Dopamine receptor subtypes modulate olfactory bulb γ-aminobutyric acid type A receptors

The γ-aminobutyric acid type A (GABAA) receptor is the predominant Cl− channel protein mediating inhibition in the olfactory bulb and elsewhere in the mammalian brain. The olfactory bulb is rich in neurons containing both GABA and dopamine. Dopamine D1 and D2 receptors are also highly expressed in this brain region with a distinct and complementary distribution pattern. This distribution suggests that dopamine may control the GABAergic inhibitory processing of odor signals, possibly via different signal-transduction mechanisms. We have observed that GABAA receptors in the rat olfactory bulb are differentially modulated by dopamine in a cell-specific manner. Dopamine reduced the currents through GABA-gated Cl- channels in the interneurons, presumably granule cells. This action was mediated via D1 receptors and involved phosphorylation of GABAA receptors by protein kinase A. Enhancement of GABA responses via activation of D2 dopamine receptors and phosphorylation of GABAA receptors by protein kinase C was observed in mitral/tufted cells. Decreasing or increasing the binding affinity for GABA appears to underlie the modulatory effects of dopamine via distinct receptor subtypes. This dual action of dopamine on inhibitory GABAA receptor function in the rat olfactory bulb could be instrumental in odor detection and discrimination, olfactory learning, and ultimately odotopic memory formation.

Role of the calcium-binding protein parvalbumin in short-term synaptic plasticity

GABAergic (GABA = γ-aminobutyric acid) neurons from different brain regions contain high levels of parvalbumin, both in their soma and in their neurites. Parvalbumin is a slow Ca2+ buffer that may affect the amplitude and time course of intracellular Ca2+ transients in terminals after an action potential, and hence may regulate short-term synaptic plasticity. To test this possibility, we have applied paired-pulse stimulations (with 30- to 300-ms intervals) at GABAergic synapses between interneurons and Purkinje cells, both in wild-type (PV+/+) mice and in parvalbumin knockout (PV−/−) mice. We observed paired-pulse depression in PV+/+ mice, but paired-pulse facilitation in PV−/− mice. In paired recordings of connected interneuron-Purkinje cells, dialysis of the presynaptic interneuron with the slow Ca2+ buffer EGTA (1 mM) rescues paired-pulse depression in PV−/− mice. These data show that parvalbumin potently modulates short-term synaptic plasticity.

A decrease of reelin expression as a putative vulnerability factor in schizophrenia

Postmortem prefrontal cortices (PFC) (Brodmann’s areas 10 and 46), temporal cortices (Brodmann’s area 22), hippocampi, caudate nuclei, and cerebella of schizophrenia patients and their matched nonpsychiatric subjects were compared for reelin (RELN) mRNA and reelin (RELN) protein content. In all of the brain areas studied, RELN and its mRNA were significantly reduced (≈50%) in patients with schizophrenia; this decrease was similar in patients affected by undifferentiated or paranoid schizophrenia. To exclude possible artifacts caused by postmortem mRNA degradation, we measured the mRNAs in the same PFC extracts from γ-aminobutyric acid (GABA)A receptors α1 and α5 and nicotinic acetylcholine receptor α7 subunits. Whereas the expression of the α7 nicotinic acetylcholine receptor subunit was normal, that of the α1 and α5 receptor subunits of GABAA was increased when schizophrenia was present. RELN mRNA was preferentially expressed in GABAergic interneurons of PFC, temporal cortex, hippocampus, and glutamatergic granule cells of cerebellum. A protein putatively functioning as an intracellular target for the signal-transduction cascade triggered by RELN protein released into the extracellular matrix is termed mouse disabled-1 (DAB1) and is expressed at comparable levels in the neuroplasm of the PFC and hippocampal pyramidal neurons, cerebellar Purkinje neurons of schizophrenia patients, and nonpsychiatric subjects; these three types of neurons do not express RELN protein. In the same samples of temporal cortex, we found a decrease in RELN protein of ≈50% but no changes in DAB1 protein expression. We also observed a large (up to 70%) decrease of GAD67 but only a small decrease of GAD65 protein content. These findings are interpreted within a neurodevelopmental/vulnerability “two-hit” model for the etiology of schizophrenia.

Disfacilitation and active inhibition in the neocortex during the natural sleep-wake cycle: An intracellular study

Earlier extracellular recordings during natural sleep have shown that, during slow-wave sleep (SWS), neocortical neurons display long-lasting periods of silence, whereas they are tonically active and discharge at higher rates during waking and sleep with rapid eye movements (REMs). We analyzed the nature of long-lasting periods of neuronal silence in SWS and the changes in firing rates related to ocular movements during REM sleep and waking using intracellular recordings from electrophysiologically identified neocortical neurons in nonanesthetized and nonparalyzed cats. We found that the silent periods during SWS are associated with neuronal hyperpolarizations, which are due to a mixture of K+ currents and disfacilitation processes. Conventional fast-spiking neurons (presumably local inhibitory interneurons) increased their firing rates during REMs and eye movements in waking. During REMs, the firing rates of regular-spiking neurons from associative areas decreased and intracellular traces revealed numerous, short-lasting, low-amplitude inhibitory postsynaptic potentials (IPSPs), that were reversed after intracellular chloride infusion. In awake cats, regular-spiking neurons could either increase or decrease their firing rates during eye movements. The short-lasting IPSPs associated with eye movements were still present in waking; they preceded the spikes and affected their timing. We propose that there are two different forms of firing rate control: disfacilitation induces long-lasting periods of silence that occur spontaneously during SWS, whereas active inhibition, consisting of low-amplitude, short-lasting IPSPs, is prevalent during REMs and precisely controls the timing of action potentials in waking.

An astroglia-linked dopamine D2-receptor action in prefrontal cortex

Typical neuroleptic drugs elicit their antipsychotic effects mainly by acting as antagonists at dopamine D2 receptors. Much of this activity is thought to occur in the cerebral cortex, where D2 receptors are found largely in inhibitory GABAergic neurons. Here we confirm this localization at the electron microscopic level, but additionally show that a subset of cortical interneurons with low or undetectable expression of D2 receptor isoforms are surrounded by astrocytic processes that strongly express D2 receptors. Ligand binding of isolated astrocyte preparations indicate that cortical astroglia account for approximately one-third of the total D2 receptor binding sites in the cortex, a proportion that we found conserved among rodent, monkey, and human tissues. Further, we show that the D2 receptor-specific agonist, quinpirole, can induce Ca2+ elevation in isolated cortical astrocytes in a pharmacologically reversible manner, thus implicating this receptor in the signaling mechanisms by which astrocytes communicate with each other as well as with neurons. The discovery of D2 receptors in astrocytes with a selective anatomical relationship to interneurons represents a neuron/glia substrate for cortical dopamine action in the adult cerebral cortex and a previously unrecognized site of action for antipsychotic drugs with affinities at the D2 receptor.

The generation, migration, and differentiation of olfactory neurons in the adult primate brain

In adult rodents, neural progenitor cells in the subependymal (SZ) zone of the lateral cerebral ventricle generate neuroblasts that migrate in chains via the rostral migratory stream (RMS) into the olfactory bulb (OB), where they differentiate into interneurons. However, the existence of this neurogenic migratory system in other mammals has remained unknown. Here, we report the presence of a homologue of the rodent SZ/RMS in the adult macaque monkey, a nonhuman Old World primate with a relatively smaller OB. Our results—obtained by using combined immunohistochemical detection of a marker for DNA replication (5-bromodeoxyuridine) and several cell type-specific markers—indicate that dividing cells in the adult monkey SZ generate neuroblasts that undergo restricted chain migration over an extended distance of more than 2 cm to the OB and differentiate into granule interneurons. These findings in a nonhuman primate extend and support the use of the SZ/RMS as a model system for studying neural regenerative mechanisms in the human brain.

A dendrodendritic reciprocal synapse provides a recurrent excitatory connection in the olfactory bulb

Neuronal synchronization in the olfactory bulb has been proposed to arise from a diffuse action of glutamate released from mitral cells (MC, olfactory bulb relay neurons). According to this hypothesis, glutamate spills over from dendrodendritic synapses formed between MC and granule cells (GC, olfactory bulb interneurons) to activate neighboring MC. The excitation of MC is balanced by a strong inhibition from GC. Here we show that MC excitation is caused by glutamate released from bulbar interneurons located in the GC layer. These reciprocal synapses depend on an unusual, 2-amino-5-phosphonovaleric acid-resistant, N-methyl-d-aspartate receptor. This type of feedback excitation onto relay neurons may strengthen the original sensory input signal and further extend the function of the dendritic microcircuit within the main olfactory bulb.

Regional and cellular fractionation of working memory

This chapter recounts efforts to dissect the cellular and circuit basis of a memory system in the primate cortex with the goal of extending the insights gained from the study of normal brain organization in animal models to an understanding of human cognition and related memory disorders. Primates and humans have developed an extraordinary capacity to process information “on line,” a capacity that is widely considered to underlay comprehension, thinking, and so-called executive functions. Understanding the interactions between the major cellular constituents of cortical circuits—pyramidal and nonpyramidal cells—is considered a necessary step in unraveling the cellular mechanisms subserving working memory mechanisms and, ultimately, cognitive processes. Evidence from a variety of sources is accumulating to indicate that dopamine has a major role in regulating the excitability of the cortical circuitry upon which the working memory function of prefrontal cortex depends. Here, I describe several direct and indirect intercellular mechanisms for modulating working memory function in prefrontal cortex based on the localization of dopamine receptors on the distal dendrites and spines of pyramidal cells and on interneurons in the prefrontal cortex. Interactions between monoamines and a compromised cortical circuitry may hold the key to understanding the variety of memory disorders associated with aging and disease.

Tracking the estrogen receptor in neurons: Implications for estrogen-induced synapse formation

Estrogens (E) and progestins regulate synaptogenesis in the CA1 region of the dorsal hippocampus during the estrous cycle of the female rat, and the functional consequences include changes in neurotransmission and memory. Synapse formation has been demonstrated by using the Golgi technique, dye filling of cells, electron microscopy, and radioimmunocytochemistry. N-methyl-d-aspartate (NMDA) receptor activation is required, and inhibitory interneurons play a pivotal role as they express nuclear estrogen receptor alpha (ERα) and show E-induced decreases of GABAergic activity. Although global decreases in inhibitory tone may be important, a more local role for E in CA1 neurons seems likely. The rat hippocampus expresses both ERα and ERβ mRNA. At the light microscopic level, autoradiography shows cell nuclear [3H]estrogen and [125I]estrogen uptake according to a distribution that primarily reflects the localization of ERα-immunoreactive interneurons in the hippocampus. However, recent ultrastructural studies have revealed extranuclear ERα immunoreactivity (IR) within select dendritic spines on hippocampal principal cells, axon terminals, and glial processes, localizations that would not be detectable by using standard light microscopic methods. Based on recent studies showing that both types of ER are expressed in a form that activates second messenger systems, these findings support a testable model in which local, non-genomic regulation by estrogen participates along with genomic actions of estrogens in the regulation of synapse formation.

Mixed synapses discovered and mapped throughout mammalian spinal cord.

Previously, synaptic activity in the spinal cord of adult mammals was attributed exclusively to chemical neurotransmission. In this study, evidence was obtained for the existence, relative abundance, and widespread distribution of "mixed" (chemical and electrical) synapses on neurons throughout the spinal cords of adult mammals. Using combined confocal microscopy and "grid-mapped freeze fracture," 36 mixed synapses containing 88 "micro" gap junctions (median = 45 connexons) were found and mapped to 33 interneurons and motor neurons in Rexed laminae III-IX in cervical, thoracic, and lumbosacral spinal cords of adult male and female rats. Gap junctions were adjacent to presumptive active zones, where even small gap junctions would be expected to increase synaptic efficacy. Two morphological types of mixed synapse were discerned. One type contained distinctive active zones consisting of "nested" concentric toroidal deformations of pre- and postsynaptic membranes, which, because of their unusual topology, were designated as "synaptic sombreros." A second type had gap junctions adjacent to active zones consisting of broad, flat, shallow indentations of the plasma membrane. Morphometric analysis indicates that mixed synapses correspond to 3-5% of all synapses on the somata and proximal dendrites, but, because of their subcellular location and morphology, they could represent 30-100% of excitatory synapses. The relative abundance of mixed synapses on several classes of neurons in spinal cords of adult rats suggests that mixed synapses provide important but previously unrecognized pathways for bidirectional communication between neurons in the mammalian central nervous system.

Circuitry for color coding in the primate retina.

Human color vision starts with the signals from three cone photoreceptor types, maximally sensitive to long (L-cone), middle (M-cone), and short (S-cone) wavelengths. Within the retina these signals combine in an antagonistic way to form red-green and blue-yellow spectral opponent pathways. In the classical model this antagonism is thought to arise from the convergence of cone type-specific excitatory and inhibitory inputs to retinal ganglion cells. The circuitry for spectral opponency is now being investigated using an in vitro preparation of the macaque monkey retina. Intracellular recording and staining has shown that blue-ON/yellow-OFF opponent responses arise from a distinctive bistratified ganglion cell type. Surprisingly, this cone opponency appears to arise by dual excitatory cone bipolar cell inputs: an ON bipolar cell that contacts only S-cones and an OFF bipolar cell that contacts L- and M-cones. Red-green spectral opponency has long been linked to the midget ganglion cells, but an underlying mechanism remains unclear. For example, receptive field mapping argues for segregation of L-and M-cone signals to the midget cell center and surround, but horizontal cell interneurons, believed to generate the inhibitory surround, lack opponency and cannot contribute selective L- or M-cone input to the midget cell surround. The solution to this color puzzle no doubt lies in the great diversity of cell types in the primate retina that still await discovery and analysis.

Inhibitory influence of frontal cortex on locus coeruleus neurons.

The functional influence of the frontal cortex (FC) on the noradrenergic nucleus locus coeruleus (LC) was studied in the rat under ketamine anesthesia. The FC was inactivated by local infusion of lidocaine or ice-cold Ringer's solution while recording neuronal activity simultaneously in FC and LC. Lidocaine produced a transient increase in activity in FC, accompanied by a decrease in LC unit and multiunit activity. This was followed by a total inactivation of FC and a sustained increase in firing rate of LC neurons. Subsequent experiments revealed antidromic responses in the FC when stimulation was applied to the LC region. The antidromic responses in FC were found in a population of neurons (about 8%) restricted to the dorsomedial area, FR2. The results indicate that there is a strong inhibitory influence of FC on the tonic activity of LC neurons. The antidromic responses in FC to stimulation of the LC region suggest that this influence is locally mediated, perhaps through interneurons within the nucleus or neighboring the LC.

Characterization of subtype-specific antibodies to the human D5 dopamine receptor: studies in primate brain and transfected mammalian cells.

To achieve a better understanding of how D5 dopamine receptors mediate the actions of dopamine in brain, we have developed antibodies specific for the D5 receptor. D5 antibodies reacted with recombinant baculovirus-infected Sf9 cells expressing the D5 receptor but not with the D1 receptor or a variety of other catecholaminergic and muscarinic receptors. Epitope-tagged D5 receptors expressed in mammalian cells were reactive with both D5 antibodies and an epitope-specific probe. A mixture of N-linked glycosylated polypeptides and higher molecular-mass species was detected on immunoblots of membrane fractions of D5-transfected cells and also of primate brain. D5 receptor antibodies intensely labeled pyramidal neurons in the prefrontal cortex, whereas spiny medium-sized neurons and aspiny large interneurons of the caudate nucleus were relatively lightly labeled. Antibodies to the D5 dopamine receptor should prove important in experimentally determining specific roles for the D5 and D1 receptors in cortical processes and diseases.

Bases moléculaires et cellulaires d’un trouble neurodéveloppemental causé par l’haploinsuffisance de SYNGAP1

La déficience intellectuelle est la cause d’handicap la plus fréquente chez l’enfant. De nombreuses évidences convergent vers l’idée selon laquelle des altérations dans les gènes synaptiques puissent expliquer une fraction significative des affections neurodéveloppementales telles que la déficience intellectuelle ou encore l’autisme. Jusqu’à récemment, la majorité des mutations associées à la déficience intellectuelle a été liée au chromosome X ou à la transmission autosomique récessive. D’un autre côté, plusieurs études récentes suggèrent que des mutations de novo dans des gènes à transmission autosomique dominante, requis dans les processus de la plasticité synaptique peuvent être à la source d’une importante fraction des cas de déficience intellectuelle non syndromique. Par des techniques permettant la capture de l’exome et le séquençage de l’ADN génomique, notre laboratoire a précédemment reporté les premières mutations pathogéniques dans le gène à transmission autosomique dominante SYNGAP1. Ces dernières ont été associées à des troubles comportementaux tels que la déficience intellectuelle, l’inattention, des problèmes d’humeur, d’impulsivité et d’agressions physiques. D’autres patients sont diagnostiqués avec des troubles autistiques et/ou des formes particulières d’épilepsie généralisée. Chez la souris, le knock-out constitutif de Syngap1 (souris Syngap1+/-) résulte en des déficits comme l’hyperactivité locomotrice, une réduction du comportement associée à l’anxiété, une augmentation du réflexe de sursaut, une propension à l’isolation, des problèmes dans le conditionnement à la peur, des troubles dans les mémoires de travail, de référence et social. Ainsi, la souris Syngap1+/- représente un modèle approprié pour l’étude des effets délétères causés par l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur le développement de circuits neuronaux. D’autre part, il est de première importance de statuer si les mutations humaines aboutissent à l’haploinsuffisance de la protéine. SYNGAP1 encode pour une protéine à activité GTPase pour Ras. Son haploinsuffisance entraîne l’augmentation des niveaux d’activité de Ras, de phosphorylation de ERK, cause une morphogenèse anormale des épines dendritiques et un excès dans la concentration des récepteurs AMPA à la membrane postsynaptique des neurones excitateurs. Plusieurs études suggèrent que l’augmentation précoce de l’insertion des récepteurs AMPA au sein des synapses glutamatergiques contribue à certains phénotypes observés chez la souris Syngap1+/-. En revanche, les conséquences de l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur les circuits neuronaux GABAergiques restent inconnues. Les enjeux de mon projet de PhD sont: 1) d’identifier l’impact de mutations humaines dans la fonction de SYNGAP1; 2) de déterminer si SYNGAP1 contribue au développement et à la fonction des circuits GABAergiques; 3) de révéler comment l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux circuits GABAergiques affecte le comportement et la cognition. Nous avons publié les premières mutations humaines de type faux-sens dans le gène SYNGAP1 (c.1084T>C [p.W362R]; c.1685C>T [p.P562L]) ainsi que deux nouvelles mutations tronquantes (c.2212_2213del [p.S738X]; c.283dupC [p.H95PfsX5]). Ces dernières sont toutes de novo à l’exception de c.283dupC, héritée d’un père mosaïque pour la même mutation. Dans cette étude, nous avons confirmé que les patients pourvus de mutations dans SYNGAP1 présentent, entre autre, des phénotypes associés à des troubles comportementaux relatifs à la déficience intellectuelle. En culture organotypique, la transfection biolistique de l’ADNc de Syngap1 wild-type dans des cellules pyramidales corticales réduit significativement les niveaux de pERK, en fonction de l’activité neuronale. Au contraire les constructions plasmidiques exprimant les mutations W362R, P562L, ou celle précédemment répertoriée R579X, n’engendre aucun effet significatif sur les niveaux de pERK. Ces résultats suggèrent que ces mutations faux-sens et tronquante résultent en la perte de la fonction de SYNGAP1 ayant fort probablement pour conséquences d’affecter la régulation du développement cérébral. Plusieurs études publiées suggèrent que les déficits cognitifs associés à l’haploinsuffisance de SYNGAP1 peuvent émerger d’altérations dans le développement des neurones excitateurs glutamatergiques. Toutefois, si, et auquel cas, de quelle manière ces mutations affectent le développement des interneurones GABAergiques résultant en un déséquilibre entre l’excitation et l’inhibition et aux déficits cognitifs restent sujet de controverses. Par conséquent, nous avons examiné la contribution de Syngap1 dans le développement des circuits GABAergiques. A cette fin, nous avons généré une souris mutante knockout conditionnelle dans laquelle un allèle de Syngap1 est spécifiquement excisé dans les interneurones GABAergiques issus de l’éminence ganglionnaire médiale (souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+). En culture organotypique, nous avons démontré que la réduction de Syngap1 restreinte aux interneurones inhibiteurs résulte en des altérations au niveau de leur arborisation axonale et dans leur densité synaptique. De plus, réalisés sur des coupes de cerveau de souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+, les enregistrements des courants inhibiteurs postsynaptiques miniatures (mIPSC) ou encore de ceux évoqués au moyen de l’optogénétique (oIPSC) dévoilent une réduction significative de la neurotransmission inhibitrice corticale. Enfin, nous avons comparé les performances de souris jeunes adultes Syngap1+/-, Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ à celles de leurs congénères contrôles dans une batterie de tests comportementaux. À l’inverse des souris Syngap1+/-, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ ne présentent pas d’hyperactivité locomotrice, ni de comportement associé à l’anxiété. Cependant, elles démontrent des déficits similaires dans la mémoire de travail et de reconnaissance sociale, suggérant que l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux interneurones GABAergiques dérivés de l’éminence ganglionnaire médiale récapitule en partie certains des phénotypes cognitifs observés chez la souris Syngap1+/-. Mes travaux de PhD établissent pour la première fois que les mutations humaines dans le gène SYNGAP1 associés à la déficience intellectuelle causent la perte de fonction de la protéine. Mes études dévoilent, également pour la première fois, l’influence significative de ce gène dans la régulation du développement et de la fonction des interneurones. D’admettre l’atteinte des cellules GABAergiques illustre plus réalistement la complexité de la déficience intellectuelle non syndromique causée par l’haploinsuffisance de SYNGAP1. Ainsi, seule une compréhension raffinée de cette condition neurodéveloppementale pourra mener à une approche thérapeutique adéquate.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.