). Los efectos de la infusión de fármacos en el vmPFC se muestran en la Fig. 4B.
La comparación de los 3-min (0-3) iniciales con los 3-min (12-15) finales de congelación reveló que la congelación se extinguió durante una sesión de extinción de 15-min en ratas tratadas tanto con vehículos como con D-phen; sin embargo, el efecto duró poco, ya que el tiempo de congelación de las ratas tratadas con vehículo no difirió significativamente entre los 3 min iniciales (0-3) de la sesión de extinción y en la prueba de retención (Fig. 4B). En la prueba de retención, las ratas que recibieron D-phen pasaron significativamente menos tiempo congeladas en comparación con las ratas tratadas con vehículo (Fig. 4B). Además, el tiempo de congelación de los animales tratados con D-phen fue significativamente más corto en la prueba de retención que durante los 3 minutos iniciales (0-3) de la sesión de entrenamiento de extinción (Fig. 4B). Los efectos de la infusión de D-phen en el BLA se muestran en la Fig. 4C. La congelación se extinguió a lo largo de la sesión de extinción, ya que su duración en los últimos 3 min (12-15) fue significativamente más corta que la de los 3-min iniciales (0-3) tanto en vehículo como en D. ratas tratadas con phen (Fig. 4C). Sin embargo, en la prueba de retención, el comportamiento de congelación de las ratas tratadas con vehículo no fue significativamente diferente del exhibido durante los primeros 3 minutos (0-3) de la sesión de extinción, lo que indica que el aprendizaje de extinción fue de corta duración (Fig. 4C). Por el contrario, las ratas que recibieron D-phen exhibieron un tiempo de congelación significativamente más corto en la prueba de retención que durante los 3 minutos iniciales (0-3) de la sesión de extinción (Fig. 4C). Además, en la prueba de retención, las ratas tratadas con D-phen pasaron significativamente menos tiempo congeladas en comparación con las ratas tratadas con vehículo (Fig. 4C). La Fig. 4D muestra los efectos de la infusión de D-phen en la región CA1 del hipocampo.
La extinción ocurrió en todas las ratas ya que la duración de la congelación durante la sesión de extinción disminuyó significativamente en los 3 minutos finales (12-15) en comparación con los 3 minutos iniciales (0-3) (Fig. 4D). Pero esto no fue largo -duración, ya que el tiempo de congelación de las ratas tratadas con vehículo no fue significativamente diferente entre los 3 min iniciales (0-3) de la sesión de extinción y en la prueba de retención (Fig. 4D). Las ratas tratadas con D-phen exhibieron un tiempo de congelación significativamente más corto en la prueba de retención que durante los 3 min iniciales (0-3) de la sesión de extinción (Fig. 4D). El tiempo de congelación en la prueba de retención fue significativamente más corto en las ratas infundidas con D-phen en comparación con las ratas tratadas con vehículo (Fig. 4D).
Los efectos de la infusión de D-phen en el SNpc se muestran en la Fig. 4E. La congelación se extinguió a lo largo de la sesión de entrenamiento de extinción, con una duración significativamente menor en los 3 minutos finales (12-15) en comparación con los 3 minutos iniciales (0-3). Los tiempos de congelación de las ratas tratadas con vehículo y D-phen no difirieron significativamente en la prueba de retención, y no difirieron significativamente de los observados durante los 3 minutos iniciales (0-3) de la sesión de extinción (Fig. 4E). Tomados en conjunto, estos hallazgos sugieren que la activación de CA en vmPFC, BLA y CAl, pero no en SNpc, potenció la consolidación de la extinción de CFC.
Administración sistémica de ACTZ Expresión modulada de c-Fos en la corteza prefrontal ventromedial. Las ratas se entrenaron en CFC y 24 horas después se expusieron a una sesión de entrenamiento de extinción de 30-min, seguida inmediatamente por la administración ip de ACTZ (30 mg/kg) o vehículo. Las ratas se sacrificaron 90 minutos después de la prueba de retención (Fig. 5A). En línea con los resultados mostrados en la Fig. 1B. todas las ratas aprendieron la extinción de CFC, que duró al menos 24 h (Apéndice SI, Fig. S1); sin embargo, en las ratas inyectadas con 30 mg/kg de ACTZ, el comportamiento de congelación exhibido en la prueba de retención no difirió significativamente del expresado en los 3 min iniciales (0-3) de la sesión de entrenamiento de extinción (Apéndice SI. Fig. S1).confirmando que ACTZ a esta dosis perjudicó la consolidación de la extinción de CFC. Encontramos que la expresión de c-Fos en vmPFC fue significativamente mayor en ratas que recibieron ACTZ en comparación con las ratas tratadas con vehículo (Fig. 5C), mientras que no se encontraron diferencias en la expresión de c-Fos en BLA.CA1.o SNpc de ratas tratadas con ACTZ y los tratados con vehículo (Apéndice SI, Fig. S3).
Discusión
La recuperación espontánea de los recuerdos del miedo puede ocurrir en cualquier momento y desencadena mucha angustia en las personas afectadas por trastornos basados en el miedo, como el TEPT, la ansiedad generalizada y las fobias. El tratamiento recomendado para estos trastornos es la terapia de exposición (39), durante la cual los recuerdos de extinción anulan el recuerdo del miedo original. Sin embargo, la terapia de exposición no siempre es eficaz y el miedo original suele recaer espontáneamente después de la extinción. sugiriendo que la extinción forma una nueva memoria que inhibe o compite con el miedo original pero no lo borra(34, 40). De este modo. Se necesitan intervenciones novedosas que puedan aumentar la extinción y el aprendizaje inhibitorio. Además de los métodos conductuales implementados durante la psicoterapia y las técnicas de estimulación basadas en dispositivos que mejoran o reducen la actividad en diferentes regiones del cerebro, también existe un apoyo cada vez mayor para los nuevos fármacos que pueden aumentar la extinción y el aprendizaje inhibitorio. específicamente cuando se combina con psicoterapia basada en la exposición (41-43). Se necesita más investigación de los procesos de extinción para identificar los objetivos de estos nuevos fármacos.
Aquí examinamos el papel de las CA en la memoria de extinción del miedo en ratas evaluando los efectos sistémicos de dos inhibidores de CA, ACTZ(31) y C18(37), y de un activador de CA, D-phen (38). Descubrimos que las CA en el cerebro están implicadas en los mecanismos de extinción del miedo. La administración de ACTZ (30 mg/kg IP.) pero no de C18, un compuesto que no penetra en el cerebro, inmediatamente después de la sesión de extinción perjudicó la consolidación de la memoria de extinción del miedo. Está ampliamente aceptado que la extinción de una respuesta conductual requiere un nuevo aprendizaje inhibitorio (5,34,44). Nuestros resultados concuerdan con evidencia anterior que sugiere que la actividad de las CA cerebrales es necesaria para la formación de nuevos recuerdos, ya que la inactivación de las CA cerebrales afecta la formación de la memoria espacial y del miedo (28,33). De acuerdo con estos hallazgos, los ratones genéticamente deficientes en la La isoforma CAIX expuesta a la prueba del laberinto acuático de Morris tuvo más dificultades que sus compañeros de camada de tipo salvaje para aprender a encontrar la plataforma oculta(30). Más recientemente, nuestro grupo de investigación informó que la administración sistémica de ACTZ a ratones CD1 macho provocó amnesia en la prueba de reconocimiento de objetos(32). También se ha informado de un efecto perjudicial sobre la cognición por ACTZ en humanos. como un estudio aleatorizado, doble ciego, controlado con placebo mostró que este inhibidor de CA perjudicó el rendimiento cognitivo, la función ejecutiva, la memoria a corto plazo y la atención sostenida durante la exposición aguda a gran altitud (45).
Anteriormente informamos que la administración sistémica de ACTZ (30 mg/kg ip) disminuyó significativamente la actividad de CA en el cerebro del ratón (32). En el presente estudio. ACIZ causó amnesia a la misma dosis utilizada en nuestro trabajo anterior; por lo tanto, es concebible que se produjera un deterioro de la memoria de extinción como consecuencia de la inhibición de CA. Por lo tanto, se esperaría que el aumento de la actividad de CA mejorara la memoria de extinción. Nuestros resultados apoyan esta idea; la administración de D-phen, un activador de CA, produjo memoria de extinción de miedo de larga duración cuando se administró inmediatamente después de la sesión de extinción. En consecuencia, la administración de D-phen a ratones CD1 mejoró la memoria en la prueba OR y aumentó la actividad CA cerebral (32). La coadministración de ACTZ bloqueó por completo la mejora de la memoria provocada por p-phen tanto en el presente estudio como en el estudio anterior(32), lo que indica claramente un papel fundamental de la activación de CA como mecanismo subyacente y descarta posibles contribuciones de otros efectos de D-phen. tales como la facilitación de la síntesis y/o transmisión de neurotransmisores aminérgicos (32).
Usando la administración local de ACTZ o D-phen en regiones discretas del cerebro, el presente estudio demuestra que las CA tienen un papel fundamental en la consolidación de la memoria de extinción en el vmPFC. BLA y CA1. Todas estas regiones están involucradas en la extinción de la memoria, como lo demuestran estudios que utilizan técnicas que van desde lesiones tisulares hasta enfoques farmacológicos, optogenéticos y quimiogenéticos (22,46). Por el contrario, las CA en el SNpc no están involucradas en este proceso, al menos no en las condiciones experimentales exploradas en el presente estudio. Nuestro estudio demuestra inequívocamente que la activación de CA en estas regiones del cerebro es necesaria para garantizar la consolidación de la memoria de extinción. Los circuitos neuronales que involucran vmPFC, BLA y CAl también se han implicado en la adquisición, consolidación y recuperación de la memoria del miedo (34). Aunque los procesos mnemotécnicos para la consolidación y extinción de la memoria del miedo comparten algunos mecanismos y vías moleculares similares (34), los patrones de activación neuronal y los mecanismos de transducción de señales neuronales dentro de los circuitos de consolidación y extinción del miedo muestran marcadas diferencias (13, 22, 47). Estas diferencias pueden ser conferidas por disimilitudes procedimentales en cuanto a la presencia o ausencia del estímulo incondicionado.
Durante el condicionamiento del miedo, los circuitos cerebrales se activan por la exposición del animal tanto a un estímulo incondicionado (choque) como a un estímulo condicionado (en nuestro caso, el contexto), mientras que la extinción del miedo se induce presentando solo el estímulo condicionado. Varias proteínas quinasas (Fyn, CDK5, PKA y PKC), proteínas fosfatasas (calcineurina y SHP1/2), factores de transcripción y genes tempranos inmediatos (CARP. CREB.c-Fos, c-Jun. JunB. y June) vienen en juego durante el condicionamiento o la extinción del miedo, aumentando o disminuyendo de varias maneras (revisado en la referencia 47). El deterioro tanto de la consolidación de la memoria del miedo (33) como de la extinción (el presente estudio) parece estar asociado con una actividad reducida de CA cerebral. El cerebro es rico en varias isoformas de CA, distribuidas diferencialmente en diferentes regiones del cerebro (26). Dado que ACTZ es un inhibidor no selectivo de varias de estas isoformas, su efecto puede enmascarar distintas contribuciones de diferentes isoformas (48) y la participación específica de ciertas áreas del cerebro (ver más abajo).
Los hallazgos de varios estudios centrados en el papel de mi PFC en la extinción indican que las neuronas de esta región son necesarias para el aprendizaje de la extinción (12). En particular, se descubrió que la estimulación breve de la corteza infralímbica (una subregión de la vmPFC) reduce la memoria del miedo y fortalece la extinción (12, 49). Más recientemente, se descubrió que la administración sistémica de ACTZ inhibe in vivo la activación de una sola unidad cortical prefrontal, lo que conduce a una actividad neuronal basal reducida de la corteza prefrontal (50). En conjunto, estos hallazgos sugieren que ACTZ afecta la memoria de extinción del miedo a través de la inhibición de la activación de vmPFC.
A los 90 min después de la prueba de retención de extinción, los núcleos inmunopositivos para cFos eran numerosos en la vmPFC de ratas tratadas con ACTZ, significativamente más numerosos que en las ratas tratadas con vehículo. La interpretación más parsimoniosa de nuestros resultados sugiere que las ratas tratadas con ACTZ exhibieron altos niveles de comportamiento de congelación y un mayor número de núcleos positivos para c-Fos en el vmPFC en la retención. ya que no consolidaron la extinción sino que recordaron el entrenamiento CFC administrado 48 h antes. Por cierto. mucha evidencia experimental sugiere un papel clave del PFC en el procesamiento y recuperación de recuerdos de miedo contextuales remotos (51, 52) y durante la consolidación de la extinción, en lugar de después de una prueba de retención (52-54). La inmunotinción de c-Fos en la región BLA y CA1 del hipocampo después de la recuperación de la extinción fue baja en los cerebros de las ratas tratadas con vehículo y no fue significativamente diferente de la de los cerebros de las ratas tratadas con ACTZ. Se ha descrito un papel limitado en el tiempo de las neuronas BLA y CA1 en la recuperación de la memoria del miedo (55) que puede explicar por qué detectamos una inmunotinción de c-Fos muy baja en ratas que no aprendieron la extinción (tratadas con ACTZ) y supuestamente recordaron la experiencia de entrenamiento . Es más. se ha informado una regulación bidireccional de la inducción de c-Fos en el mPFC (alto) y el BLA (bajo) durante el entrenamiento de extinción y la recuperación espontánea (56, 57); sin embargo, otros estudios han encontrado una alta expresión de c-Fos en BLA y CA1 después de la recuperación de la extinción(54). La literatura que cubre el papel del hipocampo en el recuerdo y la extinción de la memoria del miedo es amplia y bastante controvertida (revisada en la ref. 52). Orsini et al.(58) no encontraron un aumento significativo de la expresión de c-Fos en el hipocampo ventral de ratas extinguidas, y otro estudio no encontró un aumento significativo de cFos en el hipocampo dorsal en el recuerdo remoto contextual de miedo de extinción(59). Además, los primeros trabajos sugirieron que la participación del hipocampo dorsal en la consolidación contextual se limita al período inicial de la fase de memorización (60). Los estudios antes mencionados utilizaron diferentes protocolos (por ejemplo, extinción auditiva, sesiones de extinción repetidas durante varios días), lo que puede ser parcialmente responsable de estas discrepancias. Claramente. se necesita más trabajo para explorar estos controvertidos resultados.
En conclusión, el presente estudio proporciona varias ideas importantes sobre la participación de las CA en la memoria del miedo. Hemos demostrado que (i) la inhibición selectiva de CA en el cerebro se correlaciona con deficiencias de extinción; () la activación selectiva de CA en el cerebro tiene un efecto beneficioso sobre la extinción; y (i) la actividad de CA está involucrada en la modulación de la extinción solo en regiones específicas del cerebro. Los mecanismos subyacentes a los efectos de las CA en la extinción siguen siendo en su mayoría desconocidos. Al inhibir las CA, ACTZ disminuye la capacidad de amortiguamiento. influyendo así en el pH intracelular y extracelular y afectando a las proteínas, NMDA. y función del receptor del ácido y-aminobutírico (GABA) (51). Los inhibidores de CA también aumentan la acumulación de CO2 intracelular. bloquear el transporte de aniones y aumentar los niveles de GABA. conduciendo a la modulación de la velocidad de disparo (61). Los primeros estudios demostraron que en la región del hipocampo CA1, la activación asociada de entradas multisinápticas en las neuronas piramidales transforma transitoriamente los potenciales postsinápticos inhibidores GABAérgicos (IPSP) en potenciales postsinápticos excitadores (62-64). Las entradas sinápticas transformadas de las interneuronas GABAérgicas proporcionan un mecanismo para modular el flujo de señales a través de la red del hipocampo, mejorando la relación señal-ruido y amplificando selectivamente los pesos sinápticos relevantes para una memoria en particular(64). Esta transformación sináptica depende de un flujo de HCO3-transmembrana despolarizante que es reducido o eliminado por ACTZ(64). Además, en presencia de p-phen, las entradas subliminales a las neuronas piramidales cambiaron los IPSP mediados por GABA a respuestas despolarizantes (65). La modificación del flujo de información a través de la red del hipocampo puede explicar los efectos de deterioro de la memoria de ACTZ. La salida del hipocampo al mPFC también se vería afectada por los inhibidores de CA, ya que se descubrió que ACTZ aumenta el impulso aferente del hipocampo mientras reduce la actividad neuronal basal de las neuronas de la corteza prefrontal (50).
Recientemente se informó que ACTZ inhibe la fosforilación de ERK inducida por el condicionamiento del miedo en la amígdala (33), en consonancia con el deterioro informado de la extinción (66. En este sentido, es importante señalar que se ha encontrado que la administración de D-phen activa rápidamente vías ERK en la corteza y el hipocampo y para mejorar la memoria OR (32) y el rendimiento del laberinto de agua (29).
La extinción de respuestas no deseadas, cuando se exponen a recuerdos de traumas previos, es un proceso central que subyace a la terapia de exposición. Los fármacos sistémicos que facilitan la extinción, como los cannabinoides, los fármacos noradrenérgicos, histaminérgicos y los factores neurotróficos, podrían ser útiles para mejorar la respuesta clínica de las terapias basadas en la exposición(3.5.12). Según los resultados de este estudio, los activadores de CA cerebrales(67), como moléculas capaces de mejorar la extinción, pueden mejorar el tratamiento basado en la exposición de trastornos como fobias, ansiedad y PISD. Los potenciales clínicos de estos compuestos no se ven disminuidos por la falta de conocimiento sobre el mecanismo subyacente, aunque los intentos de optimizar su uso tendrán una probabilidad mucho mayor de éxito cuando se comprenda su mecanismo para provocar la atenuación del miedo.
Materiales y métodos
Se compraron ratas Wistar macho de tres meses de Chares River Lab-oratories Italia y se alojaron en grupo en el Centro de Servicios para Alojamiento de Animales de Laboratorio (CeSAL), Universidad de Florencia. El condicionamiento del miedo se llevó a cabo con tres descargas eléctricas en los pies (0.5 mA 2 s) a intervalos de 30- s. La extinción del condicionamiento del miedo contextual se realizó como se describió anteriormente (38,68) con pocas modificaciones. Luego, 24 h más tarde, los animales se colocaron en la misma cámara para una sesión de entrenamiento de extinción de 15- o 30- min (dependiendo del conjunto experimental) en ausencia de descargas en las patas. Inmediatamente después de estas sesiones, se administró vehículo, activador de CA (p-phen) o inhibidor de CA (ACTZ o C18) ya sea sistémicamente (ip) o infundido localmente en regiones cerebrales seleccionadas a través de cánulas estereotáxicas implantadas bilateralmente. El tiempo que el animal pasó congelado fue registrado manualmente por un observador entrenado que desconocía los tratamientos. y las diferencias estadísticamente significativas entre los grupos experimentales se determinaron con medidas repetidas ANOVA de dos vías. La fuente de la significación detectada se determinó utilizando los valores de P de la prueba post hoc de comparación múltiple de Bonferroni.<0.05 were="" considered="" statistically="" significant.="" detail="" of="" statistical="" analysis="" is="" provided="" in="" s/appendix,="" table="">
Para las mediciones de c-Fos, las ratas fueron entrenadas en la tarea CFC y después de 24 h fueron sometidas a un entrenamiento de extinción de 30-min. Inmediatamente después de esta sesión, recibieron una inyección IP de un vehículo o ACTZ 30 mg. Se realizó una prueba de retención de 3-min 24 h después de la sesión de entrenamiento de extinción. Las ratas se sacrificaron 90 minutos después de la prueba de retención y luego se perfundieron transcardiacamente con solución fisiológica fría. seguido de b 4 por ciento (paraformaldehído valval en tampón de fosfato 0,1 M (pH 7,4). Las preparaciones de tejido, la inmunotinción y el análisis se realizaron como se describió anteriormente (69). Se usó la prueba t de Student para comparar el número de c-Fo{{ 15}}núcleos positivos entre diferentes grupos experimentales.
Los detalles del protocolo de estudio y una lista de materiales están disponibles en el S/Apéndice. Los datos sin procesar que respaldan los hallazgos de este estudio se proporcionan en el conjunto de datos S1. Las solicitudes de información adicional deben dirigirse a los autores correspondientes.
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