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08 août 2019

L'Interaction entre un gène de risque de trouble mental et un changement de polarité de développement de l'action GABA conduit à un déséquilibre excitation-inhibition

Aperçu: G.M.
Le déséquilibre excitation-inhibition (E-I) est considéré comme une caractéristique de divers troubles du développement neurologique, notamment la schizophrénie et l'autisme. 
La manière dont les facteurs de risque génétiques perturbent la formation coordonnée des synapses glutamatergique et GABAergique pour provoquer un déséquilibre E-I n'est pas bien comprise. 
Ici, nous montrons que l'inactivation de Disrupted-in-schizophrenia 1 (DISC1), un gène de risque de troubles mentaux majeurs, conduit à un déséquilibre E-I dans les neurones à granules dentés matures. Nous avons constaté que des apports excessifs en GABAergique d'interneurones exprimant la parvalbumine, mais non la somatostatine, favorisent la formation de synapses glutamatergique et gABAergique dans des neurones immatures mutants. Suite au passage de la polarité de signalisation GABAergique de dépolarisation à hyperpolarisation au cours de la maturation neuronale, une inhibition accrue des entrées excessives parvalbumine + GABAergique entraîne une perte des synapses glutamatergiques excitatrices dans les neurones mutants matures, entraînant un déséquilibre E-I. 
Nos résultats fournissent des informations sur le rôle de dépolarisation du GABA dans le développement de la balance E-I et sur la manière dont il peut être influencé par les facteurs de risque génétiques des troubles mentaux.

2019 Aug 6;28(6):1419-1428.e3. doi: 10.1016/j.celrep.2019.07.024.

Interplay between a Mental Disorder Risk Gene and Developmental Polarity Switch of GABA Action Leads to Excitation-Inhibition Imbalance

Author information

1
Department of Neuroscience and Mahoney Institute for Neurosciences, Perelman School for Medicine, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, USA; Institute for Cell Engineering, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD 21205, USA.
2
Institute for Cell Engineering, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD 21205, USA; Department of Pharmacology, School of Medicine, University of North Carolina, Chapel Hill, NC 27599, USA; Neuroscience Center, School of Medicine, University of North Carolina, Chapel Hill, NC 27599, USA.
3
Department of Pharmacology, College of Medicine, National Cheng Kung University, No. 1, University Road, Tainan City 701, Taiwan.
4
Institute for Cell Engineering, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD 21205, USA.
5
Department of Neurobiology and Behavior, State University of New York at Stony Brook, Stony Brook, NY 11794, USA.
6
Bio-X Institute, Key Laboratory for the Genetics of Developmental and Neuropsychiatric Disorders, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China.
7
Center for Developmental Neurobiology, King's College London, London SE1UL, UK.
8
Department of Neuroscience and Mahoney Institute for Neurosciences, Perelman School for Medicine, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, USA.
9
Department of Neuroscience and Mahoney Institute for Neurosciences, Perelman School for Medicine, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, USA; Department of Cell and Developmental Biology, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, USA; Institute for Regenerative Medicine, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, USA; The Epigenetics Institute, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, USA.
10
Department of Neuroscience and Mahoney Institute for Neurosciences, Perelman School for Medicine, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, USA; Department of Cell and Developmental Biology, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, USA; Institute for Regenerative Medicine, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, USA; Department of Psychiatry, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, USA. Electronic address: gming@pennmedicine.upenn.edu.

Abstract

Excitation-inhibition (E-I) imbalance is considered a hallmark of various neurodevelopmental disorders, including schizophrenia and autism. How genetic risk factors disrupt coordinated glutamatergic and GABAergic synapse formation to cause an E-I imbalance is not well understood. Here, we show that knockdown of Disrupted-in-schizophrenia 1 (DISC1), a risk gene for major mental disorders, leads to E-I imbalance in mature dentate granule neurons. We found that excessive GABAergic inputs from parvalbumin-, but not somatostatin-, expressing interneurons enhance the formation of both glutamatergic and GABAergic synapses in immature mutant neurons. Following the switch in GABAergic signaling polarity from depolarizing to hyperpolarizing during neuronal maturation, heightened inhibition from excessive parvalbumin+ GABAergic inputs causes loss of excitatory glutamatergic synapses in mature mutant neurons, resulting in an E-I imbalance. Our findings provide insights into the developmental role of depolarizing GABA in establishing E-I balance and how it can be influenced by genetic risk factors for mental disorders.
PMID: 31390557
DOI: 10.1016/j.celrep.2019.07.024

11 avril 2017

L'expression d'une mutation DISC1 dans les cellules de Purkinje augmente leur activité spontanée et affecte les comportements cognitifs et sociaux chez la souris

Aperçu: G.M.
En plus de la fonction motrice, le cervelet a été impliqué dans les comportements cognitifs et sociaux. Diverses anomalies structurelles et fonctionnelles des cellules de Purkinje (PC) ont été observées dans la schizophrénie et l'autisme.
Les résultats indiquent que le DISC1 mutant modifie la physiologie des PC, ce qui peut conduire à une mémoire de reconnaissance anormale chez la souris.


Neurobiol Dis. 2017 Apr 6. pii: S0969-9961(17)30082-7. doi: 10.1016/j.nbd.2017.04.008.

Expression of mutant DISC1 in Purkinje cells increases their spontaneous activity and impairs cognitive and social behaviors in mice

Author information

1
Department of Psychiatry and Behavioral Sciences, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD, USA; P.K. Anokhin Research Institute of Normal Physiology, Moscow, Russian Federation.
2
Department of Psychiatry and Behavioral Sciences, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD, USA.
3
Solomon H. Snyder Department of Neuroscience, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD, USA.
4
Department of Pathology, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD, USA.
5
Department of Psychiatry and Behavioral Sciences, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD, USA; Solomon H. Snyder Department of Neuroscience, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD, USA. Electronic address: mpletnik@jhmi.edu

Abstract

In addition to motor function, the cerebellum has been implicated in cognitive and social behaviors. Various structural and functional abnormalities of Purkinje cells (PCs) have been observed in schizophrenia and autism. As PCs express the gene Disrupted-In-Schizophrenia-1 (DISC1), and DISC1 variants have been associated with neurodevelopmental disorders, we evaluated the role of DISC1 in cerebellar physiology and associated behaviors using a mouse model of inducible and selective expression of a dominant-negative, C-terminus truncated human DISC1 (mutant DISC1) in PCs. Mutant DISC1 male mice demonstrated impaired social and novel placement recognition. No group differences were found in novelty-induced hyperactivity, elevated plus maze test, spontaneous alternation, spatial recognition in Y maze, sociability or accelerated rotarod. Expression of mutant DISC1 was associated with a decreased number of large somata PCs (volume: 3000-5000μm3) and an increased number of smaller somata PCs (volume: 750-1000μm3) without affecting the total number of PCs or the volume of the cerebellum. Compared to control mice, attached loose patch recordings of PCs in mutant DISC1 mice revealed increased spontaneous firing of PCs; and whole cell recordings showed increased amplitude and frequency of mEPSCs without significant changes in either Rinput or parallel fiber EPSC paired-pulse ratio. Our findings indicate that mutant DISC1 alters the physiology of PCs, possibly leading to abnormal recognition memory in mice.

PMID: 28392471
DOI: 10.1016/j.nbd.2017.04.008

08 novembre 2012

DISC1 as a therapeutic target for mental illnesses

Traduction: A. F.-R.




Hikida T , Gamo NJ , Sawa A .



Le DISC1 comme cible thérapeutique pour les maladies mentales





Source

Kyoto University School of Medicine, Medical Innovation Center, Kyoto, Japon.


Résumé


Introduction


De nombreuses études génétiques ont montré que le DISC1 n'est pas simplement «perturbé en schizophrénie», mais est plus généralement impliquée dans divers dysfonctionnements du cerveau associées avec un neuro-développement aberrant et des voies de signalisation intracellulaires. 
Ainsi, le gène DISC1 est légèrement associée à une variété de troubles du cerveau, y compris la schizophrénie, troubles de l'humeur, et l'autisme . Ce nouveau concept correspond aux résultats d'études biologiques du DISC1, qui comprennent les modèles cellulaires et animaux. 


Domaines couverts

Nous passons en revue la structure moléculaire et les fonctions du DISC1, en particulier ceux en relation avec ses interacteurs importants. Les fonctions de ces protéines en interaction sont également mis en place dans le cadre du concept de «interactome DISC1." 
Enfin, nous discutons de la façon dont l’interactome DISC1 peut fournir des cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies mentales. 

Avis d'expert

La modulation du DISC1 stabilité et modifications post-traductionnelles peuvent être des cibles clés pour aborder la pathologie DISC1 associée. En outre, la modulation du DISC1 interacteur et les mécanismes de leurs interactions avec DISC1 peuvent également fournir des cibles pour les médicaments. 
Les modèles DISC1 de rongeurs peuvent ensuite être utilisés comme modèles pour des validations in vivo des composés conçus pour DISC1 et de ses protéines en interaction. 
En outre, ces rongeurs serviront de modèles génétiques de la schizophrénie et des troubles connexes, en particulier en conjonction avec leurs pathologies au cours de la trajectoire du développement neurologique.