H+Oの短期記憶と物体記憶、海馬樹状突起の形態と突然変異誘発に対する晩期効果

Late Effects of H + O on Short-Term and Object Memory, Hippocampal Dendritic Morphology and Mutagenesis.

• Frederico Kiffer
• Tyler Alexander
• Julie Anderson
• Thomas Groves
• Taylor McElroy
• Jing Wang
• Vijayalakshmi Sridharan
• Michael Bauer
• Marjan Boerma
• Antiño Allen

抄録

地球の磁気圏を超えて広がる宇宙空間は、高エネルギー荷電核の複雑な場にさらされており、宇宙船の遮蔽物や人間の組織を通過することができ、高密度の電離事象を誘発する。火星へのミッションで深宇宙放射線環境に曝される宇宙飛行士にとって、中枢神経系は重要な懸念事項である。6ヶ月齢の雄マウスを、銀河宇宙線関連モデルとして、NASAの宇宙放射線研究所で、H（0.5Gy、150MeV/n、18-19cGy/分）を全身照射し、1時間後にO（0.1Gy、600MeV/n、18-33Gy/分）を照射した。動物は、認知的な豊かさを提供する寝具で収容された。放射線の後期影響を明らかにするために、被曝から9ヶ月後にマウスの認知行動を調べた。放射線は、新規物体認識と短期空間記憶（Y迷路）に有意な障害を誘発した。さらに、成熟した顆粒状ニューロンと錐体状ニューロンの間には、海馬全体で対照的な形態的な違いが観察され、背側歯状回では樹状突起の長さが増加し、海馬のCA1小領域では長さと複雑さが減少した。樹状突起棘の解析から、照射動物の海馬全体でキノコ棘密度が著しく低下していることが明らかになった。最後に、即時初期遺伝子および炎症に関与する遺伝子の一塩基多型に対する放射線の一般的な影響は検出されなかったが、抗酸化物質であるチオレドキシン還元酵素2および3遺伝子座において、より高いバリアント対立遺伝子頻度が検出された。

The space extending beyond Earth's magnetosphere is subject to a complex field of high-energy charged nuclei, which are capable of traversing spacecraft shielding and human tissues, inducing dense ionization events. The central nervous system is a major area of concern for astronauts who will be exposed to the deep-space radiation environment on a mission to Mars, as charged-particle radiation has been shown to elicit changes to the dendritic arbor within the hippocampus of rodents, and related cognitive-behavioral deficits. We exposed 6-month-old male mice to whole-body H (0.5 Gy; 150 MeV/n; 18-19 cGy/minute) and an hour later to O (0.1Gy; 600 MeV/n; 18-33 Gy/min) at NASA's Space Radiation Laboratory as a galactic cosmic ray-relevant model. Animals were housed with bedding which provides cognitive enrichment. Mice were tested for cognitive behavior 9 months after exposure to elucidate late radiation effects. Radiation induced significant deficits in novel object recognition and short-term spatial memory (Y-maze). Additionally, we observed opposing morphological differences between the mature granular and pyramidal neurons throughout the hippocampus, with increased dendritic length in the dorsal dentate gyrus and reduced length and complexity in the CA1 subregion of the hippocampus. Dendritic spine analyses revealed a severe reduction in mushroom spine density throughout the hippocampus of irradiated animals. Finally, we detected no general effect of radiation on single-nucleotide polymorphisms in immediate early genes, and genes involved in inflammation but found a higher variant allele frequency in the antioxidants thioredoxin reductase 2 and 3 loci.

Copyright © 2020 Kiffer, Alexander, Anderson, Groves, McElroy, Wang, Sridharan, Bauer, Boerma and Allen.