The functional role of NEIL3 DNA glycosylase in the hippocampus

Abstract

Tiltagende bevis tyder på at NEIL3 har viktige funksjoner i hjernen. Studier med gnagere har avslørt et diskret ekspresjonsmønster av NEIL3 i den subgranulære sonen av dentate gyrus og i den subventrikulære sonen av de laterale ventriklene under embryonal utvikling, noe som antyder at NEIL3 har en rolle i nevrogenese og embryonal utvikling av hjernen. Videre har lave nivåer av NEIL3 blitt påvist i hippocampus hos ferdigutviklede individer, og studier har vist at NEIL3 ser ut til å ha en funksjon i nevrogenese hos voksne. I tillegg har det blitt vist at mus som mangler NEIL3 har svekket romlig læring og hukommelse i Morris Water Maze (MWM), noe som antyder at NEIL3 har en rolle i hippocampus-avhengig hukommelse og læring. Dette prosjektet hadde som mål å undersøke den funksjonelle rollen til NEIL3 assosiert med hippocampus-avhengig romlig læring og hukommelse, med spesielt fokus på den dentate gyrus. Dette ble oppnådd ved å undersøke rollen til NEIL3 i læringsindusert nevrogenese hos voksne mus, uttrykk av umiddelbare tidlige gener, aktivering av inhibitoriske internevroner og volumendringer i de infrapyramidale mossy fibrene. Immunhistokjemistudier med påvisning av forskjellige cellulære markører ble utført ved bruk av sagittale hjerneseksjoner fra villtype (WT) og Neil3-/- mus, så vel som de samme etter romlig trening. Prøvene ble visualisert med konfokal avbildning og analysert i 3D-programvaren Imaris. I tillegg ble museembryoer på forskjellige utviklingsstadier samlet for å studere funksjonen til NEIL3 i embryonal utvikling av hippocampus. På grunn av begrenset tid ble det imidlertid kun utført et prøveeksperiment for å teste metodikken. Resultatene mine tyder på at: (1) Romlig erfaring-indusert voksen nevrogenese er økt hos villtypemus, men viser en tendens til å være svekket hos mus som mangler NEIL3. (2) Romlig erfarings-indusert ekspresjon av umiddelbare tidlige gener i den dentate gyrus er svekket i NEIL3-manglende mus. (3) Inhibitoriske GABAergiske internevroner aktiveres som respons på romlig trening i villtypemus, men slik aktivering er svekket i mus som mangler NEIL3. (4) NEIL3 har mulig ingen effekt på regulering av det infrapyramidale mossy fiber volumet etter romlig trening. (5) Jeg etablerte villtype og Neil3-/- embryoer (E13.5 og E18.5) fra en heterozygot oppdretter og immunhistokjemi med parafininnstøpte hjerneseksjoner ble testet i et piloteksperiment. Oppsummert indikerer resultatene mine at NEIL3 spiller en viktig rolle i funksjoner i den dentate gyrus assosiert med romlig læring og hukommelse.

Emerging evidence suggests novel functions of NEIL3 in the brain. Studies with rodents have revealed a discrete expression pattern of NEIL3 in the subgranular zone of the dentate gyrus and in the subventricular zone of the lateral ventricles during embryonic development, suggesting a role of NEIL3 in neurogenesis and embryonic brain development. A low level NEIL3 expression have been detected in the adult hippocampus, and NEIL3 is shown to play a role in adult neurogenesis. In addition, NEIL3-depleted mice display impaired spatial learning and memory in the Morris Water Maze (MWM), suggesting a role of NEIL3 in hippocampus-dependent memory. This project aimed to investigate the functional role of NEIL3 associated with hippocampal-dependent spatial learning and memory, with a special focus on the dentate gyrus. This was achieved by investigating the role of NEIL3 in learning-induced adult neurogenesis, expression of immediate early genes, activation of inhibitory interneurons and the volume changes in infrapyramidal mossy fiber bundles. Immunohistochemistry studies with detection of different cellular markers were performed using sagittal brain sections from naïve wildtype (WT) and Neil3-/- mice as well as the ones after spatial training. The samples were visualized with confocal imaging and analyzed in the 3D software Imaris. In addition, mouse embryos at different developmental stages were collected to study the function of NEIL3 in embryonic hippocampal development. However, due to limited time, only a trial experiment to test the methodology was performed. My results suggest that: (1) Spatial experience-associated adult neurogenesis is increased in wildtype mice but displays a tendency to be reduced in mice lacking NEIL3. (2) Spatial experience-induced expression of immediate early genes in the hippocampal dentate gyrus is impaired in NEIL3-deficient mice. (3) Inhibitory GABAergic interneurons in the dentate gyrus are activated in response to spatial training in wildtype mice, but such activation is impaired in NEIL3-depleted mice. (4) NEIL3 has no effect on regulation of the infrapyramidal mossy fiber volume after spatial training. (5) I obtained wildtype and Neil3-/- embryos (E13.5 and E18.5) from a heterozygous breeder and immunohistochemistry with paraffin embedded brain sections is tested in a pilot experiment. In summary, my results indicate that NEIL3 plays an important role in the dentate gyrus associated with spatial learning and memory.