Hilar parvalbumin interneurons control functional connectivity associated to spatial memory encoding

Abstract

Las células granulares del giro dentado (GD) son importantes para la formación de nuevas memorias y para actualizar conocimiento previo. Como resultado de su funcionamiento emerge la ortogonalización de patrones discretos de información contextual similar, pero diferenciable gracias a su especial conectividad anatómica, funcional y a sus peculiares características intrínsecas, que incluyen una gran hiperpolarización basal y una muy baja frecuencia de disparo (Bragin et al. 1995; Permía-Andrade et al. 2014). Sin embargo cuando disparan, lo hacen en ráfagas, teniendo una eficiencia enorme sobre sus dianas postsinápticas. Estas características tienen su base en un gran control inhibitorio de las interneuronas del hilus sobre las células granulares. La fuerza de esta inhibición es modulable por la plasticidad sináptica (Vogels et al., 2011), lo que apunta a que el balance excitación/inhibición puede ser una variable fundamental para controlar la transmisión de información. Consistentemente con esta idea, parte del trabajo experimental previo del laboratorio demostró que la inducción de potenciación a largo plazo (LTP), relacionada con la plasticidad sináptica en el GD, no sólo aumenta la excitabilidad en el circuito y la propagación de actividad extrahipocampal a corteza prefrontal, núcleo accumbens, etc. (Canals et al. 2009; Alvarez-Salvado, 2014); sino que también disminuye la inhibición local en el DG. Las preguntas que se plantean son ¿qué tipo o tipos de interneuronas del hilus median el control de la transmisión de información intra y extrahipocampal? y ¿qué implicaciones funcionales/conductuales tienen?

Hipótesis y métodos. En este trabajo hipotetizamos que las células en cesto (parvalbúmina positivas), con innervación perisomática sobre las células granulares del GD, al controlar el disparo de las mismas, regulan la transmisión de la información en el sistema y la codificación de la nueva información que participa en la memoria. Para investigarlo utilizamos una línera murina parvalbúmina(PV)-CRE y farmacogenética (DREADDs), para activar, hMD3(Gq), o inhibir, hMD4(Gi), la actividad de las neuronas PV+ del hilus, y lo combinamos con registros electrofisiológicos in vivo en el hipocampo y en corteza prefrontal, imagen por resonancia magnética funcional en roedores y conducta para valorar memoria espacial y separación de patrones (incluyendo la descripción de una nueva prueba conductual). Además también valoramos el tamaño del engrama de memoria mediante la expresión de la proteína cFos 1 h después de las pruebas de conducta.

Resultados. Nuestros resultados muestran una relación inversa entre el tono inhibitorio de las células en cesto del hilus, PV+ positivas, y la transferencia de actividad neuronal intra y extrahipocampal con estructuras neuronales asociadas a la codificación de nuevas memorias, sin afectar a la consolidación ni a la recuperación. Disminuir la actividad de las interneuronas PV+ de hilus incrementa 1) la salida de información del giro dentado sobre CA3 y su propagación intra-hipocampal a CA1, 2) la conectividad funcional entre hipocampo y corteza prefrontal, así como con regiones mesolímbicas dopaminérgicas, y 3) tanto la codificación de la memoria espacial, sin afectar a la consolidación ni al recuerdo, como la separación de patrones espaciales. Esto ocurre, sin afectar la plasticidad sináptica en las células granulares del GD (mostrado con electrofisiología in vivo). Por otro lado, activar a las interneuronas PV+ del hilus, incluso aunque la plasticidad sináptica de las granulares está igualmente intacta, dificulta la propagación de actividad neuronas intrahipocampal y se previene la codificiación de la memoria contextual, sin que afecte en la consolidación ni en el recuerdo. El número de neuronas reclutadas en el engrama en el GD no varió en ambos casos.

Conclusión principal. Tomados en conjunto los resultados demuestran que la propagación de actividad y la mejora de la conectividad funcional intra y extra-hipocampal, potenciada por la actividad del giro dentado, y no sólo la plasticidad sináptica (posición mayoritaria en el campo en la actualidad), determina la entrada de nueva información en los engramas de memoria. Más concretamente, este trabajo apunta a las interneuronas PV+ del hilus como reguladoras de la conectividad funcional asociada a la codificación de la memoria contextual.