Establishing a Radial Arm Maze Task to Investigate the Role of TDG in Hippocampus-Dependent Memory

Abstract

Identifiseringen av hippocampus (HPC) som sentrum for både eksplisitt hukommelse og romlig navigasjon har tilrettelagt for målrettede eksperimenter for å forstå mekanismene bak dannelsen av hukommelse. En bredt akseptert forståelse av hukommelse er at minner lagres i HPC som nettverk av forsterkede synapser. Regulering og endring i genuttrykk kreves for at disse synapsene forblir stryrket. Dette peker mot en potensiell epigenetisk rolle i hukommelsesdannelse. De presise mekanismene for hvordan epigenetikken bidrar til hukommelsesdannelse og -opprettholdelse er fortsatt lite kjent. Thymin-DNA Glykosylase (TDG) er involvert i aktiv demetylering av DNA ved spesifikke cytosinrester i genomet, men har vært lite undersøkt når det kommer til en potensiell rolle i epigenetisk regulering av synaptisk plastisitet. Ettersom DNA-metylering vanligvis hemmer genuttrykk antar vi at nevral aktivitet medfører stedsspesifikk TDG-formidlet demetylering, som igjen øker transkripsjonen av gener som bidrar til synaptisk plastisitet. For å teste denne hypotesen benyttet denne studien en åttearmet radialarm-labyrint (Radial Arm Maze; RAM) for å observere hukommelsesferdigheter relatert til romlig navigasjon hos mus med tids- og stedsbestemt knock-out av Tdg-genet, hovedsakelig begrenset til HPC. Vi forventet at Tdg-/- mus ville vise nedsatt romlig hukommelsesferdigheter på grunn av mangelen på denne regulatoren for å øke transkripsjonen av gener som fremmer synaptisk plastisitet. I motsetning til forventningene viste Tdg-/- mus forbedret ytelse i labyrinten sammenlignet med kontrollmus. Begrensninger i RAM-oppgaven identifisert i denne studien trekker frem spørsmål ved dens gyldighet og forhindrer derfor konklusjoner om de romlige hukommelsesevnene til Tdg-/- og kontrollmus. Flere observasjoner tyder på at musene i utførte RAM-oppgaven ved å bruke andre strategier som ikke er formidlet av romlig hukommelse, inkludert stereotyp atferd og reaktiv navigasjon. Selv om denne oppgaven ikke påviste en rolle for TDG i hukommelsesdannelse, klargjør den viktige hensyn og potensielle fallgruver ved bruk av RAM-oppgaven for fremtidige studier.

Identification of the hippocampus (HPC) as the locus for both the formation of declarative memories and spatial navigation has afforded targeted experimentation to elucidate the mechanisms that underlie memory formation. It is generally accepted that declarative memories are stored in the HPC as ensembles of strengthened synapses. For the strengthening of these synapses to persist, regulation of, and changes in, the expression of specific genes must occur to maintain them, thus implicating the epigenome in memory formation. The precise mechanisms by which the epigenome may contribute to memory acquisition and maintenance remain elusive. Thymine-DNA glycosylase (TDG) is involved in active demethylation of DNA at specific cytosine residues in the genome but its role in epigenetic regulation of synaptic plasticity has not been investigated. Given that DNA methylation typically represses gene expression, we hypothesize that neuronal activity induces site-specific TDG-mediated demethylation, thereby increasing transcription of genes crucial for synaptic plasticity. To test this hypothesis, this study employed the 8-armed Radial Arm Maze (RAM) task to assess spatial memory performance in mice harboring conditional knockout of the Tdg gene, restricted primarily to the HPC. Tdg-/- mice were expected to exhibit impaired spatial memory acquisition due to the absence of this regulator to increase transcription of genes promoting synaptic plasticity. Contrary to expectations, Tdg-/- mice exhibited enhanced performance in the RAM task compared to control mice. Limitations of the RAM task identified in this study call into question its validity and therefore preclude definitive conclusions regarding the spatial memory abilities of Tdg-/- and control mice. Several observations indicate that the mice rather performed the RAM task by use of other strategies that are not mediated by spatial memory, including stereotypic behaviours and reactionary navigation. While this thesis did not demonstrate a role of TDG in memory formation, it elucidated important considerations and potential pitfalls when utilizing the RAM task for future endeavours.