Assessing the Role of TDG in the Hippocampus-dependent Memory using Transgenic Mouse Models and rAAV Viral Tools

Abstract

Tymin DNA-glykosylase (TDG) er et enzym med viktige roller i genomisk reperasjon og epigenetisk regulering. Tiltredende bevis indikerer en viktig rolle for TDG i aktiv DNA-demetylering. DNA-methylering har en regulerende funksjon i gentranskripsjon gjennom rekrutering av proteiner involvert i genundertrykkelse, eller gjennom å hemme binding av transkripsjonsfaktorer til DNA. DNA-metylering har blitt implisert som en nødvendig mekanisme for dannelse av langtidshukommelse grunnet sin rolle i transkripsjonregulering av gener som er assosiert med synaptisk plastisitet. TDG's rolle i demetylering implikerer en mulig rolle for TDG i dannelse av langtidshukommelse, siden denne typen hukommelse av avhengig av transkripsjonell regulering. Denne studien undersøker rollen til TDG-regulert DNA-demetylering i hippocampus-avhengig hukommelse. Mer spesifikt, om mangel av TDG i hippocampus fører til endring i adferd og kognisjon hos mus. Jeg optimaliserte en protokoll for fjerning av TDG i hippocampale nevroner ved å bruke virale mekanismer. Videre evaluerte jeg adfersel og hukommelse til LoxP-miniTdg-mus. Dette ble gjort gjennom å måle angst-lignende adferd i OFT og ved å teste romlig hukommelse i preferansetestene NOL og Y-maze. Til slutt etablerte jeg en ny musemodell med betinget fjerning av TDG i hjernen. Resultatene mine tyder på at: 1) en viral konsentrasjon på 1:20 er optimal for å fjerne TDG samtidig som man unngår Cre-indusert nevronisk død og skader i hippocampus. 2) Det er ikke klart om fjerning av TDG i hippocampale nevroner påvirker langsiktig romlig hukommelse, da det ble introdusert betydelige forskjeller innad i gruppene som ble analysert. 3) Etablering av en ny musemodell med betinget hjernespesifikk fjerning av TDG var vellykket. Dette ble bekreftet ved Immunohistokjemi (IHC) av grønt fluoriserende protein (GFP) som viser Cre-indusert GFP-uttrykk, og antagelig fjerning av Tdg i CA1, CA3 og DG. Denne dyremodellen kan brukes i fremtidige studier for å videre undersøke TDG's rolle i hippocampus-avhengig hukommelse.

Thymine DNA glycosylase (TDG) is a vital enzyme with dual roles in genome maintenance and epigenetic regulation. Emerging evidence indicates an essential role of TDG in active DNA demethylation. DNA methylation serves an important function in transcriptional regulation by recruiting proteins involved in gene repression or by inhibiting the binding of transcription factors to DNA. DNA methylation has been implicated as a necessary mechanism in long-term memory formation due to its role in transcriptional regulation of genes associated with synaptic plasticity. The role of TDG in demethylation suggests a possible involvement of TDG in long-term memory formation, as this type of memory is dependent on transcriptional regulation. This study investigates the role of TDG-regulated DNA demethylation in hippocampal-dependent memory. More specifically, whether depletion of TDG in the hippocampus leads to alteration in animal behaviour and cognition. I optimised a protocol for TDG depletion in hippocampal neurons using viral tools. Further, I evaluated the behaviour and spatial memory of LoxP-miniTdg mice. This was done by assessing anxiety-related behaviour in the Open Field Test (OFT) and by evaluating spatial memory in the novel preference tests Novel Object Location (NOL) and Y-maze. Lastly, I established a new mouse model with conditional brain-specific TDG depletion. My results suggest that: 1) a viral concentration of 1:20 is optimal for depleting TDG while avoiding difficulties associated with Cre-induced neuronal loss and hippocampal lesions. 2) It is unclear whether the depletion of TDG in hippocampal neurons affects long-term spatial memory, as significant variances were introduced in the groups analysed. 3) Establishment of a new mouse model with conditional brain-specific TDG depletion was successful. This was confirmed by immunohistochemistry (IHC) of Green fluorescent protein (GFP), showing Cre-induced GFP expression, and presumably Tdg depletion, in CA1, CA3 and DG. This animal model can be used in future studies to further investigate TDG's role in hippocampus-dependent memory.