Influence of PLL treatment on the long-term memory formation in Helix mollusk

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Relevance. The studies of the epigenetic mechanisms of long-term memory formation (LTM) has attracted the attention of many world leading laboratories since gained knowledge can be applied to correct cognitive impairments. miRNA dependent suppression of gene expression is the most complicated step in the epigenetic regulation, associated with a huge number of miRNAs (tens of thousands) and the diversity of their targets, thus the knowledge of miRNAs functions during LTM is still very fragmented.

Aim. The aim of this study was to investigate the involvement of miRNAs in the formation of long-term memory using the model of the food aversion conditioned reflex development in the mollusk Helix. Prevention of the formation of mature miRNAs via Poly-L-lysine hydrobromide (PLL) treatment — inhibitor of Dicer activity was used as the main approach.

Materials and methods. PLL was injected into animals during training, or 1, 3 or 5 hours after training. Success of the formation of conditioned reflexes was tested 72 hours after training.

Results. There was a significant deterioration in LTM in animals with injected PLL 1 and 3 hours after training procedure compared with trained animals that were not injected with PLL. The treatment with PLL during training, or 5 hours after training, had no effect on LTM.

Conclusion. Treatment with PLL, inhibitor of miRNA biogenesis disrupts formation of the food aversion reflex in Helix. Thus, miNRA’s are involved in the LTM formation on Helix. Impaired expression of miRNAs is critical for the long-term memory formation if occurs in the intervals of 1 to 3 hours after training. We can recommend PLL for the investigations in the area of the epigenetic mechanisms of long-term memory.

About the authors

Larisa N. Grinkevich

Pavlov Institute of Physiology of the RAS,

Author for correspondence.
Email: larisa_gr_spb@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3744-5946
SPIN-code: 4925-6575
Scopus Author ID: 80116

Principal Scientist at the Laboratory for Regulation of the Function of Brain Neurons

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Chen W, Qin C. General hallmarks of microRNAs in brain evolution and development. RNA Biol. 2015;12(7):701-708. https://doi.org/10.1080/15476286.2015.1048954.
  2. Liu EY, Cali CP, Lee EB. RNA metabolism in neurodegenerative disease. Dis Model Mech. 2017;10(5):509-518. https://doi.org/10.1242/dmm.028613.
  3. Swarbrick S, Wragg N, Ghosh S, Stolzing A. Systematic review of miRNA as biomarkers in Alzheimer’s Disease. Mol Neurobiol. 2019;56(9):6156-6167. https://doi.org/10.1007/s12035-019-1500-y.
  4. Aksoy-Aksel A, Zampa F, Schratt G. MicroRNAs and synaptic plasticity — a mutual relationship. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2014;369(1652). https://doi.org/10.1098/rstb.2013.0515.
  5. Rajasethupathy P, Fiumara F, Sheridan R, et al. Characterization of small RNAs in Aplysia reveals a role for miR-124 in constraining synaptic plasticity through CREB. Neuron. 2009;63(6):803-817. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2009. 05.029.
  6. Watashi K, Yeung ML, Starost MF, et al. Identification of small molecules that suppress microRNA function and reverse tumorigenesis. J Biol Chem. 2010;285(32):24707-24716. https://doi.org/10.1074/jbc.M109.062976.
  7. Konopka W, Kiryk A, Novak M, et al. MicroRNA loss enhances learning and memory in mice. J Neurosci. 2010;30(44):14835-14842. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3030-10.2010.
  8. Babiarz JE, Hsu R, Melton C, et al. A role for noncanonical microRNAs in the mammalian brain revealed by phenotypic differences in Dgcr8 versus Dicer1 knockouts and small RNA sequencing. RNA. 2011;17(8):1489-1501. https://doi.org/10.1261/rna.2442211.
  9. Davis TH, Cuellar TL, Koch SM, et al. Conditional loss of Dicer disrupts cellular and tissue morphogenesis in the cortex and hippocampus. J Neurosci. 2008;28(17):4322-4330. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.4815-07.2008.
  10. Kandel ER. The molecular biology of memory: cAMP, PKA, CRE, CREB-1, CREB-2, and CPEB. Mol Brain. 2012;5:14. https://doi.org/10.1186/1756-6606-5-14.
  11. Balaban PM. Cellular mechanisms of behavioral plasticity in terrestrial snail. Neurosci Biobehav Rev. 2002;26(5):597-630. https://doi.org/10.1016/s0149-7634(02)00022-2.
  12. Grinkevich LN, Lisachev PD, Kharchenko OA, Vasil’ev GV. Expression of MAP/ERK kinase cascade corresponds to the ability to develop food aversion in terrestrial snail at different stages of ontogenesis. Brain Res. 2008;1187:12-19. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2007.08.029.
  13. Nikitin VP, Solntseva SV, Kozyrev SA, et al. Different components of conditioned food aversion memory. Brain Res. 2016;1642:104-113. https://doi.org/10.1016/ j.brainres.2016.03.017.
  14. Danilova AB, Grinkevich LN. Failure of long-term memory formation in juvenile snails is determined by acetylation status of histone H3 and can be improved by NaB treatment. PLoS One. 2012;7(7):e41828. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0041828.
  15. Grinkevich LN, Vorobiova OV. Opposing roles of serotonin and neuropeptide FMRFamide in the regulation of epigenetic processes involved in the long-term memory formation. Russian Journal of Genetics: Applied Research. 2017;7(3):273-280. https://doi.org/10.1134/S2079059717030054.
  16. Гринкевич Л.Н., Зачепило Т.Г. Регуляция ацетилирования гистона Н4 в центральной нервной системе и командных нейронах оборонительного поведения моллюска Helix серотонином и нейропептидом FMRFамидом // Вавиловский журнал генетики и селекции. – 2018. – T. 22. – № 5. – C. 606–610. [Grinkevich LN, Zachepilo TG. Regulation of histone H4 acetylation in the CNS and defensive behavior command neurons of the mollusk Helix mediated by serotonin and neuropeptide FMRFamide. Vavilov journal of genetics and breeding. 2018;22(5):606-610. (In Russ.)]. https://doi.org/10.18699/VJ18.401.
  17. Korneev SA, Vavoulis DV, Naskar S, et al. A CREB2-targeting microRNA is required for long-term memory after single-trial learning. Sci Rep. 2018;8(1):3950. https://doi.org/10.1038/s41598-018-22278-w.
  18. Lugli G, Larson J, Martone ME, et al. Dicer and eIF2c are enriched at postsynaptic densities in adult mouse brain and are modified by neuronal activity in a calpain-dependent manner. J Neurochem. 2005;94(4):896-905. https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.2005.03224.x.
  19. Fiorenza A, Lopez-Atalaya JP, Rovira V, et al. Blocking miRNABiogenesis in adult forebrain neurons enhances seizure susceptibility, fear memory, and food intake by increasing neuronal responsiveness. Cereb Cortex. 2016;26(4):1619-1633. https://doi.org/10.1093/cercor/bhu332.
  20. Fiorenza A, Barco A. Role of Dicer and the miRNA system in neuronal plasticity and brain function. Neurobiol Learn Mem. 2016;135:3-12. https://doi.org/10.1016/ j.nlm.2016.05.001.
  21. Chmielarz P, Konovalova J, Najam SS, et al. Dicer and microRNAs protect adult dopamine neurons. Cell Death Dis. 2017;8(5):e2813. https://doi.org/10.1038/cddis.2017.214.
  22. Grinkevich LN, Vorobiova OV. Role of modulatory mediator serotonin in induction of epigenetic processes during long-term memory formation in Helix. Russian Journal of Genetics: Applied Research. 2014;4(6):526-532. https://doi.org/10.1134/s2079059714060094.
  23. Wang X, Zheng G, Dong D. Coordinated action of histone modification and microRNA regulations in human genome. Gene. 2015;570(2):277-281. https://doi.org/10.1016/j.gene. 2015.06.046.
  24. Vasiliev GV, Ovchinnikov VY, Grinkevich LN. Sequencing of Helix lucorum central nervous system small RNAs. NCBI Sequence Read Archive (SRA) SRP136226. 2018.
  25. Hu S, Wang H, Chen K, et al. MicroRNA-34c downregulation ameliorates amyloid-beta-induced synaptic failure and memory deficits by targeting VAMP2. J Alzheimers Dis. 2015;48(3):673-686. https://doi.org/10.3233/JAD-150432.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. The effect of PLL, a Dicer inhibitor, on the formation of food aversia in Helix. On the ordinate axis — latency periods of consumatory reaction in the Helix before and after training. K — animals before training (n = 57); L — learning animals injected with saline (n = 20); OPLL1 — learning animals injected with PLL 1 h after training (n = 15); OPLL3 — learning animals injected with PLL 3 h after training (n = 7); OPLL5 — learning animals injected with PLL 5 h after training (n = 8); OPLL0 — learning animals injected with PLL during training (n = 7). A significant differences to control * р < 0.0003. A significant difference from trained animals to which PLL was not administered, # р < 0.0002; ## р < 0.0001. Unequal N HSD test. F (5,108) = 33,703, р < 0,00001 (ANOVA). Error bars indicate SEM

Download (128KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2020 Grinkevich L.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».