DOI: https://doi.org/10.3389/fnbeh.2025.1703714
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41608082
تاريخ النشر: 2026-01-13
المؤلف: Nashaly Irizarry-Méndez وآخرون
الموضوع الرئيسي: الذاكرة والآليات العصبية
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة الآليات الجزيئية الكامنة وراء ضعف انقراض الخوف في إناث الجرذان المعرضة للإجهاد المطول المفرد (SPS)، وهي حالة مرتبطة بالاضطرابات المتعلقة بالإجهاد. من خلال استخدام البروتيوميات الكمية مع وسم العلامات الكتلية المتتالية، قام الباحثون بتحليل التغيرات في القشرة تحت الليمبية، وهي منطقة في الدماغ حاسمة لقمع الخوف. بعد تدريب تكييف الخوف السمعي وتدريب الانقراض، تم تصنيف الجرذان على أنها عرضة أو مرنة بناءً على أدائها في الانقراض. كشفت التحليلات عن ملفات بروتيومية مميزة، مع 53 بروتينًا معبرًا عنه بشكل مختلف، بما في ذلك النيوروجرين وبروتين التوبولين المرتبط (MAPT)، المرتبطين بالمرونة المشبكية والذاكرة. أشار تحليل إثراء المسارات إلى تغييرات كبيرة في تكوين المشابك، والابتلاع المعتمد على الكلاثرين، وإشارات الكالسيوم، والالتهام الذاتي المعتمد على الشابيرون.
أظهر التحقق الوظيفي من خلال تقليل التعبير عن النيوروجرين أو MAPT في الخلايا العصبية التي تعبر عن CAMKIIα تحسينًا في ذاكرة الانقراض في الجرذان المعرضة لـ SPS. تشير هذه النتائج إلى أن التعبير غير المنظم للبروتينات في القشرة تحت الليمبية يلعب دورًا حاسمًا في ضعف ذاكرة الانقراض والقدرة على التعرض للإجهاد الصادم في الإناث. بشكل عام، توفر الدراسة توصيفًا بروتيوميًا شاملاً للقشرة تحت الليمبية، مما يحدد الأهداف الجزيئية المحتملة للتدخل العلاجي في الاضطرابات المتعلقة بالصدمات التي تؤثر على الإناث.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الطبيعة التكيفية للخوف المتعلم ودوره في البقاء، مع تسليط الضوء على الآثار الضارة للاستجابات غير المنظمة للخوف التي يمكن أن تؤدي إلى اضطرابات تتعلق بالصدمات. تؤكد على أن التعرض للإجهاد يعطل انقراض الخوف، وهو عملية تعلم حاسمة لإدارة ذكريات الخوف. من الجدير بالذكر أن النساء يتأثرن بشكل غير متناسب بالاضطرابات المتعلقة بالصدمات، ومع ذلك لا تزال الآليات العصبية الحيوية وراء قابلية التعرض للإجهاد في الإناث غير مستكشفة بشكل كافٍ بسبب نقص الدراسات الشاملة. تم تحديد القشرة الجبهية البطنية الوسطى، وخاصة القشرة تحت الليمبية (IL)، كمنطقة دماغية رئيسية تشارك في تنظيم استجابة الخوف وذاكرة الانقراض.
تستخدم الدراسة نموذج الإجهاد المطول المفرد (SPS) في القوارض للتحقيق في التأثيرات الفسيولوجية والسلوكية للإجهاد الصادم، مع ملاحظة أن معظم الأبحاث الحالية تركزت على الذكور. يهدف المؤلفون إلى سد هذه الفجوة من خلال دراسة التغيرات البروتينية في IL للجرذان الإناث المصنفة على أنها مرنة أو عرضة للإجهاد بعد التعرض لـ SPS. باستخدام البروتيوميات الكمية المعتمدة على العلامات الكتلية المتتالية (TMT)، يحددون البروتينات المعبر عنها بشكل مختلف، بما في ذلك النيوروجرين وبروتين التوبولين المرتبط (MAPT)، المرتبطين بالمرونة المشبكية والخلل في الذاكرة. تظهر التجارب الوظيفية أن تقليل التعبير عن هذه البروتينات في خلايا عصبية معينة يعزز ذاكرة الانقراض في الجرذان الإناث المعرضة لـ SPS، مما يشير إلى مشاركتها في العجز الناتج عن الإجهاد في الانقراض ويفتح الطريق لاستراتيجيات علاجية مستهدفة للاضطرابات المتعلقة بالصدمات.
النتائج
تحدد الدراسة ضعف انقراض الخوف كميزة رئيسية للاضطرابات المتعلقة بالصدمات، وخاصة في الإناث، اللواتي غالبًا ما يكنّ ممثلات تمثيلًا ناقصًا في الأبحاث. باستخدام نموذج حيواني لـ SPS، صنف الباحثون الجرذان الإناث على أنها عرضة للإجهاد أو مرنة بناءً على أدائها في الاحتفاظ بالانقراض. كشفت التحليلات البروتينية الكمية عن ملفات جزيئية مميزة، حيث كانت النيوروجرين وMAPT مرتفعتين بشكل ملحوظ في الحيوانات المعرضة للإجهاد. أدى تقليل التعبير عن هذه البروتينات في خلايا عصبية IL التي تعبر عن CAMKIIα إلى تحسين ذاكرة الانقراض، مما يبرز أدوارها كمساهمين جزيئيين في قابلية التعرض للإجهاد وأهداف محتملة للتدخلات. من الجدير بالذكر أن مرحلة دورة الشبق عند الاسترجاع لم تؤثر بشكل كبير على الاحتفاظ بالانقراض، على الرغم من أن تأثيرها خلال التعرض لـ SPS لا يزال اعتبارًا.
على الرغم من النتائج البروتينية المقنعة، لم تقم التحليلات المناعية النسيجية بتكرار هذه النتائج، على الأرجح بسبب القيود التقنية مثل حساسية الأجسام المضادة وخصوصيتها. تقترح الدراسة أن الفجوات بين النتائج البروتينية والنتائج المناعية النسيجية قد تنبع من الاختلافات الجوهرية في طرق الكشف، حيث أن مطيافية الكتلة أكثر حساسية من التقنيات التقليدية مثل ELISA أو Western blot. بالإضافة إلى ذلك، بينما تم تصنيف الحيوانات بناءً على الاحتفاظ بالانقراض، لم تظهر سلوكياتها في التجميد خلال الاسترجاع اختلافات كبيرة، مما يعقد الكشف عن التغيرات النسيجية. تؤكد النتائج على الحاجة إلى دمج منهجيات متعددة لتوصيف الأسس الجزيئية للمرونة والقابلية للإصابة بدقة، مما يشير إلى أن التغيرات البروتينية قد تحدث بشكل مستقل عن التغيرات النسيجية المرئية.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم استخدام إناث الجرذان من نوع سبراجي-داولي البالغة للتحقيق في تأثيرات الإجهاد المطول المفرد (SPS) على تكييف الخوف السمعي وتعلم الانقراض. تضمنت بروتوكولات SPS سلسلة من الضغوط، بما في ذلك التقييد، السباحة، والتعرض لبخار الإيثيل، تلاها فترة استرداد. بعد سبعة أيام من SPS، خضعت الجرذان لتكييف الخوف، حيث تم قياس استجاباتها للمؤشرات السمعية المرتبطة بصدمات خفيفة. تم حساب مؤشر الاحتفاظ بالانقراض (ERI) لتصنيف الجرذان إلى مجموعات مرنة أو عرضة بناءً على قدرتها على إخماد استجابات الخوف، حيث تشير أعلى وأدنى 33% من درجات ERI إلى المرونة والقابلية على التوالي.
شملت التحليلات اللاحقة البروتيوميات لتحديد البروتينات ذات الوفرة المختلفة بين الجرذان المرنة والعرضة. تم تحديد ما مجموعه 1,624 بروتينًا، مع ملاحظة عدم تنظيم كبير في البروتينات المتعلقة بتكوين المشابك، وإشارات الكالسيوم، والالتهام الذاتي المعتمد على الشابيرون. تم استخدام تقنيات المناعية النسيجية والمناعية الفلورية لتصور التعبير عن البروتين في مقاطع الدماغ، مع التركيز على النيوروجرين وبروتينات التوبولين، التي تشارك في المرونة المشبكية وعمليات الذاكرة. تشير النتائج إلى أن ملفات التعبير عن البروتينات المحددة قد تكون وراء التباين في تعلم الانقراض والمرونة تجاه الإجهاد، مما يوفر رؤى حول الآليات الجزيئية لاضطرابات الخوف والقلق.
القيود
تسلط قيود الدراسة الحالية الضوء على عدة مجالات للتحسين والاتجاهات البحثية المستقبلية. أولاً، يحد غياب مجموعة التحكم غير المعرضة للإجهاد من القدرة على تقييم كيفية تأثير التعرض للإجهاد على بروتيوم الإنترلوكين (IL)، مع التركيز بدلاً من ذلك على الاختلافات الفردية في القابلية والمرونة بين الحيوانات المعرضة للإجهاد. يجب أن تشمل الأبحاث المستقبلية ضوابط غير معرضة للإجهاد لوضع تغييرات ناجمة عن الإجهاد في سياقها. ثانيًا، كانت التحليلات السلوكية محدودة بسلوك التجميد، متجاهلة استجابات أخرى مرتبطة بالخوف مثل الهروب والتجنب. سيساهم توسيع التجارب السلوكية لتشمل هذه الاستراتيجيات النشطة في تعزيز فهم المرونة والقابلية للإصابة.
بالإضافة إلى ذلك، بينما تم تحديد البروتينات المعبر عنها بشكل مختلف، لم تحقق الدراسة في تعديلات ما بعد الترجمة الخاصة بها، والتي تعتبر حاسمة لفهم وظيفة البروتين. يجب أن تتناول الأعمال المستقبلية هذه التعديلات وتأخذ في الاعتبار خصوصية نوع الخلية للبروتينات المحددة، حيث قد تتجاهل التحليلات البروتينية البروتينات الصغيرة أو الببتيدات التي قد تكون ذات أهمية. على الرغم من أن حجم العينة كان متسقًا مع سير العمل المعتمد على TMT، تعترف الدراسة بأن مجموعات أكبر وطرق التحقق مثل Western blotting أو qPCR ستعزز النتائج. أخيرًا، يحد استبعاد الجرذان الذكور من تعميم النتائج، نظرًا للاختلافات المعروفة بين الجنسين في استجابات الإجهاد. يجب أن تشمل الدراسات المستقبلية كلا الجنسين لتوضيح الميزات المعتمدة على الجنس وغير المعتمدة على الجنس في قابلية التعرض للإجهاد والمرونة، مع استكشاف الإمكانات العلاجية لاستهداف MAPT والنيوروجرين في التدخلات للاضطرابات المتعلقة بالصدمات.
DOI: https://doi.org/10.3389/fnbeh.2025.1703714
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41608082
Publication Date: 2026-01-13
Author(s): Nashaly Irizarry-Méndez et al.
Primary Topic: Memory and Neural Mechanisms
Overview
This study investigates the molecular mechanisms underlying impaired fear extinction in female rats exposed to single prolonged stress (SPS), a condition linked to stress-related disorders. By employing quantitative proteomics with tandem mass tag labeling, the researchers analyzed changes in the infralimbic cortex, a brain region crucial for fear suppression. Following auditory fear conditioning and extinction training, rats were categorized as susceptible or resilient based on their extinction performance. The analysis revealed distinct proteomic profiles, with 53 differentially expressed proteins, including neurogranin and microtubule-associated protein tau (MAPT), which are associated with synaptic plasticity and memory. Pathway enrichment analysis indicated significant alterations in synaptogenesis, clathrin-mediated endocytosis, calcium signaling, and chaperone-mediated autophagy.
Functional validation through AAV-shRNA knockdown of neurogranin or MAPT in CAMKIIα-expressing neurons demonstrated improved extinction memory in SPS-exposed rats. These findings suggest that dysregulated protein expression in the infralimbic cortex plays a critical role in the impaired extinction memory and susceptibility to traumatic stress in females. Overall, the study provides a comprehensive proteomic characterization of the infralimbic cortex, identifying potential molecular targets for therapeutic intervention in trauma-related disorders affecting females.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the adaptive nature of learned fear and its role in survival, while highlighting the detrimental effects of unregulated fear responses that can lead to trauma-related disorders. It emphasizes that stress exposure disrupts fear extinction, a critical learning process for managing fear memories. Notably, women are disproportionately affected by trauma-related disorders, yet the neurobiological mechanisms behind stress susceptibility in females remain inadequately explored due to a lack of inclusive studies. The ventromedial prefrontal cortex, particularly the infralimbic cortex (IL), is identified as a key brain region involved in fear response regulation and extinction memory.
The study utilizes the single prolonged stress (SPS) paradigm in rodents to investigate the physiological and behavioral impacts of traumatic stress, noting that most existing research has focused on male subjects. The authors aim to fill this gap by examining protein changes in the IL of female rats classified as either resilient or susceptible to stress after SPS exposure. Using tandem mass tag (TMT)-based quantitative proteomics, they identify differentially expressed proteins, including neurogranin and microtubule-associated protein tau (MAPT), which are linked to synaptic plasticity and memory dysfunction. Functional experiments demonstrate that reducing the expression of these proteins in specific neurons enhances extinction memory in SPS-exposed female rats, suggesting their involvement in stress-induced extinction deficits and paving the way for targeted therapeutic strategies for trauma-related disorders.
Results
The study identifies impaired fear extinction as a key feature of trauma-related disorders, particularly in females, who are often underrepresented in research. Using the SPS animal model, the researchers classified female rats as stress-susceptible or resilient based on their extinction retention performance. A quantitative proteomic analysis revealed distinct molecular profiles, with neurogranin and MAPT being significantly elevated in susceptible animals. Functional knockdown of these proteins in IL CAMKIIα-expressing neurons improved extinction memory, highlighting their roles as molecular contributors to stress vulnerability and potential targets for interventions. Notably, the estrous cycle stage at recall did not significantly affect extinction retention, although its influence during SPS exposure remains a consideration.
Despite the compelling proteomic findings, immunohistochemical analyses did not replicate these results, likely due to technical limitations such as antibody sensitivity and specificity. The study suggests that the discrepancies between proteomic and immunohistochemical findings may stem from the inherent differences in detection methods, as mass spectrometry is more sensitive than traditional techniques like ELISA or Western blot. Additionally, while animals were classified based on extinction retention, their freezing behavior during recall did not show significant differences, complicating the detection of histological variations. The results emphasize the need for integrating multiple methodologies to accurately characterize the molecular bases of resilience and susceptibility, suggesting that proteomic changes may occur independently of observable histological alterations.
Discussion
In this study, adult female Sprague-Dawley rats were utilized to investigate the effects of single prolonged stress (SPS) on auditory fear conditioning and extinction learning. The SPS protocol involved a series of stressors, including restraint, swimming, and exposure to ethyl ether vapors, followed by a recovery period. Seven days post-SPS, rats underwent fear conditioning, where their responses to auditory cues paired with mild shocks were measured. The extinction retention index (ERI) was calculated to classify rats into resilient or susceptible groups based on their ability to extinguish fear responses, with the top and bottom 33% of ERI scores indicating resilience and susceptibility, respectively.
Subsequent analyses included proteomics to identify differentially abundant proteins between resilient and susceptible rats. A total of 1,624 proteins were identified, with significant dysregulation observed in proteins related to synaptogenesis, calcium signaling, and chaperone-mediated autophagy. Immunohistochemical and immunofluorescence techniques were employed to visualize protein expression in brain sections, focusing on neurogranin and tau proteins, which are implicated in synaptic plasticity and memory processes. The findings suggest that specific protein expression profiles may underlie the variability in extinction learning and resilience to stress, providing insights into the molecular mechanisms of fear and anxiety disorders.
Limitations
The limitations of the current study highlight several areas for improvement and future research directions. Firstly, the absence of a non-stress control group restricts the ability to assess how stress exposure alters the interleukin (IL) proteome, focusing instead on individual differences in susceptibility and resilience among stressed animals. Future research should include non-stressed controls to contextualize stress-induced changes. Secondly, the behavioral analysis was limited to freezing behavior, neglecting other fear-related responses such as darting and avoidance. Expanding the behavioral assays to encompass these active coping strategies would enhance the understanding of resilience and susceptibility.
Additionally, while differentially expressed proteins were identified, the study did not investigate their post-translational modifications, which are crucial for understanding protein function. Future work should address these modifications and consider the cell-type specificity of the identified proteins, as proteomic analysis may overlook small proteins or peptides that could be significant. Although the sample size was consistent with TMT-based workflows, the study acknowledges that larger cohorts and validation methods like Western blotting or qPCR would strengthen the findings. Lastly, the exclusion of male rats limits the generalizability of the results, given known sex differences in stress responses. Future studies should include both sexes to elucidate sex-dependent and independent features of stress susceptibility and resilience, while also exploring the therapeutic potential of targeting MAPT and neurogranin in interventions for trauma-related disorders.