Gabaergic and opioid receptors mediate the facilitation of NaCl intake induced by α₂-adrenergic activation in the lateral parabrachial nucleus

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Study on the regulation of mRNA expression of GABA transporters (GAT-1 and GAT-3) in rat brain

The submitted work concentrated on the study of mRNA expression of two distinct GABA transporters, GAT-1 and GAT-3, in the rat brain. For the detection and quantification of the chosen mRNAs, appropriate methods had to be established. Two methods, ribonuclease protection assay (RPA) and competitive RT-PCR were emloyed in the present study. Competitive RT-PCR worked out to be 20 times more sensitive as RPA. Unlike the sensitivity, the fidelity of both techniques was comparable with respect to their intra- and inter-assay variability.The basal mRNA levels of GAT-1 and GAT-3 were measured in various brain regions. Messenger RNAs for both transporters were detected in all tested brain regions. Depending on the region, the observed mRNA level for GAT-1 was 100-300 higher than for GAT-3. The GAT-1 mRNA levels were similar in all tested regions. The distribution of GAT-3 mRNA seemed to be more region specific. The strongest GAT-3 mRNA expression was detected in striatum, medulla oblongata and thalamus. The lowest levels of GAT-3 were in cortex frontalis and cerebellum.Furthermore, the mRNA expression for GAT-1 and GAT-3 was analysed under altered physiological conditions; in kindling model of epilepsy and also after long-term treatment drugs modulating GABAergic transmission. In kindling model of epilepsy, altered GABA transporter function was hypothesised by During and coworkers (During et al., 1995) after observed decrease in binding of nipecotic acid, a GAT ligand, in hippocampus of kindled animals. In the present work, the mRNA levels were measured in hippocampus and whole brain samples. Neither GAT-1 nor GAT-3 showed altered transcription in any tested region of kindled animals compared to controls. This leads to conclusion that an altered functionality of GABA transporters is involved in epilepsy rather than a change in their expression.The levels of GAT-1 and GAT-3 mRNAs were also measured in the brain of rats chronically treated with diazepam or zolpidem, GABAA receptor agonists. Prior to the molecular biology tests, behavioural analysis was carried out with chronically and acutely treated animals. In two tests, open field and elevated plus-maze, the basal activity exploration and anxiety-like behaviour were analysed. Zolpidem treatment increased exploratory activity. There were observed no differencies between chronically and acutely treated animals. Diazepam increased exploratory activity and decresed anxiety-like behaviour when applied acutely. This effect disappeard after chronic administration of diazepam. The loss of effect suggested a development of tolerance to effects of diazepam following long-term administration. Double treatment, acute injection of diazepam after chronic diazepam treatment, confirmed development of a tolerance to effects of diazepam. Also, the mRNAs for GAT-1 and GAT-3 were analysed in cortex frontalis, hippocampus, cerebellum and whole brain samples of chronically treated animals. The mRNA levels for any of tested GABA transporters did not show significant changes in any of tested region neither after diazepam nor zolpidem treatment. Therefore, changes in GAT-1 and GAT-3 transcription are probably not involved in adaptation of GABAergic system to long-term benzodiazepine administration and so in development of tolerance to benzodiazepines.

Charakterisierung funktioneller Domänen für GABA und Furosemid auf GABA A-Rezeptoren

ZUSAMMENFASSUNGDie schnelle inhibitorische Neurotransmission im Säugerhirn ist wesentlich GABA-erg vermittelt.Neben GABA binden u.a. Picrotoxinin und TBPS (tert-Butylbicyclophosphorothionat) am GABAA-Rezeptor. Die Bindung von [35S]TBPS wird durch alle am GABAA-Rezeptor bindenden Substanzen moduliert. Zur Untersuchung der GABAA-Rezeptor-Funktionen wurden TBPS-Bindungsstudien an rekombinant exprimierten Rezeptoren in vitro und nativen Rezeptoren in situ verwendet.Die alpha-Untereinheiten spielen bei der gehirnarealspezifischen Auswirkungen verschiedener GABA-Mimetika, der Charakterisierung subtypspezifischer Substanzen und der Ausprägung der GABA-Sensitivitäten eine große Rolle. Für die Detaillierung der höheren GABA-Sensitivität alpha6-enthaltender Rezeptoren wurden Chimären und Punktmutationen zwischen den Untereinheiten alpha1 und alpha6 hergestellt. Nach Austausch des Asparagins 188 in der alpha1-Untereinheit durch das alpha6-entsprechende Lysin zeigten Rezeptoren in Kombination mit den Untereinheiten beta3 und gamma2 eine erhöhte GABA-Sensitivität gegenüber dem Wildtyp. Dementsprechend wiesen alpha6-enthaltende Rezeptoren mit der umgekehrten Punktmutation L187N eine geringere GABA-Sensitivität auf. Furosemid wirkt ausschließlich auf alpha6beta2/3-enthaltende GABAA-Rezeptors GABA-agonistisch. [35S]TBPS-Bindungsstudien an chimären alpha1/alpha6-Rezeptoren weisen auf eine niedrigpotente Bindungsstelle für Furosemid im extrazellulären Sequenzabschnitt zwischen der Aoc I-Schnittstelle und der TM3-Region hin. Die Substanz 4 PIOL zeigte subtypspezifischen Charakter am GABAA-Rezeptor. In den [35S]TBPS-Autoradiographien und den Bindungsstudien an Membranen wirkte 4 PIOL auf alpha6-enthaltende Rezeptoren schwach GABA-mimetisch bzw. agonistisch, in den [35S]TBPS-Bindungsstudien an alpha6-enthaltenden rekombinanten Rezeptoren schwach negativ modulatorisch oder antagonistisch.

Neue 18 F-markierte Liganden zur Visualisierung des GABA A, alpha 5-Rezeptorstatus mittels PET

Die heutige Verfügbarkeit der molekularen Bildgebung ermöglicht einen signifikanten Einfluss auf die Diagnostik und die Therapiekontrolle von neurodegenerativen Erkrankungen, die unter anderem durch Fehlsteuerungen im GABAergen System auftreten können. Die Visualisierung und Quantifizierung des GABAA-alpha5-Subtyps durch PET könnte dabei zu einem besseren Verständnis von Erkrankungen wie Alzheimer und traumatischen Neurosen (emotionales Langzeitgedächtnis) beitragen. Ferner eröffnen GABAA/alpha5-subtypselektive Liganden die Möglichkeit, wesentliche Grundlagen der elementaren Vorgänge von Lernen und Erinnern zu untersuchen. 7,8,9,10-Tetrahydro-(7,10-ethan)-1,2,4-triazol[3,4-alpha]phthalazine stellen sich als vielverspre-chende Leitstrukturen zur Entwicklung neuer 18F-markierter alpha5-subtypselektiver GABAA-Rezeptorliganden für die PET dar. Um diese neuartigen Substanzen hinsichtlich ihrer Potenz als GABAA-alpha5-subtypselektive Radioliganden zu verifizieren, wurden zunächst die entsprechenden 19F-Derivate TC07-TC12 synthetisiert. Diese Referenzverbindungen wurden in Rezeptor-bindungsassays und in Autoradiographien mit [3H]Ro 15-4513 als zu verdrängender Radioligand evaluiert. In beiden Experimenten als auch in in vivo-Verdrängungsexperimenten an Ratten konnte eine hohe Affinität im nanomolaren Bereich als auch eine hohe Selektivität bezüglich der GABAA/alpha5-Untereinheit für einige der dargestellten Referenzverbindungen nachgewiesen werden. Gemäß diesen vielversprechenden Ergebnissen wurden verschiedene Markie-rungsvorläufer für eine 18F-Direktmarkierung der relevantesten Substanz TC07 in einer mehrstufigen organischen Synthese dargestellt. Die anschließende 18F-Markierung erfolgte über eine nukleophile Substitution mit [18F]Fluorid. Die Reaktionsparameter wurden hinsichtlich Reaktionstemperatur und dauer, Markierungsvorläuferkonzentration, Basenabhängigkeit und verschiedenen Markierungsmethoden optimiert. Daraus resultierend konnte [18F]TC07 mit bis zu 45 % radiochemischer Ausbeute erhalten werden. Die zerfallskorrigierte, gesamtradiochemische Ausbeute von nca [18F]TC07 in isotonischer NaCl-Lösung betrug 15 %. Basierend auf den bisher erhaltenen Ergebnissen wurde der Radioligand in in vitro-, ex vivo- und in vivo µPET-Experimenten evaluiert. Die zunächst durchgeführten in vitro-Experimente deuteten auf eine homogene Verteilung der Aktivität hin und zeigten keine spezifische Anreicherung. Diese Ergebnisse wurden sowohl in ex vivo- als auch in in vivo-µPET-Studien bestätigt. Auch hier konnte nur eine niedrige Aktivitätsanreicherung, eine homogene Verteilung im gesamten Gehirn und keine Übereinstimmung mit der bekannten GABAA/alpha5-Subtypverteilung gefunden werden. Eine im Anschluss durchgeführte Metabolismusstudie zeigte eine langsame Metabolisierungsrate des [18F]TC07 und auch eine Organverteilungsstudie zeigte keine außergewöhnlichen Anreicherungen. Aus den erhaltenen Ergebnissen kann geschlossen werden, dass der Radioligand [18F]TC07 kein geeigneter Tracer zur in vivo-Visualisierung der alpha5-Untereinheit des GABAA-Rezeptors ist.

Die Rolle von GABA- und Glyzinrezeptoren während der radialen Migration kortikaler Neurone in der pränatalen Maus

Für die Entwicklung des zerebralen Kortex ist die radiale Migration von Neuronen von elementarer Bedeutung. Für diese radiale Migration sind extrazelluläre Signale, die mit den Neuronen interagieren und eine Umgestaltung des Zytoskeletts vermitteln, notwendig. Zu den extrazellulären Signalen gehört auch der Neurotransmitter GABA, der über Depolarisation der Neurone einen Ca2+-Einstrom vermittelt und dadurch die Modulation der Migration über Ca2+-abhängige Signalwege ermöglicht. Auch von Taurin ist bekannt, dass es die neuronale Migration beeinflusst. Frühere Studien zeigten, dass die Depolarisation von GABAA-Rezeptoren durch GABA zu einem Migrationsstop führt, wohingegen Picrotoxin-sensitive Rezeptoren die Migration von der Ventrikulären Zone in die Intermediäre Zone des pränatalen Kortex vermitteln. Obwohl zu den Picrotoxin-sensitiven Rezeptoren GABAA-, GABAC- und bestimmte Glyzinrezeptoren gehören, wurde die Rolle von GABAC- und Glyzinrezeptoren während der radialen Migration nie überprüft. Ziel dieser Dissertation war deshalb, den Einfluss von GABAC- und Glyzinrezeptoren auf die radiale Migration zu untersuchen. Unter Verwendung von Migrationsanalysen, Fluoreszenzmessungen, molekularbiologischen und histologischen Methoden wurde gezeigt, dass GABAC-Rezeptoren im unteren Bereiche des präfrontalen Kortex exprimiert werden, ihre Aktivierung durch GABA in der Intermediären Zone zu einer Depolarisation führt, dass GABAC-Rezeptoren die Migration fördern und dieser Effekt über den migrationsstoppenden Effekt der GABAA-Rezeptoren dominiert. Durch Aktivierung der Glyzinrezeptoren fördert Taurin die Migration.

Synthese 18 F-markierter Liganden zur Visualisierung der GABA-Bindungsstelle des GABA A-Rezeptors mittels PET

γ-Aminobuttersäure (GABA) ist der wichtigste inhibitorische Neurotransmitter im zentralen Nervensystem und bindet vorrangig an ionotrope GABAA-Rezeptoren. Diese sind an fast allen neuronalen Prozessen beteiligt und werden darüber hinaus mit neurologischen Erkrankungen wie Epilepsie, Angstzuständen, Schlafstörungen und Schizophrenie in Verbindung gebracht. Die PET bietet als molekulares bildgebendes Verfahren die Möglichkeit einzelne Stoffwechselvorgänge des GABAergen Systems zu visualisieren und zu quantifizieren. Durch den Einsatz eines 18F-markierten Radioliganden an die GABA-Bindungsstelle könnten so die Rezeptorverfügbarkeit des GABAA-Rezeptors gemessen und die Ausschüttung des Neurotransmitters GABA quantifiziert werden.rn4-(2-Naphthylmethyl)-5-(piperidin-4-yl)isothiazolole und -isoxazolole stellen aufgrund ihrer hohen Affinität gegenüber der GABA-Bindungsstelle und ihrer lipophilen Struktur vielversprechende Leitstrukturen für die Entwicklung eines PET-Tracers zur Visualisierung der GABA-Bindungsstelle dar. Daher wurden zunächst 19F-substituierte Referenzverbindungen synthetisiert, um diese hinsichtlich ihrer Eignung als Radioligand in in vitro-Studien zu evaluieren. Dazu wurde Fluor direkt sowie über eine Fluorethoxygruppe an Position 1 des Naphthalinrings eingeführt. Zusätzlich wurde ein Fluorethylether eines Isothiazolols als Referenz-verbindung synthetisiert. In anschließenden Verdrängungsstudien wurden die Affinitäten der synthetisierten Verbindungen mit [3H]Muscimol an Membranpräparaten aus Rattenhirnen, sowie transfizierten HEK293-Zellen bestimmt. Zusätzlich wurden die entsprechenden Log D-Werte bestimmt. Die Verbindung 5-(piperidin-4-yl)-4-(1-fluornaphth-2-ylmethyl)-isothiazol-3-ol VK5 zeigte in den in vitro-Studien die vielversprechendsten Ergebnisse (IC50 = 10 nM; Log D = 1,7) und wurde im Folgenden in einer dreistufigen Radiosynthese als 18F-Verbindung synthetisiert.rnZu diesem Zweck wurde ein geeigneter Markierungsvorläufer dargestellt und über eine n.c.a. SNAr-Markierung mit [18F]F- umgesetzt. Die Reaktionsparameter wurden hinsichtlich Reaktionszeit, -temperatur, Basenkonzentration und Lösungsmittel optimiert. Die zur Aktivierung einer SNAr ein-geführte Carbonylfunktion wurde in einem zweiten Schritt mit Triethylsilan/Trifluoressigsäure reduziert. Im finalen Schritt wurden zwei Schutzgruppen mit Bortrichlorid in DCM abgespaltet und [18F]VK5 als injektionsfertige Lösung in isotoner NaCl-Lösung erhalten. Es wurden radiochemische Ausbeuten von 0,7-1 % (EOS) nach einer durchschnittlichen Synthesedauer von 275 Minuten erhalten.rnDer Radioligand [18F]VK5 wurde anschließend in Autoradiographie-Versuchen an Hirnschnitten der Ratte hinsichtlich seiner Spezifität für die GABA-Bindungsstelle untersucht. Die unspezifische Bindung wurde durch die Zugabe von GABA bestimmt wonach kein signifikanter Unterschied festgestellt werden konnte. Die hohe unspezifische Bindung kann möglicherweise auf die niedrigen spezifischen Aktivitäten zurückgeführt werden. Diese lagen, bedingt durch die drei Schritte der Radiosynthese, in einem Bereich von 0,1-0,6 GBq/μmol. Die erhaltenen Ergebnisse lassen für zukünftige Versuche noch einige Optimierungsmöglichkeiten offen. Aufgrund der bisher erhaltenen Daten lässt sich daher keine definitive Aussage über die Eignung des Liganden [18F]VK5 als PET-Tracer treffen.rn

Transient rhythmic network activity in the somatosensory cortex evoked by distributed input in vitro

The initiation and maintenance of physiological and pathophysiological oscillatory activity depends on the synaptic interactions within neuronal networks. We studied the mechanisms underlying evoked transient network oscillation in acute slices of the adolescent rat somatosensory cortex and modeled its underpinning mechanisms. Oscillations were evoked by brief spatially distributed noisy extracellular stimulation, delivered via bipolar electrodes. Evoked transient network oscillation was detected with multi-neuron patch-clamp recordings under different pharmacological conditions. The observed oscillations are in the frequency range of 2-5 Hz and consist of 4-12 mV large, 40-150 ms wide compound synaptic events with rare overlying action potentials. This evoked transient network oscillation is only weakly expressed in the somatosensory cortex and requires increased [K+]o of 6.25 mM and decreased [Ca2+]o of 1.5 mM and [Mg2+]o of 0.5 mM. A peak in the cross-correlation among membrane potential in layers II/III, IV and V neurons reflects the underlying network-driven basis of the evoked transient network oscillation. The initiation of the evoked transient network oscillation is accompanied by an increased [K+]o and can be prevented by the K+ channel blocker quinidine. In addition, a shift of the chloride reversal potential takes place during stimulation, resulting in a depolarizing type A GABA (GABAA) receptor response. Blockade of alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-proprionate (AMPA), N-methyl-D-aspartate (NMDA), or GABA(A) receptors as well as gap junctions prevents evoked transient network oscillation while a reduction of AMPA or GABA(A) receptor desensitization increases its duration and amplitude. The apparent reversal potential of -27 mV of the evoked transient network oscillation, its pharmacological profile, as well as the modeling results suggest a mixed contribution of glutamatergic, excitatory GABAergic, and gap junctional conductances in initiation and maintenance of this oscillatory activity. With these properties, evoked transient network oscillation resembles epileptic afterdischarges more than any other form of physiological or pathophysiological neocortical oscillatory activity.

Molecular analysis of the site for 2-arachidonylglycerol (2-AG) on the β 2 subunit of GABA A receptors

2-arachidonyl glycerol (2-AG) allosterically potentiates GABAA receptors via a binding site located in transmembrane segment M4 of the β2 subunit. Two amino acid residues have been described that are essential for this effect. With the aim to further describe this potential drug target, we performed a cysteine scanning of the entire M4 and part of M3. All four residues in M4 affecting the potentiation here and the two already identified residues locate to the same side of the α-helix. This side is exposed to M3, where further residues were identified. From the fact that the important residues span > 18 Å, we conclude that the hydrophobic tail of the bound 2-AG molecule must be near linear and that the site mainly locates to the inner leaflet but stretches far into the membrane. The influence of the structure of the head group of the ligand molecule on the activity of the molecule was also investigated. We present a model of 2-AG docked to the GABAA receptor.

The polarized distribution of poly(A+)-mRNA-induced functional ion channels in the Xenopus oocyte plasma membrane is prevented by anticytoskeletal drugs

Foreign mRNA was expressed in Xenopus laevis oocytes. Newly expressed ion currents localized in defined plasma membrane areas were measured using the two-electrode voltage clamp technique in combination with a specially designed chamber, that exposed only part of the surface on the oocytes to channel agonists or inhibitors. Newly expressed currents were found to be unequally distributed in the surface membrane of the oocyte. This asymmetry was most pronounced during the early phase of expression, when channels could almost exclusively be detected in the animal hemisphere of the oocyte. 4 d after injection of the mRNA, or later, channels could be found at a threefold higher density at the animal than at the vegetal pole area. The pattern of distribution was observed to be similar with various ion channels expressed from crude tissue mRNA and from cRNAs coding for rat GABAA receptor channel subunits. Electron microscopical analysis revealed very similar microvilli patterns at both oocyte pole areas. Thus, the asymmetric current distribution is not due to asymmetric surface structure. Upon incubation during the expression period in either colchicine or cytochalasin D, the current density was found to be equal in both pole areas. The inactive control substance beta-lumicolchicine had no effect on the asymmetry of distribution. Colchicine was without effect on the amplitude of the expressed whole cell current. Our measurements reveal a pathway for plasma membrane protein expression endogenous to the Xenopus oocyte, that may contribute to the formation and maintenance of polarity of this highly organized cell.

Accelerated discovery of novel benzodiazepine ligands by experiment-guided virtual screening.

High throughput discovery of ligand scaffolds for target proteins can accelerate development of leads and drug candidates enormously. Here we describe an innovative workflow for the discovery of high affinity ligands for the benzodiazepine-binding site on the so far not crystallized mammalian GABAA receptors. The procedure includes chemical biology techniques that may be generally applied to other proteins. Prerequisites are a ligand that can be chemically modified with cysteine-reactive groups, knowledge of amino acid residues contributing to the drug-binding pocket, and crystal structures either of proteins homologous to the target protein or, better, of the target itself. Part of the protocol is virtual screening that without additional rounds of optimization in many cases results only in low affinity ligands, even when a target protein has been crystallized. Here we show how the integration of functional data into structure-based screening dramatically improves the performance of the virtual screening. Thus, lead compounds with 14 different scaffolds were identified on the basis of an updated structural model of the diazepam-bound state of the GABAA receptor. Some of these compounds show considerable preference for the α3β2γ2 GABAA receptor subtype.

Altered neurotransmitter function in CO2-exposed stickleback (Gasterosteus aculeatus): a temperate model species for ocean acidification research

Studies on the consequences of ocean acidification for the marine ecosystem have revealed behavioural changes in coral reef fishes exposed to sustained near-future CO2 levels. The changes have been linked to altered function of GABAergic neurotransmitter systems, because the behavioural alterations can be reversed rapidly by treatment with the GABAA receptor antagonist gabazine. Characterization of the molecular mechanisms involved would be greatly aided if these can be examined in a well-characterized model organism with a sequenced genome. It was recently shown that CO2-induced behavioural alterations are not confined to tropical species, but also affect the three-spined stickleback, although an involvement of the GABAA receptor was not examined. Here, we show that loss of lateralization in the stickleback can be restored rapidly and completely by gabazine treatment. This points towards a worrying universality of disturbed GABAA function after high-CO2 exposure in fishes from tropical to temperate marine habitats. Importantly, the stickleback is a model species with a sequenced and annotated genome, which greatly facilitates future studies on underlying molecular mechanisms.

Postsynaptic clustering of γ-aminobutyric acid type A receptors by the γ3 subunit in vivo

Synaptic localization of γ-aminobutyric acid type A (GABAA) receptors is a prerequisite for synaptic inhibitory function, but the mechanism by which different receptor subtypes are localized to postsynaptic sites is poorly understood. The γ2 subunit and the postsynaptic clustering protein gephyrin are required for synaptic localization and function of major GABAA receptor subtypes. We now show that transgenic overexpression of the γ3 subunit in γ2 subunit-deficient mice restores benzodiazepine binding sites, benzodiazepine-modulated whole cell currents, and postsynaptic miniature currents, suggesting the formation of functional, postsynaptic receptors. Moreover, the γ3 subunit can substitute for γ2 in the formation of GABAA receptors that are synaptically clustered and colocalized with gephyrin in vivo. These clusters were formed even in brain regions devoid of endogenous γ3 subunit, indicating that the factors present for clustering of γ2 subunit-containing receptors are sufficient to cluster γ3 subunit-containing receptors. The GABAA receptor and gephyrin-clustering properties of the ectopic γ3 subunit were also observed for the endogenous γ3 subunit, but only in the absence of the γ2 subunit, suggesting that the γ3 subunit is at a competitive disadvantage with the γ2 subunit for clustering of postsynaptic GABAA receptors in wild-type mice.

A point mutation in the γ2 subunit of γ-aminobutyric acid type A receptors results in altered benzodiazepine binding site specificity

Benzodiazepines allosterically modulate γ-aminobutyric acid (GABA) evoked chloride currents of γ-aminobutyric acid type A (GABAA) receptors. Coexpression of either rat γ2 or γ3, in combination with α1 and β2 subunits, results both in receptors displaying high [3H]Ro 15-1788 affinity. However, receptors containing a γ3 subunit display a 178-fold reduced affinity to zolpidem as compared with γ2-containing receptors. Eight chimeras between γ2 and γ3 were constructed followed by nine different point mutations in γ2, each to the homologous amino acid residue found in γ3. Chimeric or mutant γ subunits were coexpressed with α1 and β2 in human embryonic kidney 293 cells to localize amino acid residues responsible for the reduced zolpidem affinity. Substitution of a methionine-to-leucine at position 130 of γ2 (γ2M130L) resulted in a 51-fold reduction in zolpidem affinity whereas the affinity to [3H]Ro 15-1788 remained unchanged. The affinity for diazepam was only decreased by about 2-fold. The same mutation resulted in a 9-fold increase in Cl 218872 affinity. A second mutation (γ2M57I) was found to reduce zolpidem affinity by about 4-fold. Wild-type and γ2M130L-containing receptors were functionally expressed in Xenopus oocytes. Upon mutation allosteric coupling between agonist and modulatory sites is preserved. Dose–response curves for zolpidem and for diazepam showed that the zolpidem but not the diazepam apparent affinity is drastically reduced. The apparent GABA affinity is not significantly affected by the γ2M130L mutation. The identified amino acid residues may define part of the benzodiazepine binding pocket of GABAA receptors. As the modulatory site in the GABAA receptor is homologous to the GABA site, and to all agonist sites of related receptors, γ2M130 may either point to a homologous region important for agonist binding in all receptors or define a new region not underlying this principle.

Impaired long-term potentiation induction in dentate gyrus of calretinin-deficient mice

Calretinin (Cr) is a Ca2+ binding protein present in various populations of neurons distributed in the central and peripheral nervous systems. We have generated Cr-deficient (Cr−/−) mice by gene targeting and have investigated the associated phenotype. Cr−/− mice were viable, and a large number of morphological, biochemical, and behavioral parameters were found unaffected. In the normal mouse hippocampus, Cr is expressed in a widely distributed subset of GABAergic interneurons and in hilar mossy cells of the dentate gyrus. Because both types of cells are part of local pathways innervating dentate granule cells and/or pyramidal neurons, we have explored in Cr−/− mice the synaptic transmission between the perforant pathway and granule cells and at the Schaffer commissural input to CA1 pyramidal neurons. Cr−/− mice showed no alteration in basal synaptic transmission, but long-term potentiation (LTP) was impaired in the dentate gyrus. Normal LTP could be restored in the presence of the GABAA receptor antagonist bicuculline, suggesting that in Cr−/− dentate gyrus an excess of γ-aminobutyric acid (GABA) release interferes with LTP induction. Synaptic transmission and LTP were normal in CA1 area, which contains only few Cr-positive GABAergic interneurons. Cr−/− mice performed normally in spatial memory task. These results suggest that expression of Cr contributes to the control of synaptic plasticity in mouse dentate gyrus by indirectly regulating the activity of GABAergic interneurons, and that Cr−/− mice represent a useful tool to understand the role of dentate LTP in learning and memory.

Cleft palate in mice with a targeted mutation in the γ-aminobutyric acid-producing enzyme glutamic acid decarboxylase 67

The functions of neurotransmitters in fetal development are poorly understood. Genetic observations have suggested a role for the inhibitory amino acid neurotransmitter γ-aminobutyric acid (GABA) in the normal development of the mouse palate. Mice homozygous for mutations in the β-3 GABAA receptor subunit develop a cleft secondary palate. GABA, the ligand for this receptor, is synthesized by the enzyme glutamic acid decarboxylase. We have disrupted one of the two mouse Gad genes by gene targeting and also find defects in the formation of the palate. The striking similarity in phenotype between the receptor and ligand mutations clearly demonstrates a role for GABA signaling in normal palate development.