Modeling the Molecular Networks that Underlie the Formation and Consolidation of Memory

模拟记忆形成和巩固的分子网络

基本信息

  • 批准号:
    10083237
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 33.45万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-02-15 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Molecular processes that underlie the induction and consolidation of long-term memory (LTM) are the subjects of intensive research, and studies are providing a wealth of empirical data that relate aspects of memory to specific intracellular signaling pathways. For example, empirical studies are elucidating the roles played by extracellular factors (e.g. growth factors), kinase activity, and transcriptional regulation in induction and consolidation of memory. Due in part to the complexity and nonlinear features of these molecular pathways, it is difficult to develop an intuitive understanding of the ways in which these pathways respond to stimulus protocols or pharmacological manipulations or are affected by single-site molecular lesions. To provide a better understanding of the processes underlying LTM, the present proposal will develop quantitative models of the molecular pathways that underlie two well-characterized models of LTM: i) long-term synaptic facilitation (LTF) and ii) long-term synaptic potentiation (LTP). Parameters will be constrained by empirical data. Parameter sensitivity analysis and a novel cluster analysis will assess model robustness. Aim 1 will extend our model for LTF, which describes the regulation of transcription by PKA and ERK via phosphorylation of the transcription factors CREB1 and CREB2. The extended model will include components of additional intra- and extracellular feedback loops (e.g., TGFβ, and ApNT), an additional transcription factor (C/EBP), ribosomal s6 kinase (RSK) and p38 MAP kinase. In Aim 2, this model will be used to predict stimulus protocols, as well as pharmacological treatments, that enhance LTF and that rescue impaired LTF. Aim 3 will extend our current model of LTP, which describes roles of several kinase pathways (e.g., MAPK, PKA, PKC, and CAMKII) and histone acetylation. The model will incorporate a recently delineated BDNF positive-feedback loop, which leads to activation of ERK, phosphorylation of CREB1, and induction of transcription necessary for the consolidation of LTP. We will simulate stimulus protocols and drug effects to predict treatments that could rescue impaired memory mechanisms in Rett syndrome, which is caused by mutations that alter the activity of the transcription factor MeCP2, and that can rescue impaired mechanisms in Rubinstein-Taybi syndrome, which is caused by mutations in CREB binding protein. This proposed approach of using models to predict novel learning paradigms and/or drug treatments that restore normal plasticity, is an innovative methodology that could ultimately lead to the development of new strategies for the treatment of cognitive disorders.
长期记忆(LTM)诱导和巩固的分子过程是主题 深入研究,并且研究提供了大量与记忆相关的经验数据 例如,实证研究正在阐明特定的细胞内信号传导途径所发挥的作用。 细胞外因子(例如生长因子)、激酶活性以及诱导和转录调控 部分由于这些分子途径的复杂性和非线性特征,它会巩固记忆。 很难对这些途径对刺激的反应方式产生直观的理解 方案或药理操作或受单位点分子损伤的影响提供更好的。 为了理解 LTM 的基本过程,本提案将开发 LTM 的定量模型 两种充分表征的 LTM 模型的分子途径: i) 长期突触促进 (LTF) ii) 长期突触增强(LTP)参数将受到经验数据的限制。 敏感性分析和新颖的聚类分析将评估模型的稳健性,目标 1 将扩展我们的模型。 LTF,描述了 PKA 和 ERK 通过转录磷酸化对转录的调节 扩展模型将包括额外的细胞内和细胞外成分。 反馈环路(例如 TGFβ 和 ApNT)、附加转录因子 (C/EBP)、核糖体 s6 激酶 (RSK) 在目标 2 中,该模型将用于预测刺激方案以及药理学。 增强 LTF 并挽救受损 LTF 的治疗方法将扩展我们当前的 LTP 模型。 描述了几种途径激酶(例如 MAPK、PKA、PKC 和 CAMKII)和组蛋白乙酰化的作用。 模型将纳入最近描述的 BDNF 正反馈环,从而导致 ERK 激活, CREB1 的磷酸化和 LTP 巩固所必需的转录诱导。 模拟刺激方案和药物效果来预测可以挽救受损记忆的治疗方法 雷特综合征的机制,该综合征是由改变转录因子活性的突变引起的 MeCP2,可以挽救由突变引起的 Rubinstein-Taybi 综合征的受损机制 在 CREB ​​结合蛋白中,提出了使用模型来预测新的学习范式和/或的方法。 恢复正常可塑性的药物治疗是一种创新方法,最终可能导致 开发治疗认知障碍的新策略。

项目成果

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