Endurance temporelle des bienfaits induits par l'exercice sur la mémoire dépendante de l'hippocampe et la plasticité synaptique chez les souris femelles, partie 2

2.5. Préparation de tranches d'hippocampe in vitro

Peu de temps après l'acquisition de l'OLM, les souris ont été anesthésiées à l'isoflurane, décapitées et les cerveaux ont été rapidement retirés et immergés dans un milieu de dissection oxygéné et glacé contenant (en mM) : 124 NaCl, 3 KCl, 1,25 KH 2 PO 4, 5 MgSO 4, 0 CaCl 2, 26NaHCO 3 et 10 glucose.

Nous savons tous que le glucose est la principale source d’énergie du corps, mais saviez-vous qu’il contribue à améliorer la mémoire ?

Le glucose est excellent pour le fonctionnement cérébral, car il est le principal carburant du cerveau. Notre cerveau a besoin d’un apport constant d’énergie pour effectuer diverses tâches complexes telles que la réflexion, la cognition et la mémoire. À mesure que nos activités quotidiennes augmentent, les besoins énergétiques du cerveau augmentent également. Nous devons donc consommer suffisamment de glucose pour maintenir le fonctionnement du cerveau.

De plus, des études montrent que le glucose peut améliorer les capacités de mémoire du cerveau. Lors de l’exécution de tâches de mémoire, le cerveau a besoin de grandes quantités de glucose pour assurer la communication et la transmission d’informations entre un grand nombre de neurones. Si l’apport de glucose est insuffisant, la fonction de mémoire du cerveau sera affectée. Par conséquent, un apport suffisant en glucose est l’une des clés du maintien d’un fonctionnement cérébral sain.

Il existe de nombreuses sources de glucose, comme les céréales, les fruits, les légumes et les glucides de haute qualité. Il suffit de consommer raisonnablement ces aliments dans notre alimentation quotidienne pour obtenir suffisamment de glucose, favorisant ainsi un développement sain du cerveau.

En bref, le glucose est l’un des facteurs importants dans le maintien de la santé du cerveau et peut nous aider à mieux enregistrer et mémoriser les informations. Par conséquent, manger correctement et consommer suffisamment de glucose est non seulement bon pour le corps, mais aussi extrêmement important pour le cerveau. On voit que nous devons améliorer notre mémoire. Cistanche deserticola peut améliorer considérablement la mémoire, car Cistanche deserticola peut également réguler l'équilibre des neurotransmetteurs, comme en augmentant les niveaux d'acétylcholine et de facteurs de croissance. Ces substances sont très importantes pour la mémoire et l'apprentissage. En outre, la viande peut également améliorer la circulation sanguine et favoriser l'apport d'oxygène, ce qui peut garantir que le cerveau reçoive suffisamment de nutriments et d'énergie, améliorant ainsi sa vitalité et son endurance.

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Coupes coronales d'hippocampe (340 μm) (n=11 (0–0–0), 6 (14–0–{ {12}}), 10 (14-7-0), 8 (14-7-2) tranches de 6, 3, 5 et 5 souris) ont été préparées à l'aide d'un trancheur de tissus Leicavibrating (Modèle : VT1000S) avant d'être transférées dans un enregistrement d'interface contenant du liquide céphalo-rachidien (LCR) artificiel préchauffé de composition suivante (inmM) : 124 NaCl, 3 KCl, 1,25, KH 2 PO 4, 1,5 MgSO 4, 2,5 CaCl 2, 26 NaHCO 3 et 10 glucose et maintenu à 31 ± 10C. Les tranches ont été perfusées en continu avec cette solution à un débit de 1,75 à 2 ml/min tandis que la surface des tranches était exposée à 95 % d'O2 chaud et humidifié / 5 % de CO2. Les enregistrements ont commencé après au moins 2 heures d'incubation.

Les potentiels postsynaptiques excitateurs de champ (fEPSP) ont été enregistrés à partir des dendrites apicales de CA1b stratumradiatum à l'aide d'une seule pipette en verre remplie de NaCl 2 M (2 à 3 MΩ) en réponse à une stimulation orthodromique (fil de nichrome torsadé, diamètre de 65 µm) de projections Schaffercollatérales-commissurales dans CA1c. couche radiée. Les impulsions ont été administrées à 0,05 Hz en utilisant un courant qui a provoqué une réponse maximale sans pic de 50 %. Après avoir établi une ligne de base stable de 10 à 20- minutes, une potentialisation à long terme (LTP) a été induite en délivrant un seul épisode de 5 rafales « thêta », chaque rafale étant composée de quatre impulsions à 100 Hz et les salves elles-mêmes séparées de 200 ms ( c'est-à-dire stimulation thêta burst ou TBS). L'intensité de la stimulation n'a pas augmenté pendant le TBS.

Les chiffres sont présentés en moyenne ± SEM. La pente fEPSP a été mesurée avec une chute de 1 0 à 90 % et les données des chiffres sur la LTP ont été normalisées aux 20 dernières minutes de la ligne de base. Les mesures électrophysiologiques ont été analysées à l'aide d'une ANOVA unidirectionnelle, sauf indication contraire dans le texte. et le niveau de signification a été fixé à p inférieur ou égal à 0,05.

2.6. RT-qPCR

Le tissu de l'hippocampe dorsal a été conservé congelé à -80 degrés jusqu'au traitement. L'ARN a été isolé à l'aide de RNeasy Mini Kits (Qiagen) conformément aux instructions du fabricant et l'ARN total (50 ng) a été soumis à une transcription inverse. La synthèse de l'ADNc a été réalisée à l'aide du kit de transcription inverse d'ADNc haute capacité (Roche AppliedScience). Les amorces ont été conçues à l’aide de la bibliothèque de sondes universelles Roche ; toutes les amorces ont été obtenues auprès d'IDT et de sondes de la bibliothèque de sondes universelles de Roche et ont été utilisées pour le multiplexage dans la machine Roche Light-Cycle 480 II (Roche).

Pour la transcription bdnf exon VI et Hprt, nous avons conçu un test PrimeTime qPCR (IDT), car aucun test Universal Probe Library n'était disponible. Les amorces suivantes ont été utilisées : bdnf exon I : amorce directe (5′–3 ′): GCATCTGTTGGGGAGACAAG, amorce inverse (5′–3 ′): TCACCTGGTG-GAACATTGTG, sonde 56, bdnfexon IV : amorce directe (5′–3 ′) : GCTGCCTTGATGTTTACTTTGA, amorce inverse (5′–3′) : AAGGATGGT-CATCACTCTTCTCA, sonde 31, bdnf exonVI : amorce directe (5′–3′) : CTGGGAGGCTTTGATGAGAC, amorce inverse (5′–3′) : GCCTTCATG-CAACCGAAGTA, sonde : / 56-FAM/AGA CAG/Zen/AAGCGTGA-CAACAAT/3IABkFQ/; bdnf exon IX : amorce directe (5′ – 3 ′) : GCCTTTTGGAGCCTCCTCTAC, amorce inverse (5′ – 3 ′) : AAGGATGGTCATCACTCTTCTCA, sonde 31. Toutes les sondes cibles ont été conjuguées au colorantFAM.

Toutes les valeurs ont été normalisées à l'expression Hprt, qui utilisait les amorces suivantes : amorce directe (5′-3 ′): TGCTCGAGATGTCATGAAGG, amorce inverse (5′–3 ′): CTTTTATGTCCCCCGTT-GAC, sonde: /5HEX/AT CAC ATT G/Zen /T GGC CCT CTGT/3IABkFQ/. La normalisation des valeurs est ajustée à l'expression Hprt. Les données et les analyses statistiques sont réalisées à l'aide d'algorithmes propriétaires de Roche et du logiciel REST 2009 basé sur la méthode Plaffl (Pfaffl, 2001 ; Pfaffl et al., 2002).

2.7. analyses statistiques

La taille des échantillons dans cette étude était similaire à celles généralement utilisées dans le domaine, y compris celles rapportées dans des publications précédentes (par exemple Butler et al., 2019 ; Keizer et al., 2021 ; Kwapis et al., 2018, 2020. ; López et al., 2019 ; Vogel-Ciernia et al., 2013), bien qu'aucune méthode statistique n'ait été utilisée pour prédéterminer la taille des échantillons. Les analyses statistiques ont été effectuées en utilisant une ANOVA unidirectionnelle (Fig. 1, 2D, 3B, 4, S1C – F, S2 C – F) ou une ANOVA bidirectionnelle (Fig. 2A – C, S1A – B, S2 A – B). suivis de tests t corrigés par Tukey pour comparer les groupes individuels. Des comparaisons planifiées simples pour évaluer les scores de l'indice de discrimination (DI) ont été effectuées au sein du groupe afin de comparer la formation et le test DI à l'aide du test t de Student (Fig. 1D). L'ANOVA bidirectionnelle comportait des facteurs de phase œstrale et de condition d'exercice (Fig. 2A – B), de phase œstrale et de jour (Fig. 2C) ou de condition d'exercice et de jour (Fig. S1 A – B, S2 A – B). Toutes les statistiques ont été réalisées avec le logiciel GraphPad Prism 8. Les principaux effets et interactions pour toutes les ANOVA sont décrits dans le texte. Toutes les analyses étaient bilatérales et nécessitaient une valeur de 0,05 pour être significative. Les barres d'erreur dans tous les chiffres représentent SEM.

3. Résultats
3.1. L'exercice permet la formation de mémoire à long terme dans des conditions d'acquisition inférieures au seuil chez la souris femelle

Précédemment, nous avons démontré que 14 jours d'exercice chez des souris mâles facilitent l'apprentissage dans des conditions d'acquisition inférieures au seuil de la tâche OLM qui est supprimée après 7 jours de retard sédentaire (Butler et al., 2019). De plus, un sous-seuil 2d de réactivation de l'exercice après cette période de retard sédentaire peut réactiver les bénéfices initiaux de l'exercice 14d pour induire des bénéfices sur la cognition. Au niveau moléculaire, le BDNF hippocampique induit par l'exercice diminue également de manière significative de 7 à 14 jours après l'exercice et peut être re-facilité avec un deuxième entraînement de roue ultérieur (Berchtold et al., 2005, Berchtold et al., 2010). Collectivement, le paradigme de l'exercice composé de 14 jours d'exercice initial, 7 jours de retard de sédentarité et 2 jours d'exercice de réactivation semble capturer la dynamique temporelle des bénéfices induits par l'exercice chez les hommes.

Autrement dit, l’exercice initial entraîne des bénéfices cognitifs qui, même s’ils deviennent dormants lorsque l’exercice cesse, peuvent être réactivés par un exercice ultérieur de faible niveau. Par conséquent, nous examinons si des paramètres d’exercice similaires engagent et maintiennent également les bénéfices cognitifs de l’exercice chez les femmes. Nous avons soumis des souris femelles à différents programmes d'exercices consistant en un exercice initial (14 jours ou 0 jours) suivi d'un délai asédentaire (7 jours ou 0 jours) et d'un exercice de réactivation (2 jours ou 0 jours). ) avant l'acquisition et le test OLM (Fig. 1A).

Pour sonder les effets bénéfiques de l'exercice sur les performances de la mémoire, les souris ont reçu une session d'acquisition sous-seuil de 3- minutes au cours de laquelle les emplacements distincts (A1 et A2) de deux objets identiques ont été appris. Chez les souris mâles, cette durée d'entraînement a été démontrée comme un sous-seuil de codage chez les animaux sédentaires (Butler et al., 2019 ; Intlekofer et al., 2013 ; Malvaez et al., 2013 ; McQuown et al., 2011). Le jour du test, l'un des objets situés aux emplacements d'origine a été déplacé vers un nouvel emplacement (A3) et le temps passé à explorer l'emplacement de chaque objet a été examiné. Étant donné que les souris présentent une préférence innée pour la nouveauté, l'OLM à long terme est mise en évidence par une plus grande exploration de l'emplacement du nouvel objet par rapport à l'objet à l'emplacement fixe.

Les paramètres d'exercice ont affecté les performances de la mémoire le jour du test (Fig. 1D ; ANOVA unidirectionnelle, groupe F (3,27)=7.66, p=0.{{10}} 007), où 14 jours d'exercice initial (14–0–0) ont conduit à des performances de mémoire à long terme robustes par rapport au groupe témoin sédentaire ({{ 22}}–0–0) (Test post hoc de Tukey Fig.1D, p=0.003). Un retard sédentaire de 7- jours a entraîné une diminution des performances par rapport au groupe d'exercice initial 14-0-0 (Fig. 1D Test post-hoc de Tukey, p =0.007) et une différence non significative par rapport au groupe témoin. (0–0–0) (Fig. 1D Post-Hotest de Tukey, p=0.985).

Pour déterminer si les bénéfices de l'exercice initial sont maintenus tout au long du retard sédentaire, un groupe d'animaux a été soumis à 2 jours d'exercice de réactivation avant l'acquisition de l'OLM après un retard sédentaire (14-7-2). Les souris de la cohorte d'exercices d'activation (14–7–2) ont affiché des scores DI significativement plus élevés par rapport aux deux contrôles sédentaires (0–0–0) (Fig. 1D Test post-hoc de Tukey, p=0.019) et cohortes de retard sédentaire (14–7–0) (test post hoc de Tukey Fig. 1D, p=0.043).

Les comparaisons au sein des groupes (Fig. 1D, signification indiquée par le symbole # dans les barres) des scores DI du jour d'acquisition par rapport au jour du test révèlent des scores DI plus élevés pendant le test par rapport à l'entraînement uniquement pour les 14–0–{{4} } (t (12)=8.449, p=0.00{{20}}1) et 14–7–2 groupes (t (14)= 4.991, p=0.0002), mais pas le 0–{{55 }}–0 (t (14)=1.871, p=0.082) ou 14–7–0 groupes (t(14 ) {{30}}.844, p=0.086), confirmant en outre la réussite de la formation OLM à long terme uniquement dans l'exercice initial (14-0-0) et l'exercice de réactivation (14-7 –2) cohortes. Les performances des tests n'ont pas été influencées par les différences de temps d'exploration des objets le jour du test (Fig. 1E ; ANOVA unidirectionnelle : F (3,27)=2.264, p=0.1038). Il est important de noter que chaque groupe d'exercices s'est habitué au contexte expérimental, mesuré par une réduction significative de la distance parcourue et de la vitesse moyenne au cours des séances d'habituation (Fig. S1 A – B supplémentaire ; jour d'habituation le plus chaud de Tukey, 1 contre 6, p < 0,05 pour 0–0–0. , groupes 14–7–0 et 14–7–2 ; p=0.07 pour le groupe 14–0–0).

Au cours de la session d'acquisition, les souris de tous les groupes ont présenté des scores d'indice de discrimination (DI) relativement faibles et similaires, indiquant un manque de préférence pour l'un ou l'autre jour d'entraînement aux objections dans les emplacements A1 et A2 (Fig. 1B ; ANOVA unidirectionnelle, DI : Groupe F ( 3,27) =2.604, p=0.0724). L'exploration globale des objets était également similaire entre les groupes (Fig. 1C ; ANOVA unidirectionnelle, DI : Groupe F (3,27)=1.243, p=0.3137), indiquant que les préférences d'objet ou les différences en exploration ne contribuent pas aux différences observées dans les performances des tests. Ensemble, ces données démontrent que 14 jours d'un exercice initial améliorent la formation de la mémoire de localisation des objets dans des conditions d'acquisition inférieures au seuil chez les souris femelles. Cet effet est maintenu tout au long de la période de retard de la sédentarité et les bénéfices peuvent être réactivés avec une 2e séance d'exercices de désactivation.

3.2. La phase oestrale affecte l'activité volontaire de fonctionnement des roues, mais pas les performances OLM

Le cycle œstral des rongeurs femelles s'étend généralement sur 4 à 5 jours, au cours desquels les hormones reproductives fluctuent naturellement (Becker et al., 2017 ; Becker et Koob, 2016). En effet, l'activité de fonctionnement des roues varie tout au long du cycle œstral, suggérant le rôle des hormones sexuelles circulantes dans la modulation de l'activité physique des rongeurs femelles (Novak et al., 2012 ; Sherwin, 1998). Ainsi, nous comparons la distance de course à travers différentes phases du cycle œstral pour évaluer le rôle du cycle œstral sur le comportement de roulement des roues.

Concernant l'apprentissage et la mémoire, si certaines études ne rapportent aucun effet de la phase œstrale sur la performance comportementale des tâches de mémoire spatiale (Berry et al., 1997 ; Ter Horst et al., 2013 ; Keizer et al., 2017), d'autres suggèrent le contraire (Cordeira et al. al., 2018 ; Hokenson et al., 2021 ; Milad et al., 2009 ; Pompili et al., 2010 ; Tuscher et al., 2015 ; Warren et Juraska, 1997 ; Trask et al., 2020), y compris des performances améliorées de la tâche OLM pendant les phases de proestrus et d'oestrus (Frick & Berger-Sweeney, 2001 ; Frye et al., 2007 ; Paris & Frye, 2008 ; Pompili et al., 2010).

Par conséquent, nous comparons également les performances OLM entre les stades œstraux pendant les jours d'acquisition et de test afin d'identifier tout effet du cycle œstral sur les performances OLM au sein du groupe. En raison de la faible taille de l'échantillon, les souris en phases proestrus et œstrus ont été regroupées et les souris en metestrus et diestrus ont été regroupées. placé dans un autre groupe dans l'analyse de l'oestrus lors de l'acquisition et de la récupération. Dans une analyse de la distance de course, la course quotidienne a été représentée graphiquement avec les phases œsstrales effondrées en raison de la faible taille de l'échantillon et analysée avec toutes les phases séparées lors de l'évaluation de la distance de course moyenne sur la période initiale de 14-jours.

Aucun effet de l'oestrus sur la distance de course n'a été observé dans les évaluations de la course quotidienne (Fig. 2A ; ANOVA bidirectionnelle, Phase F (1,63)=0.10, p=0.748 ; Phase × Jour F (13 424) =0,66, p=0,798), mais un effet de la phase œstrale a été observé lorsque les phases œstrales étaient séparées et la distance moyenne de course a été évaluée (Fig. 2B ; sens unique ANOVA, phase F (3 511)=2,88, p=0,035), où les femelles en œstrus couraient significativement plus que les femelles en diestrus (Fig. Test post-hoc de Tukey, p=0 .034), mais pas les phases proestrus (p=0.133) ou métestrus (p=0.949).

Phase œstrale à l'entraînement (Fig. 2C ; ANOVA bidirectionnelle, PhaseF (1,23)=0.11, p=0.738 ; Phase × Groupe d'exercice F (3,23) {{10 }}.70, p=0.559) ou jour de test (Fig. 2D ; ANOVA bidirectionnelle, phase F (1,23)=1.79, p=0.193 ; Phase × Groupe d'exercices F (3,23)=0.20, p=0.894) n'a pas affecté les performances. Ensemble, nos données indiquent que, conformément à d'autres rapports sur l'oestrus et la distance de course, les souris en oestrus entraînent une plus grande distance de course globale.

3.3. La LTP hippocampique améliorée par l'exercice est maintenue tout au long de l'inactivité

Comme indiqué ci-dessus, nos paradigmes d'exercice facilitent l'OLM à long terme après 14 jours d'exercice et 2 jours d'exercice de réactivation. Par conséquent, nous avons demandé si la plasticité synaptique de l'hippocampe était également améliorée suite à un apprentissage facilité par l'exercice chez ces mêmes animaux (Fig.1A). Des tranches d'hippocampe aiguës ont été collectées et traitées pour mesurer les enregistrements de potentiels post-synaptiques excitateurs de champ (fEPSP) de la stratum radiatum du CA1b en réponse à la stimulation des projections collatérales-commissurales de Schaffer dans la stratumradiatum CA1c.

Pour examiner les changements dans la plasticité synaptique après l'apprentissage, nous avons appliqué un train unique de 5 stimulations thêta-burst (TBS) pour induire une potentialisation à long terme (LTP) dans les tranches collectées pendant la fenêtre de consolidation de la mémoire, 1 h après l'acquisition de l'OLM. Il a déjà été rapporté que cette forme de stimulation dépendante du BDNF induisait une potentialisation stable chez les souris (Acharya et al., 2019 ; Keizer et al., 2021 ; Kramár et al., 2004 ; Kwapis et al., 2018 ; Vogel-Ciernia et al., 2013 ; White et coll., 2016). Vingt minutes après le TBS, la pente fEPSP commence à se stabiliser à mesure que la LTP entre dans la phase de consolidation, au cours de laquelle des événements synaptiques dynamiques se produisent pour maintenir la force synaptique à long terme (G. Lynch, 1998).

Dans les tranches préparées à partir de toutes les souris, le TBS a produit une potentialisation robuste immédiate qui s'est décomposée puis s'est stabilisée au cours des 2 0 minutes suivantes (Fig. 3A). Une LTP stable, mesurée 50–60 minpost-TBS, a été observée dans des conditions d'exercice (Fig. 3B ; ANOVA unidirectionnelle F (3,31) =9.32, p=0.0002) où tous les groupes ayant fait de l'exercice ont montré une augmentation de la potentialisation moyenne par rapport au contrôle sédentaire (14–0–0 : p=0.003, 14–7–0 : p {{21} }.0002, 14–7–2 : p=0.033), indiquant une plasticité synaptique améliorée. Pour examiner si ce renforcement synaptique était dû à des changements dans la fonction neuronale de base au sein de l'hippocampe, nous avons généré des courbes d'entrée/sortie et mesuré les changements dans la facilitation des impulsions appariées.

Il n'y avait pas de différence significative entre les groupes dans la pente des courbes pour les réponses de pente fEPSP par rapport à l'ampleur de la volée de fibres (Fig. 3C ; ANOVA unidirectionnelle F (3,31)=0.35, p= 0. 79) ou facilitation par impulsions appariées (Fig. 3D ; ANOVA bidirectionnelle, groupe : F (3,31)=1.49, p =0.24, interaction : F (6,62) 1,70, p=0.13). Ensemble, ces données suggèrent qu'une période d'exercice initiale améliore la plasticité synaptique hippocampique qui persiste même après l'arrêt de l'exercice et après une séance d'exercice de réactivation sans altérer les fonctions neuronales de base. Il convient de noter que cette amélioration durable de la LTP de l'hippocampe est incompatible avec la diminution des performances OLM observée suite au retard sédentaire, que nous abordons dans la discussion.

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