Regional changes in parvalbumin and calbindin expression in fear memory circuits of the developing mouse brain

Abstract

Uttrykt i nevroner og vidt distribuert i den voksne musehjernen finner vi kalsiumbindende proteiner. Gjennom utvikling bidrar kalsiumbindende proteiner som parvalbumin og calbindin til modningen av nevrale nettverk som ligger til grunn for en rekke funksjoner, inkludert fryktminneprosesser. Tidligere forskningsfunn konkluderte med at et redusert nivå av disse bindende proteinene kan føre til nevrodegenerative sykdommer og videre være involvert i nevroutviklingsforstyrrelser som angst. Ettersom de fleste studier kun fokuserer på en eller få hjerneregioner er informasjon om antall og tetthetsfordeling av disse kalsiumbindende proteinene i den utviklende musehjernen fragmentert. For å gi en mer omfattende oversikt over mengden og fordeling av kalsiumbindende proteiner i musehjernen, har vi laget en betydelig samling av mer enn 2500 mikroskopiske bilder. Disse bildene viser utviklingsmønsteret til parvalbumin og calbindin positive nevroner, fra musehjerner i alderen 9, 14, 21 og 35 dager. Dette prosjektet gir en analyse fokusert på nettverket som er assosiert med fryktminne, bestående av prelimbisk område, infralimbisk område og basolateral amygdala. Resultatene viser økt nivå av parvalbumin positive nevroner gjennom utvikling mens calbindin nivåer synker. Den største forskjellen ble sett i basolateral amygdala, som indikerer at disse kalsiumbindende proteinene spiller en avgjørende rolle i fryktminneprosesser under utvikling. All data innhentet i dette prosjektet deles offentlig gjennom forskningsinfrastrukturen EBRAINS, som gjør det mulig for forskere å undersøke videre regionale endringer i hjernens arkitektur gjennom utvikling.

Calcium-binding proteins expressed in neurons are widely distributed across the adult mouse brain. Through development, calcium-binding proteins such as parvalbumin and calbindin contribute to the maturation of neural networks underlying a range of functions such as fear memory processes. Previous research findings concluded that a decreased level of these binding proteins may result in neurodegeneration and further be involved in neurodevelopmental disorders such as anxiety. Information on the number and density distribution of these binding proteins in the developing mice brain are fragmented, as most studies focus only on one or few brain regions. To provide a more comprehensive overview of the amount and spatial distribution of calcium-binding proteins in the mouse brain, we have created a comprehensive collection of more than 2500 microscopic images. These images illustrate the developmental pattern of parvalbumin and calbindin positive neurons, sampled from the brains of mice aged 9, 14, 21, and 35 days. To demonstrate how this material can be used, the present project provides an analysis focused on areas associated with fear memory networks including prelimbic area, infralimbic area and basolateral amygdala. Our results indicate that parvalbumin levels increase through development while calbindin levels decrease. The largest difference was seen in basolateral amygdala indicating that these binding proteins play a crucial role in fear memory processes during development. All data resulting from this project are publicly shared through the EBRAINS research infrastructure, allowing researchers to further investigate regional changes in brain architecture through development across the entire brain.