Analysis of structural plasticity in the adult and adolescent mouse brain. Effects of erythropoietin

INTRODUCCIÓN Los organismos están sujetos diariamente a cambios que ocurren en su entorno y dentro del propio organismo. Estas entradas de información del medio externo e interno son integradas y analizadas por el organismo con el fin de dar una respuesta adecuada que asegure la supervivencia. Es crucial, por lo tanto, que el sistema responda de forma apropiada al amplio abanico de cambios y demandas que acontecen a lo largo de la vida del organismo. En este aspecto, el sistema nervioso se destaca como uno de los principales sistemas encargados de mantener el orden interno y reaccionar con cambios adaptativos a los eventos que lo rodean. Un funcionamiento aberrante del sistema da lugar a las diferentes enfermedades neuropsiquiátricas que se conocen actualmente. Aunque la mayoría de los organismos poseen un sistema nervioso, la complejidad varía enormemente ofreciéndonos una excelente visión de la evolución de este sistema. En el caso de los vertebrados, ha evolucionado de tal forma que lo convierte en uno de los sistemas más sofisticados que gobiernan la vida animal. En este aspecto, el sistema nervioso se puede dividir en dos regiones principales: el sistema nervioso central (SNC), que está formado por el cerebro y la médula espinal, y el sistema nervioso periférico (SNP), compuesto por todos los nervios aferentes y eferentes que conectan cada parte del cuerpo con el SNC. Aunque el sistema nervioso está formado por un conjunto muy diverso de células, podemos destacar dos grupos principales: las neuronas y las células gliales. Las neuronas son consideradas la unidad funcional principal del sistema nervioso y fueron profundamente estudiadas por Ramón y Cajal (Ramón y Cajal, 1909), asentando las primeras bases funcionales de este complejo sistema. A pesar de ser considerado como un sistema estático durante las últimas décadas, hoy en día se sabe que ciertas regiones conservan una marcada capacidad de remodelación, no solo durante el desarrollo sino también durante la edad adulta, aunque en menor proporción (Xerri, 2008). Dicha plasticidad está presente en condiciones normales y permite al sistema lidiar con nuevas experiencias, aprender y reaccionar adaptativamente a diferentes factores intrínsecos o extrínsecos. Dentro de estos procesos plásticos se encuentran las alteraciones en la estructura de las neuronas, conocido como plasticidad estructural, la cual puede ser modulada a través de cambios en la neurotransmisión, estructuras relacionadas con la plasticidad, o el efecto de diferentes factores tróficos y hormonas. La presente tesis se centrará en la plasticidad estructural de las neuronas y su modulación a través de diferentes paradigmas, en dos de las regiones cerebrales que mantienen una marcada plasticidad incluso en cerebro adulto: la corteza prefrontal (CPF) y el hipocampo. Descripción de las áreas de estudio: La CPF es una corteza asociativa ubicada en la parte anterior del lóbulo frontal del cerebro de los mamíferos (Fuster, 2015). Esta región del cerebro está implicada en la planificación del comportamiento cognitivo complejo, la memoria de trabajo, la toma de decisiones y la moderación del comportamiento social, entre otros (Carlson et al., 2006). Un mal funcionamiento de esta corteza conduce a una serie de afecciones patológicas involucradas en trastornos neuropsiquiátricos como la esquizofrenia, depresión severa o demencia (Bicks et al., 2015; Kolb and Gibb, 2015). Por otra parte, el hipocampo es una de las regiones más antiguas, altamente conservada en las diferentes especies (Allen and Fortin, 2013). Destaca por el papel clave que desempeña en la memoria a corto y largo plazo, pero también por su función en la navegación espacial, el comportamiento emocional y la regulación de las funciones hipotalámicas. Alteraciones que afectan la integridad de esta región están asociadas con diversos desórdenes como el Alzheimer, depresión, o esquizofrenia (Anand and Dhikav, 2012). Tipos neuronales estudiados: En general, las neuronas pueden clasificarse atendiendo a sus características estructurales, sus propiedades electrofisiológicas y sus propiedades neuroquímicas. De esta clasificación surgen dos tipos principales de neuronas: las neuronas excitadoras (entre las que destacan las neuronas piramidales por su gran proporción) y las neuronas inhibidoras, generalmente denominadas interneuronas. Ambas poblaciones están presentes en el CPF y el hipocampo (aunque con ciertas semejanzas y diferencias), y serán el objeto de estudio de la presente tesis. Las neuronas piramidales excitadoras son más numerosas y presentan una menor diversidad en comparación con las interneuronas (Thomson, 2007). Se trata de neuronas glutamatérgicas y, por lo tanto, liberan glutamato para su comunicación, el principal neurotransmisor excitador en el cerebro (Spruston, 2008; Van Aerde y Feldmeyer, 2015). Presentan una morfología caracterizada por un cuerpo celular de forma piramidal (soma), un solo axón y dos árboles dendríticos distintos, basal y apical (Spruston, 2008). Destaca la presencia de espinas dendríticas tanto en sus dendritas apicales como basales (Hotulainen and Hoogenraad, 2010; Rochefort and Konnerth, 2012). Las espinas dendríticas son pequeñas protuberancias que constituyen el elemento postsináptico en una sinapsis. Su función principal es proveer de un compartimento local para las vías de señalización y restringir la difusión de moléculas postsinápticas (Rochefort y Konnerth, 2012). En el elemento presináptico, el axón también muestra engrosamientos membranosos llamados botones axónicos que contienen y liberan las vesículas sinápticas que albergan los neurotransmisores (Kevenaar y Hoogenraad, 2015; Spruston, 2008). Ambas estructuras constituyen los elementos post y presinápticos de una sinapsis que regulan la llegada y salida, respectivamente, de las señales de comunicación con otras neuronas. Las interneuronas se caracterizan, generalmente, por la presencia de un axón corto de proyección local. Como neuronas inhibidoras, se consideran interneuronas GABAérgicas que utilizan el ácido gamma-aminobutírico (GABA) como neurotransmisor primario. Son menos numerosas, pero comprenden una amplia población (Booker y Vida, 2018; Defelipe et al., 2013). Sus diferentes dianas postsinápticas, las diferencias en el dominio subcelular, la conectividad y las propiedades intrínsecas de membrana hacen de ellas un grupo heterogéneo cuya clasificación ha sido objeto de debate hasta la fecha. En la presente tesis doctoral, se ha usado la clasificación molecular de la terminología de Petilla (Ascoli et al, 2008) la cual establece cinco tipos de interneuronas dependiendo de la expresión de diferentes proteínas quelantes de Ca2+ y neuropéptidos, como son: parvalbúmina, somatostatina, neuropéptido Y, péptido intestinal vasoactivo y colecistoquinina. Para los estudios de esta tesis, han sido de principal interés las interneuronas que expresan parvalbúmina, somatostatina y colecistoquinina. Las interneuronas que expresan parvalbúmina pueden clasificarse en dos grupos, células en cesto y células en candelabro, presentes tanto en el CPF como hipocampo (Tremblay et al., 2016; Booker y Vida, 2018). Las células en candelabro hacen sinapsis exclusivamente sobre el segmento inicial del axón de las neuronas piramidales, mientras que las células en cesto deben su nombre a las cestas perisomáticas que establecen alrededor del soma y dendritas proximales de las neuronas piramidales (Defelipe et al., 2013). En esta tesis, los estudios se han centrado principalmente en este último tipo, uno de los más estudiados por sus propiedades. Las células en cesto funcionan como mecanismos de relojería controlando el disparo y precisión de las células piramidales, probablemente a través del alto número de sinapsis que cada célula en cesto puede establecer con varias neuronas piramidales. El segundo gran tipo lo componen las interneuronas que expresan el neuropéptido somatostatina. Están presentes en toda la corteza cerebral, incluidos el CPF (Tremblay et al., 2016) y el hipocampo (Somogyi y Klausberger, 2005). En esta tesis, se han estudiado especialmente dos subpoblaciones de interneuronas que expresan somatostatina: las células de Martinotti en el CPF y las células O-LM en el hipocampo. Este tipo de interneuronas presenta una amplia gama de morfologías, pero su función principal es inhibir la parte distal del árbol dendrítico de las neuronas piramidales con el cual establecen contacto, generalmente en una comunicación recíproca (Scheyltjens y Arckens, 2016; Urban-Ciecko y Barth, 2016). Entre las interneuronas, son especialmente importantes debido a la presencia de espinas dendríticas a lo largo de sus dendritas que pueden sufrir remodelado dendrítico en respuesta a diferentes eventos. En último lugar, en esta tesis también han sido objeto de estudio las interneuronas que expresan el neuropéptido colecistoquinina, presentes tanto en el CPF (Tremblay et al., 2016) como el hipocampo (Booker y Vida, 2018). Del mismo modo que las células en cesto que expresan parvalbúmina, estas interneuronas también inervan la región perisomática y las dendritas proximales de las neuronas piramidales. Una característica relevante y que nos ha facilitado su estudio, es la expresión del receptor de cannabinoides 1 (CB1r) en sus terminales axónicos. Tanto las neuronas piramidales como las interneuronas, están sujetas a procesos de plasticidad estructural que pueden ser modulados, entre otros, por cambios en la neurotransmisión, la expresión de estructuras relacionadas con la plasticidad y diferentes factores tróficos y hormonas. Estos cambios estructurales pueden estudiarse a diferentes niveles, desde cambios en la longitud y complejidad de los árboles dendríticos, alteraciones en la densidad y morfología de sus espinas dendríticas hasta cambios en la densidad de los botones axónicos. Efectos de la neurotransmisión excitadora e inhibidora sobre la plasticidad: Una alteración de los sistemas glutamatérgico y GABAérgico que perturbe el balance de excitación/inhibición, puede afectar a la integridad de las neuronas, produciendo desde cambios en la expresión de moléculas hasta fenómenos de remodelación neuronal. Respecto al sistema glutamatérgico, utiliza glutamato como principal neurotransmisor excitador, siendo las neuronas piramidales los miembros más numerosos de neuronas excitadoras. Para su estudio, son de gran ayuda ciertas proteínas de vesícula sináptica como el transportador vesicular de glutamato (VGLUT), un excelente marcador de terminales presinápticos excitadores. Se destaca también el estudio de la expresión de sinaptofisina (SYN), una de las proteínas de vesícula sináptica más abundante y conservada, alrededor del 10% de la proteína total de la vesícula (Takamori et al., 2006). Dicha proteína desempeña un papel clave en la formación de sinapsis dependiente de actividad (Tarsa y Goda, 2002), por lo que, junto con su presencia exclusiva en la vesícula sináptica, su expresión es usada ampliamente como marcador presináptico de ambos terminales, glutamatérgicos y GABAérgicos. El glutamato puede ejercer su función a través de receptores ionotrópicos y metabotrópicos. Entre los receptores ionotrópicos, se destacan tres tipos: los receptores del ácido α-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazolpropiónico (AMPA), N-metil-D-aspartato (NMDA) y kainato, presentes tanto en las neuronas piramidales como en las interneuronas (Akgül y McBain, 2016). Aunque su efecto final es semejante, la despolarización de la membrana postsináptica, su modo de acción y propiedades son ligeramente diferentes. La manipulación de estos receptores tiene efectos sobre ciertos procesos de plasticidad funcional y estructural como los que ocurren durante la memoria y el aprendizaje (Newcomer et al., 2000). Además, el uso de agonistas y antagonistas ha demostrado su implicación en la remodelación estructural de neuronas piramidales e interneuronas (McKinney, 2010; Perez-Rando et al., 2017; Pérez-Rando et al., 2017; Tian et al., 2007). El sistema GABAérgico, utiliza el GABA como neurotransmisor principal, sintetizado y utilizado por las interneuronas para su comunicación. Para su estudio, es de gran ayuda la expresión de ciertas moléculas. Es el caso del ácido glutámico decarboxilasa (GAD) que cataliza la síntesis de GABA a partir de glutamato, o del transportador vesicular de GABA (VGAT). Ambos son excelentes marcadores de terminales presinápticos GABAérgicos. El neurotransmisor GABA puede ejercer su función, hiperpolarización de la membrana postsináptica, a través de receptores ionotrópicos y metabotrópicos localizados tanto en neuronas piramidales como interneuronas (Pettit and Augustine, 2000). Entre los receptores ionotrópicos, destaca el papel del receptor GABAA. Este receptor ha sido de gran interés como diana de diferentes fármacos como es el caso de la benzodiacepina diazepam, un agonista alostérico de los receptores GABAA con propiedades ansiolíticas, sedativas, anticonvulsivas y miorelajantes. Las benzodiacepinas pueden actuar modulando la plasticidad sináptica. En el hipocampo, el uso del agonista diazepam aumenta la estabilización sináptica y la agrupación de receptores GABAA durante la actividad neuronal reduciendo así su difusión lateral, lo que resulta en una potenciación de las sinapsis inhibidoras (Gouzer et al., 2014; Lévi et al., 2015). La activación o inhibición de los receptores GABAA parece tener un papel adaptativo en las sinapsis GABAérgicas. Esta actividad es responsable de los rápidos efectos ansiolíticos, anticonvulsivos e hipnóticos de las benzodiacepinas. Sin embargo, su uso a largo plazo conduce al desarrollo de tolerancia como consecuencia de la eliminación gradual de los receptores de GABAA de la membrana postsináptica. Esta eliminación parece estar mediada por la activación de varias cascadas que finalmente causan su internalización y la interrupción de las sinapsis GABAérgicas inhibidoras (Nicholson et al., 2018). Alteraciones indirectas del nivel de neurotransmisión inhibidora a través del uso de diferentes hormonas como el estradiol y estrógenos, se han visto acompañadas de cambios en la estructura de las neuronas (Murphy et al., 1998; Tan et al., 2012). Estructuras relacionadas con la plasticidad estructural: Existen dos estructuras relacionadas con fenómenos de plasticidad estructural de especial interés en la presente tesis: la forma polisializada de la molécula de adhesión celular neural (poliSia-NCAM) y las redes perineuronales (PNNs). PoliSia-NCAM se caracteriza por sus propiedades antiadhesivas y está implicada en eventos clave durante el desarrollo embrionario donde su expresión es máxima. Durante este periodo, facilita la correcta migración y diferenciación neuronal, el crecimiento de neuritas, así como el remodelado dendrítico y sináptico (Bonfanti, 2006; Gascon et al., 2007; Rutishauser, 2008). Aunque hay un notable descenso durante la edad adulta, su expresión puede encontrarse asociada a neuronas inmaduras de la corteza piriforme y nichos neurogénicos. Además, y de ahí el interés para la presente tesis, en el cerebro adulto se encuentra asociada a una subpoblación de interneuronas corticales maduras y elementos inhibidores de la CPF y el hipocampo (Gómez-Climent et al., 2011; Nacher et al., 2013), asociada principalmente a fenómenos plásticos. La adición de poliSia a NCAM está catalizada por dos polisialiltransferasas independientes, ST8SIA2 y ST8SIA4, con diferente patrón de expresión temporal y espacial (Hildebrandt et al., 2007). ST8SIA2 parece ser la principal enzima responsable durante el desarrollo embrionario, mientras que ST8SIA4 lo es en el cerebro adulto. Además, ST8SIA4 está principalmente implicada en la expresión de poliSia asociada a las interneuronas corticales maduras, mientras que ST8SIA2 es la principal enzima de las neuronas inmaduras de la corteza piriforme y nichos neurogénicos adultos (Nacher et al., 2010). Su íntima relación con las interneuronas hace que alteraciones en su expresión provocadas por diferentes paradigmas puedan afectar la estructura y conectividad de algunas subpoblaciones, y de manera indirecta también la de neuronas piramidales (Carceller et al., 2018; Castillo-Gómez et al., 2015, 2016b, 2017; Guirado et al., 2014b; Guirado et al., 2009). Además, la depleción de poliSia utilizando la enzima Endo-Neuraminidase-N (Endo-N) afecta la plasticidad estructural y la conectividad de interneuronas y neuronas piramidales (Castillo-Gómez et al., 2016a; Castillo-Gómez et al., 2016b; Guirado et al., 2014). Por otro lado, las PNNs son estructuras especializadas de la matriz extracelular que se encuentran alrededor del soma y dendritas de ciertos tipos neuronales restringiendo su conectividad y plasticidad (Wang and Fawcett, 2012). Las PNNs están constituidas por diversos componentes sintetizados no solo a partir de las propias neuronas, sino también de las células gliales circundantes, como los oligodendrocitos y astrocitos (Carulli et al., 2006). Todos ellos secretan las moléculas al espacio extracelular, donde se asocian con receptores de la superficie celular para conformar agregados heterogéneos. Entre sus principales componentes destaca al ácido hialurónico, proteoglicanos condroitín sulfato, tenascinas y proteínas de unión. Su aparición supone el cierre del periodo crítico de elevada plasticidad (Pizzorusso et al., 2002) y coincide con la maduración de las interneuronas y el establecimiento del adecuado equilibrio excitador/inhibidor (Harauzov et al., 2010; Morishita and Hensch, 2008). Por ello, las PNNs son ampliamente consideradas indicadores de maduración neuronal. Las PNNs se encuentran en varias regiones del cerebro, incluyendo el CPF y el hipocampo, principalmente alrededor de interneuronas GABAérgicas que expresan parvalbúmina (Celio, 1993; Kosaka y Heizmann, 1989). Algunos tratamientos son capaces de alterar la densidad de PNNs, lo cual se ha visto acompañado de cambios en la estructura de las neuronas (Castillo-Gómez et al., 2017; Guirado et al., 2014b). Dada su íntima relación con las interneuronas parvalbúmina, las PNNs juegan un papel clave en la actividad de estas interneuronas y, por lo tanto, en el equilibrio excitador/inhibidor. Moléculas que estimulan la plasticidad estructural en cerebro adulto: Son varias las moléculas que pueden desempeñar un papel en la modulación de la plasticidad estructural de las neuronas, como son los factores tróficos y diversas hormonas. En cuanto a los factores tróficos, se trata de moléculas que promueven el crecimiento y supervivencia de un grupo específico de células. Entre ellos se encuentra el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF por sus siglas en inglés). Son diferentes los tratamientos que han demostrado su efecto sobre el remodelado neurítico (Amaral y Pozzo-Miller, 2007; Chapleau et al., 2009; Gonzalez et al., 2016). Por otro lado, algunas hormonas como la insulina o los glucocorticoides tienen un papel en diferentes aspectos de la plasticidad neural, lo cual se ha visto reflejado por sus efectos sobre la neurogénesis adulta y la plasticidad estructural y sináptica (Lee et al., 2011; Lucassen et al., 2014; M.F. et al., 2002). En esta tesis, se estudiará en profundidad la molécula de eritropoyetina (EPO), una hormona conocida principalmente por su papel como factor estimulador de la eritropoyesis, pero con propiedades interesantes en diferentes procesos cerebrales. Se ha visto que tanto la EPO como su receptor, EPOR, son expresados en el cerebro por neuronas y células gliales. Aunque ciertamente hay un notable descenso tras el desarrollo embrionario, aún mantienen una marcada expresión en ciertas áreas cerebrales incluyendo la CPF y el hipocampo Digicaylioglu et al., 1995; Ehrenreich et al., 2003; Ott et al., 2015). Su acción a través de su receptor EPOR promueve un amplio rango de acciones que incluyen efectos antiapoptóticos, antioxidantes y antiinflamatorios, tanto en neuronas como en células gliales. Además, promueve la supervivencia y proliferación celular, así como la neurogénesis adulta (Alnaeeli et al., 2012; Sirén et al., 2009). Durante los últimos años se ha demostrado su fuerte efecto procognitivo, no solo en pacientes y animales sanos sino también en cerebros comprometidos (Gao et al., 2015; El-Kordi et al., 2009; Adamcio et al., 2008; Ehrenreich et al., 2007a, 2007b; Miskowiak et al., 2007). Aunque tenemos alguna pista sobre las bases neurobiológicas que operan estos procesos cognitivos, poco se sabe sobre sus efectos sobre la plasticidad de las neuronas. OBJETIVOS El principal objetivo de esta tesis doctoral es estudiar el efecto que pueden tener diversas manipulaciones farmacológicas y genéticas sobre la plasticidad estructural de las neuronas excitadoras e inhibidoras del encéfalo de ratón, tanto en edad adulta como adolescente. Para alcanzar este objetivo principal, a continuación se detallan los diferentes objetivos planteados: 1. Evaluar el impacto que puede tener un aumento directo de la neurotransmisión inhibidora a través de un tratamiento crónico con la benzodiacepina diazepam, sobre la estructura de las neuronas piramidales de la corteza prefrontal. 2. Estudiar el efecto que puede tener una depleción genética de las polisialiltransferasas ST8SIA2 y ST8SIA4 sobre la estructura dendrítica y la conectividad de las interneuronas de la corteza prefrontal. 3. Estudiar el impacto de un tratamiento crónico con eritropoyetina sobre la estructura y conectividad de las neuronas inhibidoras de la región CA1 del hipocampo, alteración del balance excitación/inhibición, así como de estructuras relacionadas con la plasticidad. METODOLOGÍA Y RESULTADOS - Efecto de un tratamiento crónico con la benzodi

Effects of the Genetic Depletion of Polysialyltransferases on the Structure and Connectivity of Interneurons in the Adult Prefrontal Cortex

Polysialic acid (polySia) is a complex sugar that in the nervous system appears mainly as a posttranslational modification of the neural cell adhesion molecule (NCAM). PolySia plays important roles during brain development, but also in its plasticity during adulthood. Two polysialyltransferases (polyST), ST8SIA2 and ST8SIA4, are involved in the synthesis and attachment of polySia. Both polyST are relevant for developmental migration of cortical interneurons and their establishment in the prefrontal cortex (PFC). In contrast, only ST8SIA4 appears to be important for the structural plasticity of a subpopulation of cortical interneurons in the adult. Interestingly, ST8SIA2 and NCAM are candidate genes for schizophrenia, a disorder in which interneuronal circuits are altered. However, there is still no data on the effects of polyST depletion on the dendritic structure or the connectivity of cortical interneurons. Here, we studied the contribution of each polyST on these parameters in the medial PFC (mPFC) of polyST knock-out mice with GAD67-GFP-labeled interneurons. Genetic depletion of ST8SIA4, but not ST8SIA2, resulted in a decrease in the complexity of the dendritic arbor of interneurons. In contrast, ablation of either of the two polyST induced a decrease in the density of parvalbumin (PV) expressing perisomatic puncta on pyramidal neurons. Thus, the depletion of each polyST results in similar impairments of not only developmental migration but also efferent synaptic connectivity of interneurons. In contrast, the loss of ST8SIA4 has a unique effect on dendritic structure, hence on afferent connectivity, suggesting differential and independent contributions of each polyST to neuritogenesis and synaptogenesis

Chronic Stress Modulates Interneuronal Plasticity: Effects on PSA-NCAM and Perineuronal Nets in Cortical and Extracortical Regions

Chronic stress has an important impact on the adult brain. However, most of the knowledge on its effects is focused on principal neurons and less on inhibitory neurons. Consequently, recent reports have begun to describe stress-induced alterations in the structure, connectivity and neurochemistry of interneurons. Some of these changes appear to be mediated by certain molecules particularly associated to interneurons, such as the polysialylated form of the neural cell adhesion molecule (PSA-NCAM) and components of the perineuronal nets (PNN), specialized regions of the extracellular matrix. These plasticity-related molecules modulate interneuronal structure and connectivity, particularly of parvalbumin expressing basket interneurons, both during development and adult life. These inhibitory neurons are specially affected after chronic stress and in some stress-related disorders, in which the expression of PSA-NCAM and certain components of PNN are also altered. For these reasons we have decided to study PSA-NCAM, PNN and parvalbumin expressing interneurons after 10 days of chronic restraint stress, a time point in which its behavioral consequences are starting to appear. We have focused initially on the medial prefrontal cortex (mPFC), basolateral amygdala (BLA) and hippocampus, regions affected by stress and stress-related psychiatric diseases, but we have also explored the habenula and the thalamic reticular nucleus (TRN) due to the important presence of PNN and their relationship with certain disorders. PSA-NCAM expression was increased by stress in the stratum lacunosum-moleculare of CA1. Increases in parvalbumin immunoreactive cells were detected in the mPFC and the BLA, but were not accompanied by increases in the number of parvalbumin expressing perisomatic puncta on the somata of principal neurons. The number of PNN was also increased in the mPFC and the habenula, although habenular PNN were not associated to parvalbumin cells. Increased expression of parvalbumin and components of PNN were also detected in the TRN after chronic restraint stress, revealing for the first time substantial effects on this region. Our study shows that, even a short chronic stress protocol, can induce consistent changes in interneuronal plasticity-related molecules in cortical and extracortical regions, which may represent initial responses of inhibitory circuits to counteract the effects of this aversive experience

Erythropoietin restrains the inhibitory potential of interneurons in the mouse hippocampus: electrophysiology data

This publication contains the recording data of the electrophysiology section of the manuscript entitled Erythropoietin restrains the inhibitory potential of interneurons in the mouse hippocampus. Files are organized as follows: Raw_LFP.zip contains the raw local field potential (LFP) recordings of mice's dorsal hippocampus (CA1), under head-fix recording set up using Open Ephys GUI. README.txt file contains de information about the codification data of mice. Matlab and R scripts used for data processing are available upon reques

Erythropoietin re-wires cognition-associated transcriptional networks

Abstract Recombinant human erythropoietin (rhEPO) has potent procognitive effects, likely hematopoiesis-independent, but underlying mechanisms and physiological role of brain-expressed EPO remained obscure. Here, we provide transcriptional hippocampal profiling of male mice treated with rhEPO. Based on ~108,000 single nuclei, we unmask multiple pyramidal lineages with their comprehensive molecular signatures. By temporal profiling and gene regulatory analysis, we build developmental trajectory of CA1 pyramidal neurons derived from multiple predecessor lineages and elucidate gene regulatory networks underlying their fate determination. With EPO as ‘tool’, we discover populations of newly differentiating pyramidal neurons, overpopulating to ~200% upon rhEPO with upregulation of genes crucial for neurodifferentiation, dendrite growth, synaptogenesis, memory formation, and cognition. Using a Cre-based approach to visually distinguish pre-existing from newly formed pyramidal neurons for patch-clamp recordings, we learn that rhEPO treatment differentially affects excitatory and inhibitory inputs. Our findings provide mechanistic insight into how EPO modulates neuronal functions and networks

IntelliR: A comprehensive and standardized pipeline for automated profiling of higher cognition in mice

Gastaldi VD, Hindermann M, Wilke JBH, et al. IntelliR: A comprehensive and standardized pipeline for automated profiling of higher cognition in mice. bioRxiv. 2024.In the rapidly evolving field of rodent behavior research, observer-independent methods facilitate data collection within a social, stress-reduced, and thus more natural environment. A prevalent system in this research area is the IntelliCage, which empowers experimenters to design individual tasks and higher cognitive challenges for mice, driven by their motivation to access reward. The extensive amount and diversity of data provided by the IntelliCage system explains the growing demand for automated analysis among users. Here, we introduce IntelliR, a standardized pipeline for analyzing raw data generated by the IntelliCage software, as well as novel parameters including the cognition index, which enables comparison of performance across various challenges. With IntelliR, we provide the tools to implement and automatically analyze 3 challenges that we designed, encompassing spatial, episodic-like, and working memory with their respective reversal tests. Using results from 3 independent control cohorts of adult female wildtype mice, we demonstrate their ability to comprehend and learn the tasks, thereby improving their proficiency over time. To validate the sensitivity of our approach for detecting cognitive impairment, we used adult female NexCreERT2xRosa26-eGFP-DTA mice after tamoxifen induced diphtheria toxin-mediated ablation of pyramidal neurons in cortex and hippocampus. We observed deterioration in learning capabilities and cognition index across several tests. IntelliR can be readily integrated into and adapted for individual research, thereby improving time management and reproducibility of data analysis. **HIGHLIGHTS**IntelliR is a standardized pipeline for analyzing raw data of IntelliCage software.Domains include spatial, episodic-like, and working memory with reversals.WT mice (3 cohorts) comprehend, learn and improve proficiency over time.Cognition index permits comparison of performance across cognitive domains.Mice with ablation of pyramidal neurons decline mainly in working memory.</p