The effect of structural changes in perineuronal nets and deep cooling on synaptic plasticity and memory of tauopathy mice

Abstract

Tauopatie je neurodegenerativní onemocnění charakteristické jak ztrátou neuronů, tak synapsí. Ztráta neuronů je ireverzibilní s velmi malou šancí funkční substituční terapie. Ztracené synapse však lze obnovit pomocí správné stimulace. Perineuronální sítě (PNNs) slouží jako ochranná bariéra neuronů, zárověň ale významně snižují jejich synaptickou plasticitu. Dočasné enzymatické rozštěpení struktury PNNs může vést k opětovnému zapojení synapsí a zlepšení procesu paměti a učení. Model chladem vyvolané plasticity vede k odpřažení signifikantního počtu synapsí v mozku. Následné obnovení synapsí bylo pozorováno jak u zdravých tak i nemocných zvířat a navíc došlo ke spuštění neuroprotektivních mechanismů vyvolaných exprimací proteinů studeného šoku (CSP). Tato diplomová práce je zaměřena na výše zmíněné formy modelů synaptické plasticity; umělé remodelace perineuronálních sítí a model synaptické plasticity vyvolané chladem. Oba tyto modely budou použity jako nástroj pro modulaci procesů paměti a učení u modelu P301S Tauopatie u myší. Práce se zaměří na změny v počtu synapsí v oblasti CA1 hipokampu, na změny hladin synaptických proteinů na úrovni celého hipokampu a na behaviorální změny předem trénovaného úkolu dlouhodobé paměti závislého na dorzálním hipokampu. Klíčová slova: perineurální sítě, agrekan,...

Tauopathy is accompanied by both loss of neurons and synapses. The neuronal loss is irreversible with very low chance of functional replacement therapy. However, lost synapses could be restored with proper stimuli. Perineuronal nets (PNNs) are serving as a protecting barrier for neurons, on the other hand they are significantly decreasing the synaptic plasticity. Temporary disintegration of the PNNs by enzymatic therapy might lead to rewiring and accelerate processes of memory and learning. Model of Cold Induced plasticity leads to the withdrawal of significant number of synapses across the brain. The recovery of these could be followed in healthy and diseased animals. Moreover, it can stimulate Cold shock protein dependent neuroprotective mechanisms. This master thesis is focused on these two forms of synaptic plasticity models; forced remodeling of PNNs and model of cold induced synaptic plasticity. Both will serve as a tool to modulate processes of memory and learning in the P301S tauopathy, in mice. In detail, the work will follow changes in the number of synapses at the region of CA1 of hippocampus and synaptic protein levels at level of whole hippocampus and behavioral recovery of pre-trained long-term memory task dependent on dorsal hippocampus. Key words: Perineuronal nets, aggrecan,...