Evaluation of molecular, cellular and behavioral consequences of serotonin 1A receptor deletion

In 1998, three different research groups simultaneously reported increased anxiety-related behavior in tests of conflict in their serotonin 1a (5-HT1a) receptor knockout (KO) line with male mice being more severely affected by 5-HT1a receptor deletion than female KO. Similarly, in the hippocampus, we observed increased dendritic complexity in the stratum radiatum of CA1 pyramidal neurons in male but not in female 5-HT1a receptor KO mice. These observations prompted us to investigate gender- dependent differences of 5-HT1a receptor deletion in hippocampal-related behavioral tasks. Testing our mice in anxiety-related paradigms, we reproduced the original studies showing increased anxiety- related behavior in male 5-HT1a receptor KO mice when compared to male WT mice, but no difference between female 5-HT1a receptor KO and WT mice. Similarly, male 5-HT1a receptor KO mice were impaired in association of aversive stimuli fear conditioning paradigms. We argue that increased dendritic complexity and increased synaptic strength of CA3-CA1 synapses in the stratum radiatum impaired proper signal propagation attributed to overactivation of CA1 pyramidal neurons leading to impaired fear memory of male 5-HT1a receptor KO mice. Similar mechanisms in the ventral hippocampus are likely to have contributed to gender-dependent differences in anxiety-related behavior in our and the original studies from 1998. In this study, we started to shed light on the 5-HT1a receptor downstream signaling pathways involved in dendritogenesis of pyramidal neurons during early postnatal development. We could show that NR2B-containing NMDA receptor during development acts downstream of 5-HT1a receptor and is responsible for increased amount of branching in male 5-HT1a receptor KO mice. Conversely, protein and NR2B mRNA expression was increased in 5-HT1a receptor KO mice at P15. Although the exact signaling cascade of 5-HT1a receptor regulating NR2B-containing NMDA receptor has not been determined, CaMKII is a potential downstream effector to influence transportation and removal of NR2B-containing NMDA receptors to and from the synapse. In contrast, Erk1/2 likely acts downstream of NR2B-containing NMDA receptors and was shown to be sufficient to regulate dendritic branching. Moreover, increased NR2B-containing NMDA receptor mediated cell death via excitotoxicity during development and is likely to be involved in reduced survival of adult born neurons in the hippocampus of 5-HT1a receptor KO male. The convergence of 5-HT1a receptor signaling onto NR2B-containing NMDA receptor signaling enables estrogen to interfere with its downstream pathway via G-protein coupled estrogen receptor 1 activation resulting in normalization of branching and behavior in female 5-HT1a receptor mice. In conclusion, our data strongly suggests a hormone- regulated mechanism that by converging on NR2B-containing NMDA receptor signaling is able to normalize morphology of pyramidal neurons and behavior of female 5-HT1a receptor KO mice. Our findings provide a possible explanation for gender-dependent differences in the occurrence of mental disorders with 5-HT1a receptor abnormalities as a strong predisposing factor. -- En 1998, trois équipes de recherche ont décrit un comportement de type anxieux dans des tests de conflit pour leur souris transgéniques avec une délétion du gène pour le récepteur 5-HT1a de la sérotonine. De plus, les trois groupes rapportent un phénotype plus sévère pour le comportement anxieux chez les souris transgéniques mâles que femelles. Dans l'hippocampe, la région avec la densité de récepteur 5-HT1a la plus élevée dans le télencéphale, nous avons observé dans le stratum radiatum une complexité accrue des arborisations dendritiques des neurones pyramidaux du secteur CA1 chez les souris transgénique mâles mais pas chez les femelles. Cette observation nous a encouragés à initier cette étude sur les différences en fonction du genre utilisant les tests comportementaux en rapport avec les fonctions de l'hippocampe chez les souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a.Testant nos souris avec des paradigmes associés à l'anxiété, nous avons reproduit les données originales montrant que les souris transgéniques mâles ont un phénotype plus sévère que les souris mâles sauvages, mais qu'aucune différence n'est observée entre les femelles sauvages et transgéniques. De même, les souris mâles déficientes pour le récepteur 5-HT1a sont handicapées dans les tests de conditionnement au stress avec des stimuli aversifs. Nous faisons l'hypothèse que l'augmentation de la complexité de l'arborisation dendritique et l'augmentation de la force du signal synaptique entres les régions CA3 et CA1 de l'hippocampe dans le stratum radiatum perturbe la propagation du signal nerveux qui conduit à l'hyperactivation des neurones du secteur CA1. Ceci conduit à une mémoire de stress altérée chez les souris mâles déficientes pour le récepteur 5-HT1a. Un mécanisme similaire dans l'hippocampe ventral contribue probablement aux différences en fonction du genre dans les tests pour le comportement de type anxieux qui ont été rapportés dans les études originales de 1998. Les mesures de protéine et de mRNA ont mis en évidence une augmentation de l'expression du récepteur NMDA contenant la sous- unité NR2B dans les souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a à P15. Dans les cultures organotypiques d'hippocampe, nous avons commencé à disséquer les messagers secondaires à l'activation du récepteur 5-HT1a qui sont impliqués dans la régulation de la croissance dendritique des neurones pyramidaux pendant la période postnatale précoce. Nous avons démontré que les récepteurs NR2B sont en aval de l'activation du récepteur 5-HT1a et qu'ils sont impliqués dans l'accroissement du nombre de dendrites chez la souris mâle déficiente pour le récepteur 5-HT1a. Bien que la cascade de signalisation du récepteur 5-HT1a pour réguler les récepteurs NMDA contenant le NR2B ne soit pas établie, CaMKII est identifié comme un effecteur potentiel pour altérer le transport du récepteur NMDA à la synapse. D'autre part, Erk1/2 est probablement un messager en aval du NR2B du récepteur NMDA, et a été documenté comme suffisant pour réguler l'arborisation dendritique. L'augmentation de NR2B à la synapse des souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a peut conduire à une augmentation de l'excitotoxicité dans les cellules. Nous avons observé une augmentation chez la souris déficiente pour le récepteur 5-HT1a de la mort cellulaire dans des tranches d'hippocampe stimulées, ce qui peut être en relation avec la réduction de la survie des neurones générés dans l'hippocampe de la souris mâle transgénique adulte par rapport à la souris mâle sauvage. De plus, la convergence de la signalisation du récepteur 5-HT1a sur la signalisation de la sous-unité NR2B du récepteur NMDA permet à l'oestrogène d'interférer avec sa voie de signalisation du récepteur de l'oestrogène couplé à une protéine G (GPER-1), ceci permettant à l'oestrogène de réduire la taille de l'arborisation des neurones pyramidaux de CA1 chez la femelle de la souris déficiente pour le récepteur 5-HT1a. En conclusion, nos observations suggèrent fortement qu'un mécanisme hormonal convergeant sur la voie de signalisation de la sous-unité NR2B du récepteur NMDA permet la normalisation de l'exubérance des dendrites des neurones CA1 de l'hippocampe et du comportement des souris femelles déficientes pour le récepteur 5-HT1a. Ceci donne une explication possible pour la différence en fonction du genre dans l'apparition de troubles mentaux avec les variations du récepteur 5-HT1a comme facteur de prédisposition important.

Verbal emotional memory in a case with left amygdala damage.

The amygdala nuclei appear to be critically implicated in emotional memory. However, in most studies, encoding and consolidation processes cannot be analyzed separately. We thus studied the verbal emotional memory in a young woman with a ganglioglioma of the left amygdala and analyzed its impact (1) on each step of the memory process (encoding, retrieval, and recognition) (2) on short- and long-term consolidation (1-hour and 1-week delay) and (3) on processing of valence (positive and negative items compared to neutral words). Results showed emotional encoding impairments and, after encoding was controlled for, emotional long-term consolidation. Finally, although the negative words were not acknowledged as emotionally arousing by the patient, these words were specifically poorly encoded, recalled, and consolidated. Our data suggest that separate cerebral networks support the processing of emotional versus neutral stimuli.

Impact of Early-Life Exposures on Immune Maturation and Susceptibility to Disease.

Exiting from the largely sterile environment of the womb, the neonatal immune system is not fully mature, and thus neonatal immune cells must simultaneously mount responses against environmental stimuli while maturing. This dynamic process of immune maturation is driven by a variety of cell-intrinsic and extrinsic factors. Recent studies have focused on some of these factors and have shed light on the mechanisms by which they drive immune maturation. We review the interactions and consequences of immune maturation during the pre- and perinatal period. We discuss environmental signals in early life that are needed for healthy immune homeostasis, and highlight detrimental factors that can set an individual on a path towards disease. This early-life period of immune maturation could hold the key to strategies for setting individuals on trajectories towards health and reduced disease susceptibility.

CD4 expression decrease by antisense oligonucleotides. Inhibition of rat T CD4+ cell reactivity

In previous studies, we have demonstrated the inhibition of CD4 expression in rat lymphocytes treated with phorbol myristate acetate (PMA) by antisense oligonucleotides (AS-ODNs) directed against the AUG start region of the cd4 gene. The aim of the present study was to inhibit CD4 expression in lymphocytes without promoting CD4 synthesis and to determine the effect of this inhibition on CD4+ T cell function. Four 21-mer ODNs against the rat cd4 gene (AS-CD4-1 to AS-CD4-4) were used. Surface CD4 expression was measured by immunofluorescence staining and flow cytometry, and mRNA CD4 expression was measured by RT-PCR. T CD4+ cell function was determined by specific and unspecific proliferative response of rat-primed lymphocytes. After 24 hours of incubation, AS-CD4-2 and AS-CD4-4 reduced lymphocyte surface CD4 expression by 40%. This effect remained for 72 hours and was not observed on other surface molecules, such as CD3, CD5, or CD8. CD4 mRNA expression was reduced up to 40% at 24 hours with AS-CD4-2 and AS-CD4-4. After 48 hours treatment, CD4 mRNA decreased up to 27% and 29% for AS-CD4-2 and AS-CD4-4, respectively. AS-CD4-2 and AS-CD4-4 inhibited T CD4+ cell proliferative response upon antigen-specific and unspecific stimuli. Therefore, AS-ODNs against CD4 molecules inhibited surface and mRNA CD4 expression, under physiologic turnover and, consequently, modulate T CD4+ cell reactivity.

Drug abuse, brain calcification and glutamate-induced neurodegeneration

Positive and negative reinforcing systems are part of the mechanism of drug dependence. Drugs with abuse potential may change the manner of response to negative emotional stimuli, activate positive emotional reactions and possess primary reinforcing properties. Catecholaminergic and peptidergic processes are of importance in these mechanisms. Current research needs to understand the types of adaptations that underlie the particularly long-lived aspects of addiction. Presently, glutamate is candidate to play a role in the enduring effects of drugs of abuse. For example, it participates in the chronic pathological changes of corticostriatal terminals produced by methamphetamine. At the synaptic level, a link between over-activation of glutamate receptors, [C(a2+)](i) increase and neuronal damage has been clearly established leading to neurodegeneration. Thus, neurodegeneration can start after an acute over-stimulation whose immediate effects depend on a diversity of calcium-activated mechanisms. If sufficient, the initial insult results in calcification and activation of a chronic on-going process with a progressive loss of neurons. At present, long-term effects of drug dependence underlie an excitotoxicity process linked to a polysynaptic pathway that dynamically regulates synaptic glutamate. Retaliatory mechanisms include energy capability of the neurons, inhibitory systems and cytoplasmic calcium precipitation as part of the neuron-glia interactions. This paper presents an integrated view of these molecular and cellular mechanisms to help understand their relationship and interdependence in a chronic pathological process that suggest new targets for therapeutic intervention.