Les bêta-oligomères amyloïdes solubles bloquent l'apprentissage

Rapports scientifiques volume 6, Numéro d'article : 22728 (2016) Citer cet article

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On pense que les ondulations aiguës de l'hippocampe post-apprentissage (SWR) générées pendant le sommeil à ondes lentes jouent un rôle crucial dans la formation de la mémoire. Alors que dans la maladie d'Alzheimer, des oscillations anormales de l'hippocampe ont été rapportées, la contribution fonctionnelle des SWR aux troubles de la mémoire spatiale généralement observés reste incertaine. Ces déficiences ont été liées à des modifications synaptiques dégénératives produites par des bêta-oligomères amyloïdes solubles (Aβos) qui, étonnamment, semblent épargner la dynamique SWR lors d'un comportement de routine. Pour démêler un effet potentiel d'Aβos sur les SWR chez des animaux présentant des troubles cognitifs, nous avons soumis des souris injectées par véhicule et Aβo à des tests de mémoire de reconnaissance spatiale. Bien que capables de former une mémoire de reconnaissance à court terme, les souris Aβ ont montré un oubli plus rapide, suggérant un encodage réussi mais une incapacité à stabiliser et/ou à récupérer de manière adéquate les informations précédemment acquises. Sans exigences cognitives préalables, des propriétés similaires des SWR ont été observées dans les deux groupes. En revanche, en cas de défi cognitif, les pics de post-codage et de reconnaissance de l'occurrence de SWR observés chez les témoins ont été abolis chez les souris Aβ, indiquant une altération du traitement hippocampique des informations spatiales. Ces résultats indiquent une implication cruciale des SWR dans la formation de la mémoire spatiale et identifient l'altération induite par Aβ dans la dynamique des SWR comme un mécanisme perturbateur responsable des déficits de la mémoire spatiale associés à la maladie d'Alzheimer.

Il a été rapporté que le traitement de l'information et la formation de la mémoire chez les rongeurs s'accompagnent d'un ensemble d'oscillations potentielles du champ hippocampique qui sont importantes sur le plan fonctionnel. Par exemple, les oscillations thêta se produisent pendant le comportement actif et le sommeil paradoxal (REM) et ont été suggérées pour fournir le cadre temporel pour le codage de l'information1. On pense que les oscillations gamma déclenchées lors du comportement exploratoire sont impliquées dans l'acquisition de la mémoire2 et que leur synchronisation contribue à la réussite de l'exécution de la mémoire de travail3. Pendant le sommeil à ondes lentes (SWS) qui suit l'apprentissage, les circuits hippocampiques augmentent systématiquement les taux d'apparition d'ondulations d'ondes aiguës (SWR) qui se reproduisent généralement entre 0,4 et 1 Hz4,5. Il est important de noter que lors de l'apparition de SWR, des ensembles de cellules de lieu hippocampiques peuvent rejouer à des échelles de temps plus rapides leur activité séquentielle déclenchée lors d'un épisode d'apprentissage précédent, ce qui suggère un rôle essentiel pour les SWR dans la conduite des processus de consolidation de la mémoire et la stabilisation ultérieure à long terme des traces de mémoire spatiale nouvellement acquises6. . Lorsque de tels SWR sont perturbés expérimentalement, cela provoque des déficits de mémoire dans les tâches de mémoire dépendantes de l'hippocampe7, ce qui suggère en outre qu'une activité rythmique anormale de l'hippocampe peut interférer avec le traitement de l'information hippocampique, un schéma dysfonctionnel également observé dans des conditions pathologiques telles que la maladie d'Alzheimer8 (MA).

Les troubles cognitifs associés à la MA sont liés à des modifications synaptiques dégénératives produites par la présence de protéines bêta-amyloïdes solubles (Aβs) dans des régions cérébrales vulnérables telles que l'hippocampe considérées comme critiques pour l'apprentissage spatial et la mémoire déclarative9. Il existe de plus en plus de preuves que les formes oligomères précoces des Aβs, plutôt que les conformations fibrillaires tardives, interfèrent avec les propriétés fonctionnelles du réseau neuronal et sont responsables de dysfonctionnements cognitifs chez les patients atteints de MA10 ainsi que dans les modèles de souris transgéniques de cette maladie11. Il a été constaté que les oligomères Aβ (Aβos) affectent différemment les activités du réseau hippocampique, réduisant les oscillations thêta et gamma in vitro12 tout en épargnant étonnamment les SWR13. Un examen attentif révèle qu'un tel manque d'effet peut être la conséquence de l'enregistrement de l'activité hippocampique soit dans des cultures cellulaires, soit chez des animaux restant dans leur cage d'origine, une condition basale qui peut entraver un effet d'Aβos sur les SWR autrement détectables chez les animaux souffrant de troubles cognitifs. Ici, nous avons cherché à démêler l'action d'Aβos sur les populations neuronales impliquées dans la génération de SWR chez des souris subissant l'encodage et la consolidation d'informations spatiales. À cette fin, nous avons soumis des souris à des tests de mémoire de reconnaissance spatiale dans une version modifiée de la tâche de discrimination du labyrinthe en Y adaptée à la maximisation de la demande cognitive spatiale. Après avoir confirmé la dépendance hippocampique de cette tâche, nous avons établi sa capacité à détecter les troubles de la mémoire spatiale après perfusion intracérébroventriculaire d'Aβos. Nous avons ensuite déterminé la signature de ce traitement Aβo sur les SWR de l'hippocampe chez des souris sans exigences cognitives ou lors d'une seule session de discrimination spatiale.

Pour caractériser les effets d'Aβos sur la mémoire de reconnaissance spatiale et le SWR de l'hippocampe induit par l'entraînement, nous avons utilisé une version modifiée de la tâche de discrimination des bras à deux essais du labyrinthe en Y menée dans un appareil de labyrinthe radial à 8 bras et conçue pour augmenter la demande cognitive spatiale ( Fig. 1a). Comme prévu, après une seule phase d'encodage de 10 min avec seulement deux bras accessibles, un court intervalle inter-essais (ITI) de 10 min a entraîné une préférence robuste pour le bras inexploré (précédemment fermé) pendant la phase de test (Fig. 1a ). Fait intéressant, l'augmentation de l'ITI de 10 minutes à 24 heures a révélé des performances de mémoire de reconnaissance spatiale qui étaient toujours au-dessus du hasard dans cette longue fenêtre temporelle (Fig. 1a). Il est important de noter que l'inactivation bilatérale spécifique de la région de l'hippocampe avec le bloqueur des canaux sodiques, la lidocaïne, infusée immédiatement après le codage de la mémoire de reconnaissance altérée, a été sondée 4 heures plus tard (n = 9/groupe, t16 = 5,85, p < 0,0001), confirmant ainsi le rôle de soutien du hippocampe dans la formation et l'expression de la mémoire de reconnaissance (Fig. 1b).

Test de mémoire de reconnaissance spatiale dans une version modifiée de la tâche de discrimination du labyrinthe en Y.

( a ) La reconnaissance du nouveau bras est durable, comme le montre sa persistance sur l'augmentation des ITI entre les phases d'encodage et de reconnaissance de la procédure de test dans la configuration du labyrinthe radial à 8 bras (n = 15 pour ITI 10 min et 4 h, n = 14 pour ITI 24 h et n = 11 pour ITI 2 h, **p < 0,01 ; ***p < 0,001 par rapport au niveau de chance, tests t (b) Le silence de l'activité hippocampique avec de la lidocaïne infusée après l'encodage altère la mémoire de reconnaissance sondée 4 heures plus tard par rapport aux souris injectées avec le véhicule (aCSF) (n = 9/groupe, t16 = 5,85, ***p < 0,0001).

Nous avons ensuite cherché à démêler l'impact d'Aβos sur les performances de la mémoire. Nous avons utilisé un test standardisé pour générer des oligomères à partir de peptides Aβ synthétiques. Comme indiqué précédemment14, l'analyse Western blot de la préparation Aβo en utilisant l'anticorps monoclonal 6E10 dirigé contre le peptide β-amyloïde humain a révélé la présence de monomères, dimères, trimères et tétramères Aβ(1–42) dans des conditions de solution saline tamponnée au phosphate (PBS) ( figure 2a). Des assemblages oligomères plus grands allant de 30 à 100 kDa ont également été détectés après incubation pendant 24 h à 4 °C. Le maculage observé pour les assemblages oligomères plus grands peut éventuellement indiquer une interconversion entre ces assemblages pendant l'électrophorèse (Fig. 2a). Étant donné qu'il a été rapporté que diverses espèces d'oligomères Aβ solubles induisent des déficits cognitifs, notamment des dimères, des trimères, des dodécamères et des oligomères Aβ solubles plus gros avec des poids moléculaires de 90 à 650 kDa (20 à 150 mers) 15, nous avons choisi d'injecter un mélange Aβo incubé 24 h à 4 °C où l'on trouve la plupart de ces espèces. Quinze jours après une seule injection intracérébroventriculaire d'Aβos ou de véhicule (PBS), nous avons examiné les performances de la mémoire de reconnaissance 10 minutes, 2 heures ou 4 heures après l'encodage (Fig. 2b). Après le délai de rétention plus court, les souris injectées au PBS et à l'Aβo ont passé plus de temps dans le nouveau bras par rapport aux bras familiers (précédemment visités) (Fig. 2c; n = 6 / groupe). En revanche, lorsque le délai de rétention entre les phases de codage et de test augmentait, les souris injectées par Aβo présentaient de moins bonnes performances que les témoins. Bien que non significative, une déficience a commencé à apparaître au bout de 2 h. (Figure 2c, n = 8–9/par groupe). Au bout de 4 h, les souris injectées par Aβo n'ont pas réussi à discriminer le nouveau bras (Fig. 2c, n = 11–12 par groupe). Ils étaient gravement altérés et exécutés au hasard alors que les souris injectées par le véhicule réussissaient toujours et présentaient un niveau de performance similaire à celui observé après le court délai de rétention (Fig. 2c). Cette altération Aβo dépendante du délai était spécifique à la mémoire car il n'y avait pas d'effet confondant du traitement Aβ sur le temps total d'exploration des bras du labyrinthe pendant la phase d'encodage (souris Aβ : 222,49 s ± 29,36 ; souris PBS : 218,09 s ± 23,25, t21 = 0,12, NS, n = 11–12) ou la phase de test (souris Aβ : 105,06 s ± 23,24 ; souris PBS : 131,36 s ± 26,74, t21 = 0,74, NS). De même, il n'y avait aucune préférence pour un bras particulier (préférence de bras, ANOVA à deux facteurs, F(1,42) = 0,0029, NS) et aucun effet du traitement sur la préférence de bras (préférence de bras × interaction de traitement, F(1,42) ), n = 11–12). Collectivement, ces résultats indiquent que les souris injectées par Aβo étaient capables de traiter des informations visuo-spatiales et de former une mémoire de reconnaissance à court terme. Cependant, lorsque le délai de rétention était prolongé, ils présentaient un oubli accéléré, un profil de mémoire également observé dans les modèles de souris transgéniques d'AD16.

Aβos altère la mémoire de reconnaissance spatiale d'une manière dépendante du temps.

( a ) Analyse par immunotransfert de la solution d'Aβo injectée par voie intracérébroventriculaire montrant les états d'agrégation d'Aβos avant et après 24 h d'incubation à 4 ° C. Des monomères, des dimères, des trimères et des tétramères étaient présents dans la solution fraîchement préparée. Des assemblages Aβ(1–42) de poids moléculaire élevé allant de 30 à 100 kDa ont également été détectés après 24 h d'incubation. (b) La conception expérimentale est illustrée. ( c ) Alors que les performances de la mémoire de reconnaissance chez les souris Aβ étaient similaires à celles des témoins PBS après 10 min ( n = 6), elles ont commencé à diminuer à mesure que l'ITI entre l'encodage et le test augmentait de 2 ( n = 8–9) à 4 h. À l'ITI plus long, les souris Aβ (n = 11) étaient gravement altérées par rapport aux souris témoins PBS (n = 12), indiquant un oubli plus rapide (interaction traitement x retard F2, 39 = 3,48, p < 0,05, ** p < 0,01 par rapport aux témoins PBS).

Des aβos ont été injectés par voie intracérébroventriculaire pour éviter les dommages hippocampiques induits par la canule d'injection qui auraient pu interférer avec les enregistrements électrophysiologiques ultérieurs dans l'hippocampe. Pour vérifier que Aβos envahissait l'hippocampe et était toujours présent au moment des évaluations comportementales et électrophysiologiques 15 jours après l'injection, nous avons mené des expériences dans lesquelles nous avons mesuré les concentrations du peptide Aβ(1–42) dans l'hippocampe 1 jour et 15 jours suivant l'injection intracérébroventriculaire. Les peptides Aβ(1–42) étaient détectables après 15 jours. Cependant, comme on pouvait s'y attendre, la concentration du peptide Aβ(1–42) dans l'hippocampe était plus faible après 15 jours (104,95 ± 41,6 pg/g de protéines totales ; n = 4) par rapport à 1 jour (661,37 ± 243,67 pg/g de protéines totales ; n = 4), une diminution résultant probablement de la clairance cérébrale. Dans l'ensemble, ces résultats indiquent que les changements comportementaux et électrophysiologiques induits par Aβo (voir ci-dessous) que nous avons observés sont liés, au moins en partie, à la pathologie amyloïde de l'hippocampe.

Le profil de mémoire des souris injectées par Aβo indique une incapacité à former une mémoire stable dans le temps et suggère des processus de consolidation altérés au cours desquels les SWR joueraient un rôle privilégié6. Pour examiner les effets d'Aβos sur la dynamique des SWR, nous avons enregistré l'activité potentielle du champ extracellulaire dans la région CA1, ce qui nous a permis d'identifier et de caractériser différentes étapes de sommeil/éveil déclenchées dans notre paradigme de mémoire de reconnaissance. Ces enregistrements hippocampiques ont été réalisés 15 jours après les injections intracérébroventriculaires d'Aβos. Un exemple typique d'une alternance SWS / REM / éveillé ainsi que les schémas d'électromyogramme (EMG) et de potentiel de champ local (LFP) correspondants pour chacun de ces états sont illustrés à la Fig. 3a – e. Nous avons concentré notre analyse uniquement sur les SWR se produisant pendant les épisodes SWS. Lors de l'analyse des caractéristiques des SWR (taux d'occurrence de base, fréquence, durée et puissance normalisée) pendant les périodes de sommeil à ondes lentes qui ont lieu lorsque les animaux sont restés pendant 80 minutes dans leur cage d'origine sans défi comportemental (Fig. 4a), nous avons constaté que l'ensemble Les propriétés SWR n'ont pas été affectées par le traitement Aβo (Fig. 4b – e). Le taux d'occurrence, la fréquence, la durée et la puissance normalisée des SWR étaient très similaires entre les groupes injectés de PBS et d'Aβo (NS pour toutes les comparaisons, test t, n = 10–13). Cette découverte est en accord avec les observations précédentes ne montrant aucune altération des propriétés SWR par Aβo13. À l'opposé, les souris Aβ présentant des troubles cognitifs présentaient des schémas SWR altérés par rapport aux souris témoins PBS (voir ci-dessous).

Exemples représentatifs de LFP et d'EMG hippocampiques pendant différents états de sommeil et d'éveil.

( a ) Alternance typique de REM / SWS / éveillé au cours du temps de 4 h séparant les tests d'encodage et de reconnaissance pendant que la souris restait dans sa cage d'origine (voir Fig. 5 pour le paradigme expérimental). ( b – d ) Exemples représentatifs de LFP de la région hippocampique CA1 (CA1) et EMG pendant SWS ( b ), REM ( c ) et états d'éveil ( d ). (e) Enregistrements représentatifs de SWR dans la région CA1 de l'hippocampe. EMG : enregistrements extracellulaires des muscles du cou ; CA1 : LFP et LFP filtré enregistrés à partir des couches de cellules pyramidales de l'hippocampe.

Caractéristiques des SWR générés pendant l'état de repos de base chez les souris témoins PBS (barres grises, n = 13) et les souris injectées par Aβo (barres noires, n = 10).

(a) La conception expérimentale est illustrée. Le taux d'occurrence (b), la fréquence (c), la durée (d) et la puissance normalisée (e) des SWS-R n'ont pas été affectés par le traitement Aβ (p > 0,2 pour toutes les comparaisons, test t).

Pour examiner les effets d'Aβos sur l'occurrence des SWR en fonction de la demande cognitive, nous avons enregistré l'activité potentielle du champ extracellulaire dans la région CA1 de l'hippocampe sur 10 intervalles de temps de 40 minutes répartis comme suit : activité de base avant l'encodage de la mémoire (2 intervalles), l'activité induite par le codage (6 intervalles) et l'activité induite par le test (2 intervalles) (Fig. 5a). Ce cours temporel segmenté nous a permis d'identifier et de caractériser la dynamique des SWR se produisant dans des conditions de repos et à différentes étapes du traitement de la mémoire spatiale, à savoir l'encodage, la consolidation et la reconnaissance. Étant donné que le déficit de mémoire chez les souris injectées par Aβo était significatif à 4 h après l'encodage, nous n'avons conservé ce point de temps que pour nos enregistrements électrophysiologiques. Il convient de noter que le taux d'occurrence et la durée des épisodes SWS au cours de l'expérience étaient similaires dans les deux groupes (taux d'occurrence : souris Aβ 7,1 par heure ± 0,61 ; souris PBS, 8,01 par heure ± 0,73 ; durée : Aβ souris, 5,36 min ± 0,5 ; souris PBS, 4,68 min ± 0,49 ; F < 1, NS pour toutes les comparaisons, n = 7/par groupe). Les épisodes REM étaient également similaires dans les deux groupes (taux d'occurrence : souris Aβ 3,89 par heure ± 0,14, souris PBS 3,75 par heure ± 0,19 ; durée : souris Aβ 1,20 min ± 0,15 ; souris PBS 1,23 min ± 0,15 ; F < 1, NS) . De plus, la quantité de SWS par bac de 40 min était similaire dans les deux groupes et variait de 22,32 min ± 3,53 à 30,41 min ± 1,5 dans du PBS et de 23,15 min ± 3,56 à 33,46 min ± 1,02 chez les animaux injectés par Aβo à l'exception des périodes post-encodage et post-test (bacs 3 et 9, dans lesquels les 20 premières minutes étaient généralement occupées par l'état d'éveil). Pendant ces intervalles de temps spécifiques, la quantité de SWS variait de 12, 79 min ± 1, 76 à 12, 97 min ± 1, 85 dans du PBS et de 12, 24 min ± 2, 05 à 14, 22 min ± 1, 95 dans le groupe injecté Aβo.

Évolution dans le temps du taux d'occurrence des SWR sur 40 min de temps avant et après les phases d'encodage et de test de la procédure de mémoire de reconnaissance spatiale chez des souris injectées par véhicule et Aβo.

(a) La conception expérimentale est illustrée. ( b, c ) Pics induits par l'encodage et la reconnaissance (représentés par des barres gris foncé et noires, respectivement) dans les taux d'occurrence de SWR observés dans les contrôles PBS ( b ), panneau supérieur, * p <0, 05 par rapport aux autres mesures, Bonferroni t- test, n = 7) ont été abolis chez les souris injectées Aβo (c), panneau supérieur, NS par rapport à toutes les autres mesures, test t de Bonferroni, n = 7). Un schéma similaire d'effets d'Aβos sur les SWR a été observé sur des tranches de temps plus courtes de 20 min (panneaux inférieurs). Notez que pour les premiers bacs post-encodage et post-test de 20 min, les animaux n'ont généralement pas exprimé d'épisodes SWS, empêchant l'évaluation des SWR associés au SWS (les premiers épisodes SWS se sont produits à 23,72 ± 2,23 min et 23,43 ± 1,61 min dans le véhicule - et souris injectées Aβo, respectivement).

Fait intéressant, au cours de cette expérience, deux pics d'apparition de SWR hippocampiques étaient clairement apparents chez les souris témoins PBS, l'un déclenché lors de l'exploration des deux bras disponibles du labyrinthe radial à 8 bras, l'autre survenant lors de la phase de reconnaissance du procédure de test au cours de laquelle les souris ont identifié avec succès la présence du nouveau bras ouvert (voir étoiles, panneau supérieur, Fig. 5b). En effet, l'ANOVA a révélé un effet principal significatif des "time bins" dans le groupe PBS (F6,9 = 16,16, p < 0,0001) qui était dû à une augmentation du post-apprentissage (p < 0,05 versus toutes les autres mesures, Bonferroni t- test) et occurrence post-test des SWR (p < 0,05 par rapport à toutes les mesures sauf le premier bac et le bac post-apprentissage, test t de Bonferroni). Ces résultats révèlent qu'une seule session d'apprentissage est suffisante pour produire une augmentation du taux d'occurrence du SWR hippocampique, reflétant ainsi une implication importante des oscillations hippocampiques dans la formation de la mémoire. Cependant, contrairement aux paradigmes de mémoire impliquant plusieurs sessions d'entraînement5, aucun changement significatif dans la puissance, la durée ou la fréquence normalisées des SWR n'a été observé après l'encodage ou le test de reconnaissance de nos souris injectées avec le véhicule et l'Aβo (F < 1, NS pour toutes les comparaisons, n = 7, données non présentées).

À l'opposé, les souris Aβ présentant des troubles cognitifs présentaient des schémas SWR altérés par rapport aux souris témoins PBS. À savoir, les pics induits par l'encodage et la reconnaissance dans le taux d'occurrence de SWR observés dans le groupe témoin (Fig. 5b, panneau supérieur) ont été abolis chez les animaux Aβ (Fig. 5c, panneau supérieur). En effet, l'ANOVA avec "time bins" comme mesures répétées et "traitement" (Aβ vs PBS) comme variable inter-sujets a montré un effet significatif des "time bins" (F12,9 = 24,02, p < 0,0001) ainsi que des "time bins " × interaction "traitement" (F12,9 = 3,12, p = 0,002), indiquant que la dynamique des SWR au cours de l'expérience était différente dans les deux groupes d'animaux. Enfin, la comparaison de l'occurrence des SWR pendant tous les intervalles de temps entre les animaux témoins et les animaux ayant reçu l'Aβo a révélé une différence significative pour la période post-encodage (t12 = 2,48, p = 0,029) et une différence proche de la signification pour la période post-test (t12 = 2,09, p = 0,058) avec toutes les autres mesures restant similaires entre les deux groupes (p > 0,2).

Lors de l'affinement de notre analyse de la dynamique du SWR en la limitant à des intervalles de temps plus courts de 20 min, nous avons trouvé des schémas similaires d'occurrence du SWR chez les souris témoins PBS et les souris injectées par Aβo (Fig. 5b, c, panneaux inférieurs). Étant donné que la précision de l'estimation du taux d'ondulation diminue pour les épisodes SWS très courts, nous n'avons pris en compte que les animaux qui ont exprimé au moins 5 minutes cumulées de SWS dans le bac. Cela a entraîné des nombres d'animaux inégaux dans les bacs de 20 min (voir les nombres dans les barres, panneaux inférieurs de la Fig. 5) et a rendu impossible l'utilisation d'une ANOVA similaire à celle effectuée pour les histogrammes de bacs de 40 min. Cependant, une comparaison du taux d'occurrence du SWR au cours des bacs de 20 minutes a confirmé une différence significative entre les groupes injectés par véhicule et Aβo au cours du deuxième bac post-encodage (t12 = 2, 43, p = 0, 032, n = 7).

Le temps total de binning et non le temps SWS pourrait impliquer que pour certains animaux, le taux de SWR pour le premier bin de 40 min a été calculé par exemple sur les 5 premières min de SWS alors que pour un autre bin de temps, il a été calculé sur les 30 premières min, selon combien de temps l'animal a dormi pendant cette période. Par conséquent, nous avons effectué une analyse supplémentaire en tenant compte des intervalles de temps correspondant uniquement à SWS (Fig. 6). Pour chaque animal, la durée des épisodes SWS a été cumulée à partir de trois parties distinctes de l'expérience comportementale : 1) avant l'encodage, 2) entre l'encodage et le test et 3) après le test. Ainsi, la durée des épisodes de SWR a été divisée en tranches de 15 minutes dans chaque partie et le taux d'occurrence de SWR a été exprimé en nombre d'ondulations se produisant dans chaque tranche de SWS de 15 minutes (Fig. 6). Cette analyse a confirmé l'abolition de l'augmentation induite par l'apprentissage du taux d'occurrence des SWR chez les animaux injectés par Aβo. En effet, outre l'effet principal de la répétition ("SWS bins") (F12,11 = 22,56, p < 0,0001) une ANOVA à deux facteurs a montré une interaction significative "SWS bins" × "traitement" (F12,11 = 2,33, p = 0,012), indiquant une évolution temporelle différente de l'occurrence des ROS dans les deux groupes. De plus, une ANOVA à une voie a montré un effet principal significatif de la répétition dans le groupe témoin PBS (F6, 11 = 15, 1, p <0, 0001) et le groupe injecté Aβo (F6, 11 = 9, 11, p < 0, 0001). Dans le groupe témoin, l'analyse post-hoc a révélé une augmentation significative de l'occurrence post-apprentissage et post-test des SWR (p < 0,05 par rapport à toutes les autres mesures, test t de Bonferroni). En revanche, chez les animaux Aβ, aucune différence entre le taux d'occurrence dans les bacs SWS n'a été trouvée (NS pour toutes les comparaisons, test t de Bonferroni). De plus, des comparaisons directes des taux d'occurrence des SWR dans tous les compartiments SWS entre les deux groupes ont montré une différence significative pour la période post-encodage (t12 = 2,41, p = 0,032), une différence proche de la signification pour la période post-test (t12 = 2,0, p = 0,068) et aucune différence pour tous les bacs restants (p > 0,2).

Évolution dans le temps du taux d'occurrence des SWR dans des tranches de 15 min de SWS.

Cette analyse restrictive a permis de contrôler la quantité différentielle de SWS par tranche de temps parmi les souris enregistrées et a révélé le même schéma d'effets que celui illustré à la Fig. 5. Des pics d'occurrence de SWR induits par l'encodage et la reconnaissance sont présents dans le groupe témoin PBS. (a), *p < 0,01 versus autre mesure, test t de Bonferroni, n = 7) mais supprimé dans le groupe Aβ (b), NS vs toutes autres mesures, test t de Bonferroni, n = 7).

Plutôt que d'être spécifique à la mémoire, l'augmentation induite par les tests de la survenue de SWR pourrait être la conséquence du maintien de l'homéostasie des circuits neuronaux sous-jacents à une période d'exploration prolongée dans le labyrinthe en Y. Pour contrôler cette confusion potentielle, nous avons analysé en détail le profil d'exploration de souris expérimentales injectées par Aβo et par véhicule utilisées pour les enregistrements hippocampiques pendant les phases d'encodage et de test dans le labyrinthe en Y. Distance parcourue (Encodage : souris PBS, 3514,5 ± 134,1 cm ; souris Aβ, 3107,1 ± 248,9 cm ; Test : souris PBS, 1465 ± 496,7 cm ; souris Aβ, 1576,5 ± 126,8 cm), vitesse (Encodage : souris PBS, 9,2 ± 0,3 cm/s ; souris Aβ, 9,1 ± 0,1 cm/s ; Test : souris PBS, 9 ± 0,5 cm/s ; souris Aβ, 8,7 ± 0,3 cm/s) et pourcentage d'immobilité (Encodage : souris PBS, 35 ± 2,3 % ; Souris Aβ, 37,1 ± 2,8 % ; Test : Souris PBS, 42,6 ± 19,1 % ; Souris Aβ, 36,4 ± 5,3 %) étaient similaires dans les deux groupes. Le fait que les souris injectées avec le véhicule et l'Aβo aient subi exactement la même procédure couplée à l'observation que ces souris exploraient et encodaient de manière similaire (comme le montre une performance de reconnaissance similaire entre les groupes au délai de 10 min) permet d'exclure un contribution du maintien de l'homéostasie aux changements observés induits par la mémoire dans l'occurrence du SWR. Nous n'avons observé aucune corrélation entre l'occurrence du SWR et les performances de la mémoire de reconnaissance dans le labyrinthe en Y (données non présentées), peut-être parce que le temps d'exploration dans le nouveau bras en tant que lecture principale des performances de reconnaissance ne peut être mesuré que sur un seul essai (test inné avec pas d'observations répétées) et ne capture pas complètement la vivacité de la mémoire.

Ensemble, ces résultats démontrent que l'effet délétère d'Aβos sur la dynamique des SWR est de nature dépendante de l'activité et efficace uniquement dans les situations exigeantes sur le plan cognitif nécessitant un traitement hippocampique.

La mémoire de reconnaissance, une subdivision de la mémoire épisodique, présente un intérêt particulier dans le contexte de la MA car cette forme de mémoire est généralement affectée au cours des premiers stades de cette maladie neurodégénérative17. Nous avons adapté la procédure classique de reconnaissance à deux essais dans le labyrinthe en Y au labyrinthe radial à 8 bras afin de favoriser le recours aux signaux distaux, améliorant ainsi la demande cognitive spatiale de la procédure de test. Cette adaptation a mis en évidence le potentiel d'une mémoire de reconnaissance spatiale de longue durée pouvant durer au moins 24 heures. Sa nature dépendante de l'hippocampe a été confirmée par l'inactivation post-codage spécifique de l'hippocampe qui a altéré les performances, indiquant ainsi l'implication fonctionnelle de cette région du cerveau dans le soutien de la formation et de l'expression de la mémoire de reconnaissance spatiale.

Conformément aux résultats précédents, notre étude révèle une augmentation transitoire du taux d'occurrence des SWR hippocampiques après un épisode d'apprentissage spatial, renforçant encore l'implication fonctionnelle des SWR dans la stabilisation progressive de l'information spatiale au cours des processus de consolidation de la mémoire7. Nous avons identifié deux pics d'occurrence de SWR hippocampique au cours des 40 minutes suivant les phases d'encodage ou de reconnaissance, une signature neuronale similaire à celle rapportée dans les tâches de mémoire spatiale associative chez le rat5,18. Cependant, contrairement à une augmentation de l'amplitude des ondulations après un nouvel apprentissage associatif ou une récupération de la mémoire à long terme5, nous n'avons trouvé aucun changement de la durée du SWR ou de la puissance normalisée. Ce modèle différentiel peut être dû au fait que dans notre paradigme de mémoire de reconnaissance, les souris n'ont été exposées qu'une seule fois au labyrinthe avant de s'engager dans SWS lorsque des ondulations ont été enregistrées alors que dans les travaux précédents, les animaux ont été soumis à de multiples sessions de formation intensives dans lesquelles ils devait extraire des règles d'apprentissage spécifiques. De plus, notre procédure de test reposait sur la préférence innée des rongeurs pour la nouveauté et n'impliquait aucun apprentissage associé à une récompense. Il convient de noter le schéma transitoire des deux pics d'occurrence de SWR hippocampique observés lors des tests d'encodage et de reconnaissance. Ils n'ont duré que 40 minutes, une dynamique temporelle qui suggère qu'ils ont peut-être agi principalement comme un interrupteur de déclenchement pendant SWS pour des changements cellulaires et moléculaires ultérieurs de longue durée dans le poids et la plasticité du câblage dans les assemblages de cellules hippocampiques activement engagés dans le traitement de la disposition spatiale du environnement de labyrinthe. Ainsi, les SWR post-encodage pourraient être principalement impliqués dans la formation de la mémoire spatiale et avoir une importance croissante dans sa stabilisation à mesure que la mémoire mûrit au fil du temps. En conséquence, les SWR ne seraient pas nécessaires pour l'expression de la mémoire peu de temps après l'encodage (aucune altération n'est observée à 10 min), mais seraient nécessaires pour lancer des processus de stabilisation et un accès ultérieur à la trace de la mémoire lors de la récupération sur des points de temps plus longs. Cela pourrait expliquer pourquoi, à 2 h, une altération de la mémoire commence à émerger (bien que non significative) et devient plus fréquente à 4 h, peut-être parce que l'absence de pic de SWR suite à l'encodage chez les souris injectées par Aβo a entraîné un échec du déclenchement de la réponse adéquate. processus de stabilisation progressive au cours du SWS de la configuration spatiale générale du labyrinthe. Une autre proposition concernant la nature transitoire des deux pics d'occurrence de SWR dans l'hippocampe, bien que spéculative, est que dans une situation plus éthologique où les animaux doivent traiter et potentiellement mémoriser un ensemble d'informations successives, il sera plus avantageux que ces informations soient traitées aussi rapidement que possible (c'est-à-dire un court pic de SWR) pour éviter le chevauchement des rediffusions de l'hippocampe pendant les périodes ultérieures d'éveil calme ou les phases de sommeil. En outre, la capacité de l'animal à reconnaître plus tard l'environnement du labyrinthe nécessite le rétablissement réussi des cartes de lieux hippocampiques précédemment stabilisées. Les SWR sont des candidats probables pour un tel processus de stabilisation en renforçant les assemblages de cellules spatiales19. Sur le plan fonctionnel, les moteurs SWR induits par l'encodage et la reconnaissance, que nous avons identifiés, peuvent jouer différents rôles. Lors de l'encodage, le pic d'occurrence du SWR hippocampique pourrait initier la stabilisation progressive au cours du SWS de la configuration spatiale générale du labyrinthe (c'est-à-dire l'accès à deux bras du labyrinthe). Lors des tests de reconnaissance, le lecteur SWR peut refléter le remappage partiel des champs de lieu hippocampique liés à la formation d'une représentation mise à jour de l'environnement dans lequel un bras supplémentaire du labyrinthe est maintenant disponible.

Étant donné que les SWR sont déclenchés chez les animaux présentant des troubles cognitifs, leurs schémas dysfonctionnels devraient altérer les processus liés à la mémoire. En conséquence, lorsqu'elles sont perturbées expérimentalement, les signatures SWR anormales entraînent un apprentissage spatial altéré6,20,21. En ce qui concerne les maladies neurodégénératives telles que la MA, la contribution fonctionnelle des SWR aux altérations rapportées de la mémoire spatiale reste cependant mal comprise. Pour mettre en œuvre l'observation selon laquelle les déficits cognitifs des patients atteints de MA sont corrélés aux niveaux d'Aβ soluble plutôt qu'au développement de la plaque en soi22, nous avons choisi d'injecter des formes synthétiques intracérébroventriques d'Aβos chez la souris. Ce modèle produit des déficits cognitifs beaucoup plus rapidement que d'autres modèles animaux transgéniques dans lesquels les troubles de la mémoire ne se développent qu'en quelques mois et permettent un contrôle rigoureux de l'évolution temporelle de la symptomatologie de la MA23. Nous avons constaté que les souris injectées d'Aβo présentaient un oubli plus rapide que les témoins, un profil de mémoire indiquant une incapacité à former et à stabiliser, ou à récupérer, des souvenirs durables. Étant donné que la procédure de reconnaissance spatiale repose sur la tendance naturelle des animaux à rechercher la nouveauté, il est possible que le traitement Aβo ait eu un impact sur d'autres composants comportementaux non mnésiques, tels que, par exemple, une attirance réduite pour le nouveau bras ou une augmentation de l'anxiété liée à la nouveauté. empêcherait l'exploration du nouveau bras pendant la phase de test malgré le souvenir des bras précédemment explorés. Cependant, l'observation d'une mémoire de reconnaissance intacte dans un délai très court (10 minutes) chez les souris injectées par Aβo rend ces facteurs de confusion potentiels peu probables. Cela renforce encore l'existence de processus de consolidation et de récupération de la mémoire altérés, deux comptes rendus mécanistes déjà suggérés dans d'autres modèles transgéniques de la MA dans lesquels seul un état précoce d'agrégation Aβ est présent sans formation de plaque16.

Nous avons constaté que la dégradation accélérée de la mémoire des souris traitées à l'Aβ était associée à une abolition des deux pics limités dans le temps des SWR normalement observés chez les témoins. Le fait que les souris injectées avec le véhicule et l'Aβo aient subi exactement la même procédure couplée à l'observation que ces souris exploraient et encodaient de manière similaire (comme le montre une performance de reconnaissance similaire entre les groupes au délai de 10 min) permet de minimiser l'implication des aspects non spécifiques de notre procédure de test. Bien que nous n'ayons pas enregistré l'activité hippocampique des souris lors des tests dans le labyrinthe en Y, il est probable que les souris des deux groupes ont maintenu un état cérébral thêta similaire lors de l'exploration du labyrinthe. Ainsi, l'augmentation de l'occurrence de SWR observée après les phases de codage et de test chez les souris injectées par le véhicule, mais pas injectées par Aβo, est probablement principalement liée à la composante mémoire de la procédure de test et non à une exigence différentielle d'homéostasie neuronale entre les deux groupes testés. Au total, nos données suggèrent que les deux pics de SWR limités dans le temps constituent probablement une condition préalable à la formation et à l'expression précise de la mémoire de reconnaissance spatiale.

Au niveau mécaniste, la réactivation de la mémoire est considérée comme le mécanisme itératif central des modèles de consolidation contemporains. Les cellules de lieu de l'hippocampe qui étaient co-actives lors de l'exploration spatiale présentent des schémas de tir corrélés pendant le SWS, révélant un mécanisme de relecture. Il est important de noter que la relecture hippocampique conserve l'ordre temporel d'origine et se produit préférentiellement lors de l'apparition de SWR7,9,19, conférant ainsi à ces oscillations hors ligne spécifiques un rôle privilégié dans la promotion de la plasticité synaptique du poids et du câblage et dans la coordination de la consolidation de la mémoire à travers les réseaux hippocampiques-corticaux. Surtout, nos résultats démontrent pour la première fois que c'est un manque d'augmentation post-apprentissage du taux d'occurrence du SWR et non une absence absolue de SWR (toujours générés normalement chez les souris Aβ avant les tests de mémoire), qui peut être responsable de la profil de mémoire altéré des souris Aβ. Cela ne suggère aucune altération du mécanisme neuronal sous-jacent à la génération des SWR, mais indique plutôt son incapacité à répondre de manière adéquate à une demande cognitive spécifique. Cette affirmation est en outre étayée par une préservation complète des propriétés SWR chez les souris traitées à l'Aβ dans des conditions de repos, une découverte qui est également en accord avec l'activité SWR continue non affectée démontrée dans les tranches de souris transgéniques AD13 et les tranches de rat traitées à l'Aβ24. Fait intéressant, les propriétés des SWR ne sont modifiées que lorsque des enchevêtrements neurofibrillaires et une neurodégénérescence sont détectés, deux caractéristiques de la MA qui apparaissent au cours des stades ultérieurs de la pathologie de la MA25. Cette découverte met en évidence un autre mécanisme déclenché par la pathologie AD qui peut affecter les propriétés du SWR sur une durée différente.

Bien que de nombreux mécanismes cellulaires et synaptiques puissent expliquer le manque de SWR induit par Aβ déclenché lors d'un défi cognitif, un candidat putatif est la plasticité synaptique induite par NMDAR. En effet, il a été démontré qu'un niveau élevé d'Aβos peut altérer la transmission synaptique glutamatergique, ce qui peut entraîner une perte synaptique26. De plus, il a été récemment proposé que l'augmentation post-apprentissage de l'occurrence du SWR résulte de la plasticité des récepteurs NMDA et du marquage neuronal précoce (au codage) des réseaux hippocampiques-corticaux, un processus neurobiologique dépendant du NMDAR requis pour l'intégration progressive des traces de mémoire dans l'hippocampe. -les réseaux corticaux pendant les périodes de sommeil et de repos21,27. Il est donc possible que l'altération précoce induite par Aβ de la fonction des récepteurs NMDA puisse empêcher la réponse dynamique des réseaux hippocampiques aux exigences post-apprentissage.

En conclusion, nos données fournissent de nouvelles informations sur l'implication fonctionnelle des SWR dans les troubles de la mémoire spatiale observés dans la MA. Bien qu'ils ne soient pas affectés dans les conditions basales, les schémas d'occurrence des SWR hippocampiques associés au codage ou à l'expression de la mémoire de reconnaissance ont été spécifiquement perturbés en cas de situation difficile. Étant donné que les souris traitées à l'Aβ étaient capables de former une mémoire de reconnaissance à court terme mais pas à long terme, l'absence du pic d'occurrence de SWR après l'encodage a probablement eu un impact principalement sur les processus de consolidation impliqués dans la stabilisation ultérieure de la trace de mémoire hippocampique et non sur les processus d'encodage en soi. . L'échec de l'expression de la mémoire de reconnaissance à long terme des souris Aβ était également associé à l'absence d'un pic d'occurrence SWR dédié, indiquant peut-être que la mémoire n'a pas été correctement stabilisée (oubli plus rapide) ou que l'accès à une trace partiellement dégradée n'était plus possible. Tout en soulignant les rôles cruciaux joués par la dynamique des SWR dans le traitement de la mémoire hippocampique, nos résultats ont également identifié l'absence de taux d'occurrence de SWR induits par l'apprentissage comme un marqueur potentiellement précoce de la MA.

Le peptide Aβ(1–42) a été obtenu auprès de NeuraTest (Bordeaux, France). Avant la remise en suspension, chaque flacon a été laissé s'équilibrer à température ambiante pendant 30 min pour éviter la condensation lors de l'ouverture du flacon. La première étape de la remise en suspension du peptide lyophilisé était un traitement dans du 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol (Sigma-Aldrich, L'Isle d'Abeau, France). Chaque flacon de peptide a été dilué dans du HFIP à 100 % jusqu'à 1 mM. La solution claire contenant le peptide dissous a ensuite été aliquotée dans des tubes de microcentrifugeuse. Le HFIP a été évaporé à l'aide d'un léger courant d'azote gazeux sous la hotte. Immédiatement avant utilisation, les aliquotes traitées au HFIP ont été soigneusement et complètement remises en suspension à 2 mM dans du diméthylsulfoxyde anhydre (Sigma-Aldrich, L'Isle d'Abeau, France) par mélange à la pipette suivi d'une sonication du bain pendant 15 min. Ensuite, l'échantillon a été dissous dans 95 μl de PBS glacé, immédiatement vortexé pendant 30 s et incubé à 4 ° C pendant 24 h. La concentration finale obtenue était de 100 μM (conserver à -80 ° C). Cette préparation Aβ a été caractérisée précédemment dans Stine et al.14 et validée in vivo dans Balducci et al.28.

L'électrophorèse a été réalisée sur des gels de polyacrylamide NuPAGE Bis-Tris 4–12% (Invitrogen, France). Après séparation par taille au sein du gel, les protéines ont été transférées sur une membrane en polyfluorure de vinylidène (PVDF) (membrane Polyscreen®, Perkin Elmer, France). Les membranes ont été bloquées avec une solution contenant 0,1 % de Tween 20 et une solution tamponnée Tris 200 mM (TTBS) complétée par 5 % de lait en poudre écrémé pendant 30 min et incubées avec l'anticorps monoclonal β amyloïde 1–16 de souris (6E10 ; Eurogentec, France) à 4°C pendant une nuit sous agitation douce. L'incubation avec l'anticorps secondaire conjugué à la fluorescence a été réalisée pendant 1 h à température ambiante. Après 3 lavages avec du TTBS et un avec du PBS, la membrane a été scannée à l'aide d'un système d'imagerie infrarouge automatisé Licor Aerius conformément aux instructions du fabricant.

Après accoutumance aux conditions du vivarium, 83 souris mâles C57BL/6J (3 à 4 mois) ont subi une chirurgie stéréotaxique sous anesthésie profonde à l'isoflurane. Comme modèle d'AD23, nous avons utilisé une injection intracérébroventriculaire d'Aβo comme décrit précédemment par Balducci et al.28. Une canule d'injection connectée via un cathéter à une seringue Hamilton de 5 μl visait le ventricule latéral droit en utilisant les coordonnées suivantes : antéropostérieur (AP) par rapport au bregma, -1,0 mm ; latéral (L) à la ligne médiane, 1,3 mm ; ventrale (V) à partir de la surface du crâne, -2,0 mm. Une solution de 4 μl d'Aβos ou de solution saline tamponnée au phosphate (PBS) contenant 5 % de DMSO utilisé comme véhicule a été perfusée à un débit de 0,5 μl/min avec une pompe d'injection contrôlant la seringue (Harvard Apparatus, Holliston, MA, USA). Des électrodes bilatérales constituées d'un fil de tungstène isolé (diamètre 35 μm, California Fine Wires) ont été implantées dans la région CA1 de l'hippocampe (AP : -2,0 mm, L : ±1,5 mm, V : -1,05 mm). Des électrodes de référence et de masse ont été implantées dans le cervelet. L'électrode d'électromyogramme (EMG) a été insérée dans les muscles du cou. Toutes les électrodes ont été soudées à un connecteur à 6 broches fixé au crâne avec du ciment acrylique dentaire. Pour les souris infusées avec de la lidocaïne (4 % dans du liquide céphalo-rachidien artificiel (aCSF), Sigma-Aldrich), des canules de guidage bilatérales ont été implantées dans l'hippocampe dorsal comme décrit précédemment29. La lidocaïne (0,5 μl par côté) a été délivrée bilatéralement au moyen de canules reliées à une seringue de 5 μl montée sur une pompe à perfusion. Les procédures expérimentales ont été conformes aux lignes directrices européennes officielles pour le soin et l'utilisation des animaux de laboratoire (directive 2010/63/UE) et ont été approuvées par le comité d'éthique de l'Université de Bordeaux (protocole A50120159).

La procédure à deux essais du labyrinthe en Y est couramment utilisée pour examiner la mémoire de reconnaissance spatiale et tire parti de la tendance innée des rongeurs à explorer de nouveaux environnements30. Pour augmenter sa demande cognitive spatiale, nous l'avons adapté au labyrinthe radial à 8 bras (Imetronic, France) dans lequel seuls trois bras étaient utilisés pour former une forme en Y (90°-135°-135° entre les bras). Chaque bras mesurait 62 cm de long et 12 cm de large et rayonnait à partir d'une plate-forme centrale (32 cm de diamètre). La procédure comportementale était composée de la phase d'exploration (encodage) et de la phase de reconnaissance, qui étaient séparées par divers intervalles inter-essais (ITI). Lors de l'essai d'encodage, l'un des trois bras disponibles a été fermé. La souris a été positionnée sur la plate-forme centrale du labyrinthe et laissée explorer les deux bras disponibles pendant 10 min. Au cours de l'essai de reconnaissance, l'animal pouvait explorer les trois bras pendant une période de 5 min. Le temps passé par l'animal dans chacun des trois bras du labyrinthe était enregistré automatiquement pendant la phase d'encodage et de test, l'entrée dans un bras étant notée lorsque la première moitié du corps de l'animal était à l'intérieur de ce bras. Ainsi, le temps total passé dans les trois bras correspondait au temps total d'exploration. Les souris ont normalement tendance à explorer plus souvent le bras précédemment bloqué (nouveau bras) du labyrinthe que ceux précédemment accessibles (familiers). Étant donné que ce paradigme comportemental repose sur la recherche de nouveauté, l'essai de reconnaissance ne doit pas être répété et les animaux n'ont été utilisés qu'une seule fois. Discriminer le bras nouveau des deux bras familiers est donc considéré comme un indice de mémoire de reconnaissance spatiale. La performance de la mémoire a été exprimée en pourcentage de temps passé dans le nouveau bras calculé comme suit : (temps passé dans le nouveau bras/temps passé dans les trois bras) × 100. Le temps passé sur la plate-forme centrale du labyrinthe a été exclu du calcul de performance. Le niveau de chance a été fixé à 33% du temps d'exploration. Un profil détaillé d'exploration du labyrinthe par chaque animal lors des phases d'encodage et de test (distance parcourue dans chaque bras incluant la plate-forme centrale, vitesse d'exploration et % d'immobilité fourni par le système de vidéopistage Imetronic couplé au labyrinthe) a également été généré pour examiner la schémas d'exploration des groupes injectés par véhicule et Aβo.

Des enregistrements quotidiens ont été effectués de 9 h à 16 h dans une boîte fermée opaque et faiblement éclairée pouvant accueillir la cage d'accueil de l'animal. Le connecteur de la tête de la souris était relié aux amplificateurs par un câble souple permettant les mouvements libres de l'animal. Le comportement a été suivi avec une caméra vidéo. Les électroencéphalogrammes et les signaux EMG ont été amplifiés par un amplificateur CA différentiel fait maison, numérisés à 32 kHz avec une résolution de 16 bits à l'aide du convertisseur CED Power 1401 et du logiciel Spike2 (Cambridge Electronic Design) et stockés sur un PC pour une analyse hors ligne. Pour obtenir des signaux de potentiel de champ local (LFP), les signaux bruts ont d'abord été traités par NDManager31 qui a fourni à la fois le filtrage et le sous-échantillonnage (de 32 kHz à 1250 Hz) et ensuite filtrés à l'aide du filtre Chebyshev Type II (ordre 4) dans le 100–250 Bande Hz. Sonic Vizualizer a été utilisé pour afficher et analyser les spectrogrammes. EMG a été filtré passe-bande à 250–350 Hz. Les spectres de puissance des bandes de fréquences delta (1–5 Hz) et thêta (5–10 Hz) ont été calculés en continu. Les états cérébraux correspondant aux états d'éveil, REM et de sommeil à ondes lentes (SWS) ont été notés manuellement par l'expérimentateur à l'aide de l'EMG, des rapports delta/thêta du spectrogramme comme indices ainsi que de l'enregistrement vidéo. Les états SWS ont été identifiés comme des épisodes d'immobilité (EMG tonique) et de puissance delta élevée. Les combats SWS séparés de moins de 3 secondes ont été fusionnés. Les états REM ont été identifiés comme des épisodes de puissance thêta élevée et faible delta accompagnés d'un enregistrement EMG atonique du cou. Après filtrage des signaux LFP dans la bande 100–250 Hz, les SWR ont été détectés à l'aide du signal au carré normalisé (NSS) (FMA Toolbox http://fmatoolbox.sourceforge.net/API/FMAToolbox/Analyses/FindRipples.html) uniquement pendant les périodes classé SWS. Les SWR ont été identifiés en établissant un seuil au NSS si son enveloppe dépassait 2 SD et le pic dépassait 5 SD. Les moments où le NSS a traversé 2 SD ont été considérés comme le début et le décalage d'un SWR. Les épisodes d'une durée supérieure à 100 ms ont été exclus de l'analyse tandis que les épisodes séparés par moins de 30 ms ont été fusionnés. Le taux d'occurrence a été exprimé en nombre de SWR par seconde de SWS (SWS-Rs/sec). La puissance normalisée a été calculée comme le maximum de NSS dans une ondulation. Les intervalles de temps contenant moins de 5 minutes d'une durée totale de SWS ont été exclus de l'analyse de la dynamique des SWR.

Vingt-quatre heures (n = 4) et 15 jours (n = 4) après l'injection intracérébroventriculaire d'oligomères Aβ(1–42), les souris ont été profondément anesthésiées avec de l'isoflurane 5 % et les hippocampes droits ont été soigneusement récoltés et homogénéisés dans un tampon de lyse contenant HEPES 20 mM, NaCl 0,15 mM, 1% triton x100, 1% acide désoxycholique, 1% SDS, pH 7,5 et additionné d'un cocktail inhibiteur de protéase (Sigma-Aldrich, L'Isle d'Abeau, France). Les quantités de protéines d'homogénats d'hippocampe ont été déterminées par le dosage des protéines de Bradford et normalisées à 500 μg de protéines par échantillon. La concentration hippocampique du peptide Aβ (1–42) a été évaluée par ELISA (Human Amyloid beta 42 Ultrasensitive ELISA Kit, Thermofisher, France). Ce kit détecte spécifiquement les formes solubles des peptides Aβ(1–42) humains avec une réactivité croisée négligeable avec les formes Aβ(1–40) humaines ou Aβ(1–42) murines. La concentration d'Aβ dans les échantillons a été déterminée par comparaison à une courbe standard (0–250 pg/ml). L'absorbance à 450 nm a été lue à l'aide d'un lecteur de microplaques.

Les résultats ont été exprimés en moyenne ± SEM. Après avoir vérifié la normalité des distributions avec le test de Shapiro-Wilk ainsi que l'homogénéité de la variance à l'aide du test de Levene, des analyses de données ont été effectuées à l'aide d'analyses de variance (ANOVA) suivies de comparaisons post-hoc effectuées par test t avec correction de Bonferroni le cas échéant. Pour les ANOVA à mesures répétées, nous avons en outre testé la sphéricité au moyen du test de Mauchly. Les valeurs de p < 0,05 ont été considérées comme significatives.

Comment citer cet article : Nicole, O. et al. Les bêta-oligomères amyloïdes solubles bloquent l'augmentation induite par l'apprentissage du taux d'ondulation des ondes aiguës de l'hippocampe et altèrent la formation de la mémoire spatiale. Sci. Rep. 6, 22728; doi : 10.1038/srep22728 (2016).

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Ce travail a été soutenu par des subventions de la Fondation pour la Recherche Médicale (FRM : DEQ20130326468), de la Fondation France Alzheimer, de l'ANR MALZ (ANR-10-MALZ-0001-02, projet CorehAlz) et par des financements du CNRS (UMR 5293) et de la Université de Bordeaux (ON, BB, PM). SH a été soutenu par une bourse doctorale du programme Erasmus Mundus (réseau ENC) et du Labex Brain (programme d'extension du doctorat). TB a bénéficié d'une bourse de statut 4/5/2012-15 et JG a été soutenu par le Programme "Technologies de l'information : Recherche et leurs applications interdisciplinaires" UDA-POKL 04.01.01-00-051/10-00 (Études doctorales interdisciplinaires).

Nicole Olivier et Hadzibegovic Senka ont contribué à parts égales à ce travail.

Bem Tiaza et Meyrand Pierre ont supervisé conjointement ce travail.

Institut des Maladies Neurodégénératives, Université de Bordeaux, UMR 5293, Bordeaux, 33000, France

Olivier Nicole, Senka Hadzibegovic, Bruno Bontempi & Pierre Meyrand

CNRS, Institut des Maladies Neurodégénératives, UMR 5293, Bordeaux, 33000, France

Olivier Nicole, Senka Hadzibegovic, Bruno Bontempi & Pierre Meyrand

Institut Nalecz de biocybernétique et de génie biomédical, Académie polonaise des sciences, Varsovie, 02-109, Pologne

Judyta Gajda et Tiaza Bem

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ON, SH, PM, TB et BB ont conçu des expériences, ON, SH, TB, JG et PM ont réalisé des expériences, ON, SH, TB, JG et PM ont analysé des données, ON, PM, TB et BB ont rédigé l'article et tous les auteurs ont passé en revue le manuscrit.

Les auteurs déclarent une absence d'intérêts financiers en compétition.

Ce travail est sous licence internationale Creative Commons Attribution 4.0. Les images ou tout autre matériel tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans la ligne de crédit ; si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons, les utilisateurs devront obtenir l'autorisation du titulaire de la licence pour reproduire le matériel. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Réimpressions et autorisations

Nicole, O., Hadzibegovic, S., Gajda, J. et al. Les bêta-oligomères amyloïdes solubles bloquent l'augmentation induite par l'apprentissage du taux d'ondulation des ondes aiguës de l'hippocampe et altèrent la formation de la mémoire spatiale. Sci Rep 6, 22728 (2016). https://doi.org/10.1038/srep22728

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Reçu : 21 août 2015

Accepté : 18 février 2016

Publié: 07 mars 2016

DOI : https://doi.org/10.1038/srep22728

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