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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.47.2010.tde-12032010-155559
Document
Author
Full name
Julien Braga Calais Correia Pinto
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2010
Supervisor
Committee
Sameshima, Koichi (President)
Britto, Luiz Roberto Giorgetti de
Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes
Title in Portuguese
A expressão de genes relacionados à plasticidade sináptica durante o sono REM após exposição a um ambiente enriquecido
Keywords in Portuguese
Aprendizagem
Expressão gênica
Memória
Plasticidade neuronal
Sono
Abstract in Portuguese
Diversas evidências demonstram que as diferentes fases do sono agem de maneira complementar e diferencial na consolidação de memórias. No entanto os mecanismos celulares e moleculares dessa relação não estão estabelecidos. Foi postulado que a melhor maneira para se entender como o sono facilita o aprendizado é contrastando evidências experimentais obtidas em presença ou ausência de informação adquirida recentemente; e que a plasticidade sináptica dependente de atividade é o melhor correlato celular para o aprendizado e memória. Portanto, analisamos a expressão dos genes relacionados à plasticidade sináptica Arc, Bdnf, Camk4, Creb1, Egr1, Egr2, Fos, Nr4a1, Ppp2ca e Ppp2r2d durante o sono de ratos adultos expostos ou não a um ambiente enriquecido. Nove dos 10 genes avaliados (Arc, Bdnf, Creb1, Egr1, Egr2, Fos, Nr4a1, Ppp2ca e Ppp2r2d) mostraram aumento da expressão após a exposição. A expressão de Bdnf no hipocampo estava aumentada durante os estágios marcados pela dessincronização da atividade elétrica do cérebro (vigília e sono REM) sugerindo que Bdnf poderia ser um marcador da homeostase do sono. Pela primeira vez demonstramos que exposição ao ambiente enriquecido promoveu aumento na expressão de genes (Ppp2r2d, Ppp2r2ca) que codificam para a proteína fosfatase 2A (PP2A). Dado o papel dessa proteína na plasticidade sináptica dependente de atividade sugerimos que esse evento seja importante para as modificações na morfologia e atividade neuronal observados após a exposição a um ambiente enriquecido. Por fim, o nosso trabalho mostra que ocorre a reindução de genes relacionados à potencialização sináptica durante SREM (Egr1, Fos). E, pela primeira vez, demonstrou-se que um gene que codifica para uma proteína relacionada à depressão da atividade sináptica também está reinduzido (Ppp2r2d) no hipocampo. Esses resultados reforçam a necessidade de uma reativação na atividade cerebral durante o sono e, pela primeira vez, mostram-se evidências experimentais que a potencialização e depressão da plasticidade sináptica ocorrem concomitantemente durante o sono.
Title in English
Expression of synaptic plasticity-related genes during REM sleep following novelty exposure
Keywords in English
Gene Expression
Learning
Memory
Neuronal Plasticity
Sleep
Abstract in English
Independent lines of evidence show differential and complementary roles of slow wave sleep and REM sleep in memory consolidation. However molecular and cellular mechanisms governing this relation are not known. It was suggested that comparison of experimental evidences obtained in presence or absence of recently acquired information is necessary to investigate sleep-dependent memory consolidation. It is well known that the activity-dependent synaptic plasticity is the best cellular and molecular correlate of learning and memory. Therefore we carried out experiments analyzing expression of synaptic plasticity-related genes (Arc, Bdnf, Camk4, Creb1, Egr1, Egr2, Fos, Nr4a1, Ppp2ca e Ppp2r2d) during sleep in adult rats exposed or not to a novel experience. Expression of nine out of 10 analyzed genes (Arc, Bdnf, Creb1, Egr1, Egr2, Fos, Nr4a1, Ppp2ca e Ppp2r2d) was increased following novelty exposure. Bdnf expression was increased in hippocampus during vigilance states marked by desynchronized brain electrical activity (waking and REM sleep). Hence, suggesting that Bdnf has a role as a homeostatic marker of sleep need. Here, we showed for the first time that exposure to novelty induces expression of protein phosphatase 2A (PP2A) coding genes (Ppp2r2d, Ppp2r2ca) in the hippocampus. Given PP2A role in activity dependant synaptic activity and its association to cytoskeleton proteins this could account for changes in neural activity and morphology observed after exposure to novelty. Finally, we found reinduction of synaptic potentiation related genes during REM sleep (Egr1, Fos). Furthermore, we also found reinduction of Ppp2r2d, which is related to synaptic depression. These results suggest the need for neural circuit reactivation during sleep and, for the first time, we provide experimental evidences that the synaptic potentiation and depression occur concurrently during sleep.
 
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Publishing Date
2010-05-28
 
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