Modulation of memory using enzymatic digestion of perineuronal nets in perirhinal cortex

Abstract

Plasticita neuronové sítě v dospělém mozku je regulována specializovanou strukturou extracelulární matrix - perineurálními sítěmi (PNS), které jsou zodpovědné za restrikci synaptické plasticity vazbou inhibičních molekul a zabraňují změnám v neuronální konektivitě. Odstraněním PNS pomocí enzymu chondroitinázy ABC lze tomuto efektu předejít a znovu tak otevřít období kritické periody, což vede ke zlepšení paměti umožňující rozeznávat nové předměty (object recognition - OR). V této studii jsme k odstranění PNS použili chABC a enzym dosud nepoužívaný k odstranění PNS v perirhinálním kortexu, hyaluronidázu (Hyázu), abychom zjistili rozdíly v jejich efektu na OR paměť a na následné změny ve struktuře nervové sítě wild type myší. Naše výsledky ukazují, že Hyáza má potenciál sloužit jako vhodnější prostředek k odstranění PNS, jelikož překonává chABC ve zvýšení OR paměti, ovlivňuje rozsáhlejší oblast nervové sítě díky působení na inhibiční i excitační neurony, a umožňuje prodloužit časové období zvýšené synaptické plasticity. Klíčová slova: perineurální sítě, synaptická plasticita, chondroitináza ABC, hyaluronidáza, perirhinální kortex, paměť

In the adult brain, neuronal plasticity is regulated by a specialized structure of extracellular matrix, the perineuronal nets (PNNs), which restrict synaptic plasticity by binding molecules of inhibitory nature and posing as a physical barrier to alterations in neuronal connectivity. This effect is abolished by removal of PNNs by the enzyme chondroitinase ABC (chABC), which enables to reopen critical period window and leads to memory improvement. Here, we utilized chABC and a novel approach in removing the PNNs in perirhinal cortex, using the enzyme hyaluronidase (Hyase), to assess differences in the use of these enzymes in object recognition (OR) memory improvement and alterations in the structure of neuronal network of wild type mice. Our findings suggest that Hyase may be a more convenient tool to PNN removal than chABC, as Hyase surpasses chABC in promoting the OR memory, influence larger portion of neuronal network by affecting both inhibitory and excitatory neurons, and provides extended temporal window for experimental modulation of activity-dependent synaptic plasticity. Key words: perineuronal nets, synaptic plasticity, chondroitinase ABC, hyaluronidase, perirhinal cortex, memory