Synapse formation on adult-born hippocampal neurons.

It is now widely accepted that adult neurogenesis plays a fundamental role in hippocampal function. Neurons born in the adult dentate gyrus of the hippocampus undergo a series of events before they fully integrate in the network and eventually become undistinguishable from neurons born during embryogenesis. Adult hippocampal neurogenesis is strongly regulated by neuronal activity and neurotransmitters, and the synaptic integration of adult-born neurons occurs in discrete steps, some of which are very different from perinatal synaptogenesis. Here, we review the current knowledge on the development of the synaptic input and output of neurons born in the adult hippocampus, from the stem/progenitor cell to the fully mature neuron. We also provide insight on the regulation of adult neurogenesis by some neurotransmitters and discuss some specificities of the integration of new neurons in an adult environment. The understanding of the mechanisms regulating the synaptic integration of adult-born neurons is not only crucial for our understanding of brain plasticity, but also provides a framework for the manipulation and monitoring of endogenous adult neurogenesis as well as grafted cells, for potential therapeutic applications.

RAE-1, a novel PHR binding protein, is required for axon termination and synapse formation in Caenorhabditis elegans.

Previous studies in Caenorhabditis elegans showed that RPM-1 (Regulator of Presynaptic Morphology-1) regulates axon termination and synapse formation. To understand the mechanism of how rpm-1 functions, we have used mass spectrometry to identify RPM-1 binding proteins, and have identified RAE-1 (RNA Export protein-1) as an evolutionarily conserved binding partner. We define a RAE-1 binding region in RPM-1, and show that this binding interaction is conserved and also occurs between Rae1 and the human ortholog of RPM-1 called Pam (protein associated with Myc). rae-1 loss of function causes similar axon and synapse defects, and synergizes genetically with two other RPM-1 binding proteins, GLO-4 and FSN-1. Further, we show that RAE-1 colocalizes with RPM-1 in neurons, and that rae-1 functions downstream of rpm-1. These studies establish a novel postmitotic function for rae-1 in neuronal development.

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.

Huntingtin is required for normal excitatory synapse development in cortical and striatal circuits.

Huntington's disease (HD) is a neurodegenerative disease caused by the expansion of a poly-glutamine (poly-Q) stretch in the huntingtin (Htt) protein. Gain-of-function effects of mutant Htt have been extensively investigated as the major driver of neurodegeneration in HD. However, loss-of-function effects of poly-Q mutations recently emerged as potential drivers of disease pathophysiology. Early synaptic problems in the excitatory cortical and striatal connections have been reported in HD, but the role of Htt protein in synaptic connectivity was unknown. Therefore, we investigated the role of Htt in synaptic connectivity in vivo by conditionally silencing Htt in the developing mouse cortex. When cortical Htt function was silenced, cortical and striatal excitatory synapses formed and matured at an accelerated pace through postnatal day 21 (P21). This exuberant synaptic connectivity was lost over time in the cortex, resulting in the deterioration of synapses by 5 weeks. Synaptic decline in the cortex was accompanied with layer- and region-specific reactive gliosis without cell loss. To determine whether the disease-causing poly-Q mutation in Htt affects synapse development, we next investigated the synaptic connectivity in a full-length knock-in mouse model of HD, the zQ175 mouse. Similar to the cortical conditional knock-outs, we found excessive excitatory synapse formation and maturation in the cortices of P21 zQ175, which was lost by 5 weeks. Together, our findings reveal that cortical Htt is required for the correct establishment of cortical and striatal excitatory circuits, and this function of Htt is lost when the mutant Htt is present.

Intersectin is a negative regulator of dynamin recruitment to the synaptic endocytic zone in the central synapse

Intersectin is a multidomain dynamin-binding protein implicated in numerous functions in the nervous system, including synapse formation and endocytosis. Here, we demonstrate that during neurotransmitter release in the central synapse, intersectin, like its binding partner dynamin, is redistributed from the synaptic vesicle pool to the periactive zone. Acute perturbation of the intersectin-dynamin interaction by microinjection of either intersectin antibodies or Src homology 3 (SH3) domains inhibited endocytosis at the fission step. Although the morphological effects induced by the different reagents were similar, antibody injections resulted in a dramatic increase in dynamin immunoreactivity around coated pits and at constricted necks, whereas synapses microinjected with the GST (glutathione S-transferase)-SH3C domain displayed reduced amounts of dynamin in the neck region. Our data suggest that intersectin controls the amount of dynamin released from the synaptic vesicle cluster to the periactive zone and that it may regulate fission of clathrin-coated intermediates.

The role of retinoic acid in long-term memory formation and synaptic plasticity in the mollusc Lymnaea stagnalis

The active metabolite of vitamin A, retinoic acid (RA), is involved in memory formation and hippocampal plasticity in vertebrates. A similar role for retinoid signaling in learning and memory formation has not previously been examined in an invertebrate species. However, the conservation of retinoid signaling between vertebrates and invertebrates is supported by the presence of retinoid signaling machinery in invertebrates. For example, in the mollusc Lymnaea stagnalis the metabolic enzymes and retinoid receptors have been cloned from the CNS. In this study I demonstrated that impairing retinoid signaling in Lymnaea by either inhibiting RALDH activity or using retinoid receptor antagonists, prevented the formation of long-term memory (LTM). However, learning and intermediate-term memory were not affected. An additional finding was that exposure to constant darkness (due to the light-sensitive nature of RA) itself enhanced memory formation. This memory-promoting effect of darkness was sufficient to overcome the inhibitory effects of RALDH inhibition, but not that of a retinoid receptor antagonist, suggesting that environmental light conditions may influence retinoid signaling. Since RA also influences synaptic plasticity underlying hippocampal-dependent memory formation, I also examined whether RA would act in a trophic manner to influence synapse formation and/or synaptic transmission between invertebrate neurons. However, I found no evidence to support an effect of RA on post-tetanic potentiation of a chemical synapse. Retinoic acid did, however, reduce transmission at electrical synapses in a cell-specific manner. Overall, these studies provide the first evidence for a role of RA in the formation of implicit long-term memories in an invertebrate species and suggest that the role of retinoid signaling in memory formation has an ancient origin.

Étude du système dopaminergique pré- et postsynaptique : régulation de l'autorécepteur D2 par la neurotensine et formation des synapses excitatrices dans le striatum

La dopamine (DA) est un neurotransmetteur impliqué dans la modulation de fonctions essentielles du cerveau telles que le contrôle des mouvements volontaires, le système de récompense et certains aspects de la cognition. Depuis sa découverte, la DA a attiré énormément d'attention scientifique en partie à cause des pathologies majeures associées aux dysfonctions du système DAergique, comme la maladie de Parkinson, la schizophrénie et la toxicomanie. On retrouve la majorité des neurones qui synthétisent la DA au niveau du mésencéphale ventral, dans les noyaux de la substance noire compacte (SNc) et de l'aire tegmentaire ventrale (ATV). Ces neurones projettent leurs axones dans un très dense réseau de fibres qui s'organisent en trois voies DAergiques classiques: la voie nigrostriée, la voie mésolimbique et la voie mésocorticale. La transmission DAergique s'effectue par l'activation de récepteurs de la DA qui font partie de la grande famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs). Les récepteurs de la DA sont abondamment exprimés aussi bien par les neurones DAergiques que par les neurones des régions cibles, ce qui implique que la compréhension de la signalisation et des fonctions particulières des récepteurs de la DA pré- et postsynaptiques représente un enjeu crucial dans l'étude du système DAergique. Cette thèse de doctorat se sépare donc en deux volets distincts: le premier s'intéresse à la régulation du récepteur D2 présynaptique par la neurotensine (NT), un neuropeptide intimement lié à la modulation du système DAergique; le deuxième s'intéresse au côté postsynaptique du système DAergique, plus particulièrement à la ségrégation de l'expression des récepteurs de la DA dans le striatum et aux fonctions de ces récepteurs dans l'établissement des circuits neuronaux excitateurs prenant place dans cette région. Dans la première partie de cette thèse, nous démontrons que l'activation du récepteur à haute affinité de la NT, le NTR1, provoque une internalisation hétérologue du récepteur D2, avec une amplitude et une cinétique différente selon l'isoforme D2 observé. Cette internalisation hétérologue dépend de la protéine kinase C (PKC), et nous montrons que la surexpression d'un récepteur D2 muté sur des sites de phosphorylation par la PKC ii ainsi que l'inhibition de l'expression de β-arrestine1 par ARNs interférents dans des neurones DAergiques bloquent complètement l'interaction fonctionnelle entre le NTR1 et le D2. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous démontrons d'abord que la ségrégation de l'expression des récepteurs D1 et D2 dans le striatum est déjà bien établie dès le 18e jour embryonnaire, bien qu'elle progresse encore significativement aux jours 0 et 14 postnataux. Nos résultats témoignent aussi d'un maintien complet de cette ségrégation lorsque les neurones striataux sont mis en culture aussi bien en présence ou en absence de neurones corticaux et/ou mésencéphaliques. Ensuite, nous montrons que la présence de neurones mésencéphaliques stimule la formation d’épines et de synapses excitatrices sur les neurones striataux épineux exprimant le récepteur D2 (MSN-D2). Le co-phénotype glutamatergique des neurones dopaminergiques semble nécessaire à une grande partie de cet effet. Par ailleurs, le nombre total de terminaisons excitatrices formées sur les MSN-D2 par les neurones corticaux et mésencéphaliques apparaît être régit par un équilibre dynamique. Finalement, nous démontrons que le blocage de la signalisation des récepteurs D1 et D2 de la DA n'est pas nécessaire pour la formation des synapses excitatrices des MSN-D2, alors que l'antagonisme des récepteurs glutamatergiques ionotropes diminue la densité d'épines dendritiques et contrôle de façon opposée le nombre de terminaisons excitatrices corticales et mésencéphaliques. Globalement, ce travail représente une contribution significative pour une meilleure compréhension du fonctionnement normal du système DAergique. Ces découvertes sont susceptibles d’être utiles pour mieux comprendre les dysfonctions de ce système dans le cadre de pathologies du cerveau comme la maladie de Parkinson.

Phospholipase Cβ4 is specifically involved in climbing fiber synapse elimination in the developing cerebellum

Elimination of excess climbing fiber (CF)–Purkinje cell synapses during cerebellar development involves a signaling pathway that includes type 1 metabotropic glutamate receptor, Gαq, and the γ isoform of protein kinase C. To identify phospholipase C (PLC) isoforms involved in this process, we generated mice deficient in PLCβ4, one of two major isoforms expressed in Purkinje cells. PLCβ4 mutant mice are viable but exhibit locomotor ataxia. Their cerebellar histology, parallel fiber synapse formation, and basic electrophysiology appear normal. However, developmental elimination of multiple CF innervation clearly is impaired in the rostral portion of the cerebellar vermis, in which PLCβ4 mRNA is predominantly expressed. By contrast, CF synapse elimination is normal in the caudal cerebellum, in which low levels of PLCβ4 mRNA but reciprocally high levels of PLCβ3 mRNA are found. These results indicate that PLCβ4 transduces signals that are required for CF synapse elimination in the rostral cerebellum.

Synaptic pattern formation during cellular recognition

Cell–cell recognition often requires the formation of a highly organized pattern of receptor proteins (a synapse) in the intercellular junction. Recent experiments [e.g., Monks, C. R. F., Freiberg, B. A., Kupfer, H., Sciaky, N. & Kupfer, A. (1998) Nature (London) 395, 82–86; Grakoui, A., Bromley, S. K., Sumen, C., Davis, M. M., Shaw, A. S., Allen, P. M. & Dustin, M. L. (1999) Science 285, 221–227; and Davis, D. M., Chiu, I., Fassett, M., Cohen, G. B., Mandelboim, O. & Strominger, J. L. (1999) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96, 15062–15067] vividly demonstrate a complex evolution of cell shape and spatial receptor–ligand patterns (several microns in size) in the intercellular junction during immunological synapse formation. The current view is that this dynamic rearrangement of proteins into organized supramolecular activation clusters is driven primarily by active cytoskeletal processes [e.g., Dustin, M. L. & Cooper, J. A. (2000) Nat. Immunol. 1, 23–29; and Wulfing, C. & Davis, M. M. (1998) Science 282, 2266–2269]. Here, aided by a quantitative analysis of the relevant physico-chemical processes, we demonstrate that the essential characteristics of synaptic patterns observed in living cells can result from spontaneous self-assembly processes. Active cellular interventions are superimposed on these self-organizing tendencies and may also serve to regulate the spontaneous processes. We find that the protein binding/dissociation characteristics, protein mobilities, and membrane constraints measured in the cellular environment are delicately balanced such that the length and time scales of spontaneously evolving patterns are in near-quantitative agreement with observations for synapse formation between T cells and supported membranes [Grakoui, A., Bromley, S. K., Sumen, C., Davis, M. M., Shaw, A. S., Allen, P. M. & Dustin, M. L. (1999) Science 285, 221–227]. The model we present provides a common way of analyzing immunological synapse formation in disparate systems (e.g., T cell/antigen-presenting cell junctions with different MHC-peptides, natural killer cells, etc.).

Suppression of synapsin II inhibits the formation and maintenance of synapses in hippocampal culture.

Numerous synaptic proteins, including several integral membrane proteins, have been assigned roles in synaptic vesicle fusion with or retrieval from the presynaptic plasma membrane. In contrast, the synapsins, neuron-specific phosphoproteins associated with the cytoplasmic surface of synaptic vesicles, appear to play a much broader role, being involved in the regulation of neurotransmitter release and in the organization of the nerve terminal. Here we have administered antisense synapsin II oligonucleotides to dissociated hippocampal neurons, either before the onset of synaptogenesis or 1 week after the onset of synaptogenesis. In both cases, synapsin II was no longer detectable within 24-48 h of treatment. After 5 days of treatment, cultures were analyzed for the presence of synapses by synapsin I and synaptophysin antibody labeling and by electron microscopy. Cultures in which synapsin II was suppressed after axon elongation, but before synapse formation, did not develop synapses. Cultures in which synapsin II was suppressed after the development of synapses lost most of their synapses. Remarkably, with the removal of the antisense oligonucleotides, neurons and their synaptic connections recovered. These studies lead us to conclude that synapsin II is involved in the formation and maintenance of synapses in hippocampal neurons.

Role of the cotransporter KCC2 in cortical excitatory synapse development and febrile seizure susceptibility

Le co-transporteur KCC2 spécifique au potassium et chlore a pour rôle principal de réduire la concentration intracellulaire de chlore, entraînant l’hyperpolarisation des courants GABAergic l’autorisant ainsi à devenir inhibiteur dans le cerveau mature. De plus, il est aussi impliqué dans le développement des synapses excitatrices, nommées aussi les épines dendritiques. Le but de notre projet est d’étudier l’effet des modifications concernant l'expression et la fonction de KCC2 dans le cortex du cerveau en développement dans un contexte de convulsions précoces. Les convulsions fébriles affectent environ 5% des enfants, et ce dès la première année de vie. Les enfants atteints de convulsions fébriles prolongées et atypiques sont plus susceptibles à développer l’épilepsie. De plus, la présence d’une malformation cérébrale prédispose au développement de convulsions fébriles atypiques, et d’épilepsie du lobe temporal. Ceci suggère que ces pathologies néonatales peuvent altérer le développement des circuits neuronaux irréversiblement. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent ces effets ne sont pas encore compris. Nous avons pour but de comprendre l'impact des altérations de KCC2 sur la survenue des convulsions et dans la formation des épines dendritiques. Nous avons étudié KCC2 dans un modèle animal de convulsions précédemment validé, qui combine une lésion corticale à P1 (premier jour de vie postnatale), suivie d'une convulsion induite par hyperthermie à P10 (nommés rats LHS). À la suite de ces insultes, 86% des rats mâles LHS développent l’épilepsie à l’âge adulte, au même titre que des troubles d’apprentissage. À P20, ces animaux presentent une augmentation de l'expression de KCC2 associée à une hyperpolarisation du potentiel de réversion de GABA. De plus, nous avons observé des réductions dans la taille des épines dendritiques et l'amplitude des courants post-synaptiques excitateurs miniatures, ainsi qu’un déficit de mémoire spatial, et ce avant le développement des convulsions spontanées. Dans le but de rétablir les déficits observés chez les rats LHS, nous avons alors réalisé un knock-down de KCC2 par shARN spécifique par électroporation in utero. Nos résultats ont montré une diminution de la susceptibilité aux convulsions due à la lésion corticale, ainsi qu'une restauration de la taille des épines. Ainsi, l’augmentation de KCC2 à la suite d'une convulsion précoce, augmente la susceptibilité aux convulsions modifiant la morphologie des épines dendritiques, probable facteur contribuant à l’atrophie de l’hippocampe et l’occurrence des déficits cognitifs. Le deuxième objectif a été d'inspecter l’effet de la surexpression précoce de KCC2 dans le développement des épines dendritiques de l’hippocampe. Nous avons ainsi surexprimé KCC2 aussi bien in vitro dans des cultures organotypiques d’hippocampe, qu' in vivo par électroporation in utero. À l'inverse des résultats publiés dans le cortex, nous avons observé une diminution de la densité d’épines dendritiques et une augmentation de la taille des épines. Afin de confirmer la spécificité du rôle de KCC2 face à la région néocorticale étudiée, nous avons surexprimé KCC2 dans le cortex par électroporation in utero. Cette manipulation a eu pour conséquences d’augmenter la densité et la longueur des épines synaptiques de l’arbre dendritique des cellules glutamatergiques. En conséquent, ces résultats ont démontré pour la première fois, que les modifications de l’expression de KCC2 sont spécifiques à la région affectée. Ceci souligne les obstacles auxquels nous faisons face dans le développement de thérapie adéquat pour l’épilepsie ayant pour but de moduler l’expression de KCC2 de façon spécifique.

Role of the cotransporter KCC2 in cortical excitatory synapse development and febrile seizure susceptibility

Le co-transporteur KCC2 spécifique au potassium et chlore a pour rôle principal de réduire la concentration intracellulaire de chlore, entraînant l’hyperpolarisation des courants GABAergic l’autorisant ainsi à devenir inhibiteur dans le cerveau mature. De plus, il est aussi impliqué dans le développement des synapses excitatrices, nommées aussi les épines dendritiques. Le but de notre projet est d’étudier l’effet des modifications concernant l'expression et la fonction de KCC2 dans le cortex du cerveau en développement dans un contexte de convulsions précoces. Les convulsions fébriles affectent environ 5% des enfants, et ce dès la première année de vie. Les enfants atteints de convulsions fébriles prolongées et atypiques sont plus susceptibles à développer l’épilepsie. De plus, la présence d’une malformation cérébrale prédispose au développement de convulsions fébriles atypiques, et d’épilepsie du lobe temporal. Ceci suggère que ces pathologies néonatales peuvent altérer le développement des circuits neuronaux irréversiblement. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent ces effets ne sont pas encore compris. Nous avons pour but de comprendre l'impact des altérations de KCC2 sur la survenue des convulsions et dans la formation des épines dendritiques. Nous avons étudié KCC2 dans un modèle animal de convulsions précédemment validé, qui combine une lésion corticale à P1 (premier jour de vie postnatale), suivie d'une convulsion induite par hyperthermie à P10 (nommés rats LHS). À la suite de ces insultes, 86% des rats mâles LHS développent l’épilepsie à l’âge adulte, au même titre que des troubles d’apprentissage. À P20, ces animaux presentent une augmentation de l'expression de KCC2 associée à une hyperpolarisation du potentiel de réversion de GABA. De plus, nous avons observé des réductions dans la taille des épines dendritiques et l'amplitude des courants post-synaptiques excitateurs miniatures, ainsi qu’un déficit de mémoire spatial, et ce avant le développement des convulsions spontanées. Dans le but de rétablir les déficits observés chez les rats LHS, nous avons alors réalisé un knock-down de KCC2 par shARN spécifique par électroporation in utero. Nos résultats ont montré une diminution de la susceptibilité aux convulsions due à la lésion corticale, ainsi qu'une restauration de la taille des épines. Ainsi, l’augmentation de KCC2 à la suite d'une convulsion précoce, augmente la susceptibilité aux convulsions modifiant la morphologie des épines dendritiques, probable facteur contribuant à l’atrophie de l’hippocampe et l’occurrence des déficits cognitifs. Le deuxième objectif a été d'inspecter l’effet de la surexpression précoce de KCC2 dans le développement des épines dendritiques de l’hippocampe. Nous avons ainsi surexprimé KCC2 aussi bien in vitro dans des cultures organotypiques d’hippocampe, qu' in vivo par électroporation in utero. À l'inverse des résultats publiés dans le cortex, nous avons observé une diminution de la densité d’épines dendritiques et une augmentation de la taille des épines. Afin de confirmer la spécificité du rôle de KCC2 face à la région néocorticale étudiée, nous avons surexprimé KCC2 dans le cortex par électroporation in utero. Cette manipulation a eu pour conséquences d’augmenter la densité et la longueur des épines synaptiques de l’arbre dendritique des cellules glutamatergiques. En conséquent, ces résultats ont démontré pour la première fois, que les modifications de l’expression de KCC2 sont spécifiques à la région affectée. Ceci souligne les obstacles auxquels nous faisons face dans le développement de thérapie adéquat pour l’épilepsie ayant pour but de moduler l’expression de KCC2 de façon spécifique.

Structural and functional roles of KCC2 in developing cortex

Cation chloride cotransporters (CCCs) are critical for controlling intracellular chloride homeostasis. The CCC family is composed of four isoforms of K-Cl cotransporters (KCC1-4), two isoforms of Na-K-2Cl cotransporters (NKCC1-2), one Na-Cl cotransporter (NCC) and two the structurally related proteins with unknown function, CCC8 also known as cation-chloride cotransporter interaction protein, CIP, and CCC9. KCC2 is a neuron-specific isoform, which plays a prominent role in controlling the intracellular Cl- concentration in neurons and is responsible for producing the negative shift of GABAA responses from depolarizing to hyperpolarizing during neuronal maturation. In the present studies we first used in situ hybridization to examine the developmental expression patterns of the cation-chloride cotransporters KCC1-4 and NKCC1. We found that they display complementary expression patterns during embryonic brain development. Most interestingly, KCC2 expression in the embryonic central nervous system strictly follows neuronal maturation. In vitro data obtained from primary and organotypic neuronal cultures support this finding and revealed a temporal correlation between the expression of KCC2 and synaptogenesis. We found that KCC2 is highly expressed in filopodia and mature spines as well as dendritic shaft and investigated the role of KCC2 in spine formation by analyzing KCC2-/- neurons in vitro. Our studies revealed that KCC2 is a key factor in the maturation of dendritic spines. Interestingly, the effect of KCC2 in spine formation is not due to Cl- transport activity, but mediated through the interaction between KCC2 C-terminal and intracellular protein associated with cytoskeleton. The interacting protein we found is protein 4.1N by immunoprecipitation. Our results indicate a structural role for KCC2 in the development of functional glutamatergic synapses and suggest KCC2 as a synchronizer for the functional development of glutamatergic and GABAergic synapses in neuronal network. Studies on the regulatory mechanisms of KCC2 expression during development and plasticity revealed that synaptic activity of both the glutamatergic and GABAergic system is not required for up-regulation of KCC2 during development, whereas in acute mature hippocampal slices which undergo continuous synchronous activity induced by the absence of Mg2+ solution, KCC2 mRNA and protein expression were down-regulated in CA1 pyramidal neurons subsequently leading to a reduced capacity for neuronal Cl- extrusion. This effect is mediated by endogenous BDNF-TrkB down-stream cascades involving both Shc/FRS-2 and PLCγ-CREB signaling. BDNF mediated changes in KCC2 expression indicate that KCC2 is significantly involved in the complex mechanisms of neuronal plasticity during development and pathophysiological conditions.