Summary

HSV-medierad transgenexpression av chimära konstruktioner för att studera Behavioral funktion GPCR Heteromers i möss

Published: July 09, 2016
doi:

Summary

I artikeln beskrivs hur man injicerar virala vektorer i musen frontala cortex att testa beteendemässiga analyser som kräver GPCR hetebildning.

Abstract

The heteromeric receptor complex between 5-HT2A and mGlu2 has been implicated in some of the behavioral phenotypes in mouse models of psychosis1,2. Consequently, investigation of structural details of the interaction between 5-HT2A and mGlu2 affecting schizophrenia-related behaviors represents a powerful translational tool. As previously shown, the head-twitch response (HTR) in mice is elicited by hallucinogenic drugs and this behavioral response is absent in 5-HT2A knockout (KO) mice3,4. Additionally, by conditionally expressing the 5-HT2A receptor only in cortex, it was demonstrated that 5-HT2A receptor-dependent signaling pathways on cortical pyramidal neurons are sufficient to elicit head-twitch behavior in response to hallucinogenic drugs3. Finally, it has been shown that the head-twitch behavioral response induced by the hallucinogens DOI and lysergic acid diethylamide (LSD) is significantly decreased in mGlu2-KO mice5. These findings suggest that mGlu2 is at least in part necessary for the 5-HT2A receptor-dependent psychosis-like behavioral effects induced by LSD-like drugs. However, this does not provide evidence as to whether the 5-HT2A-mGlu2 receptor complex is necessary for this behavioral phenotype. To address this question, herpes simplex virus (HSV) constructs to express either mGlu2 or mGlu2ΔTM4N (mGlu2/mGlu3 chimeric construct that does not form the 5-HT2A-mGlu2 receptor complex) in the frontal cortex of mGlu2-KO mice were used to examine whether this GPCR heteromeric complex is needed for the behavioral effects induced by LSD-like drugs6.

Introduction

Hallucinogener, såsom LSD, psilocybin och meskalin orsaka betydande förändringar i det mänskliga medvetandet, kognition och emotion 7-9. Inaktivering av serotonin 5-HT2A-receptorsignalering antingen genetiska eller farmakologiska metoder orsakar markant försvagade beteende svar på hallucinogener i båda gnagarmodeller 3,10 och människor 11. Även hallucinogener binda andra receptorsubtyper 8, är 5-HT2A-receptorn anses nödvändigt för den unika beteendeaktivitet av dessa kemikalier.

Grupp II metabotropa glutamatreceptorer (dvs., MGlu2 och mGlu3) har varit föremål för stor uppmärksamhet om den molekylära mekanismen av hallucinogener och deras viktig roll underliggande psykos 12. Tidigare har det visats att möss med ingen expression av mGlu2 protein (mGlu2-KO möss) är okänsliga för de cellulära och beteendemässiga effekter av hallucinogens 5. Det har också föreslagits att 5-HT 2A och de mGlu2 receptorema bildar en specifik heteromert komplex genom vilken serotonin och glutamatligander modulera mönstret av G-proteinkoppling i levande celler 1,2.

Strukturellt trans (TM) domänerna 4 och 5 av mGlu2 spela en avgörande roll i heterobildning med 5-HT2A-receptorn 5. Dessutom visade ytterligare undersökningar att tre rester belägna vid den intracellulära slutet av TM4 av mGlu2 är nödvändiga för att bilda 5-HT2A -mGlu2 receptorhetero i levande celler 6.

Baserat på dessa fynd som observerats i heterologa expressionssystem, här beskriver vi användningen av HSV-medierad uttryck av vildtyp mGlu2 och mGlu2 / mGlu3 chimära konstruktioner i frontala cortex av mGlu2-KO möss för att testa om heterobildning mellan 5-HT2A och mGlu2 är nödvändig för atthead-twitch beteende induceras av hallucinogena 5-HT-2A-receptoragonister.

Protocol

OBS: Alla förfaranden för djuruppfödning och bekymmer utfördes enligt Institutional Animal Care och användning kommittén (IACUC) reglering av Icahn School of Medicine på Mount Sinai. Var noga med att använda sterila handskar under hela förfarandet. 1. Läkemedels och viruspreparat Drug Framställning Förbereda 15,0 ml ketamin / xylazin anestetikum genom att lösa 1,35 ml 100 mg / ml ketamin och 0,75 ml 20 mg / ml xylazin i 12,9 ml 0,9% saltlösning. Blanda lösninge…

Representative Results

Tidigare resultat visar att den huvud rycka murin beteendegensvar är tillförlitligt och robust som framkallas av hallucinogener, och det är frånvarande i 5-HT 2A -Ko möss 3. Vidare har det visats att den huvudryckningssvar som framkallas av de hallucinogena 5-HT2A-agonister DOI och LSD minskade signifikant i mGlu2-KO-möss 5. Även tidigare fynd övertygande visar att 5-HT2A och mGlu2 monteras som en hete komplex in vitro</e…

Discussion

Tillsammans med tidigare resultat inom mGlu2-KO-möss 5, resultaten med mGlu2 och mGlu2 / mGlu3 chimära konstruktioner som inte bildar den 5-HT 2A -mGlu2 receptorkomplexet i odlade celler tyder på att 5-HT 2A -mGlu2 heteromert receptorkomplex i behövs mus frontala cortex att framkalla huvud rycka beteende genom LSD-liknande hallucinogena 5-HT2A-receptoragonister. En begränsning med denna metod är att den inte mäter nära molekyl närhet vid en subcellulär nivå i nativ …

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

NIH R01MH084894 deltog i finansieringen av denna studie. Vi vill tacka Dr.. Yasmin Hurd och Scott Russo på Mount Sinai School of Medicine för donation av möss och användningen av deras kirurgi och beteende anläggningar under inspelningen av detta arbete.

Materials

mGlu2 bicitronic herpes simplex virus (HSV) vector  MIT Core mGlu2 and mGlu2DTM4N were subcloned into the bicistronic HSV-GFP virus vector p1005+ HSV expressing GFP under the control of the CMV promoter. Viral particles were produced by the Viral Core Facility at the McGovern Institute (MIT). For more information, please contact the director, Dr. Rachael Neve (rneve@mit.edu)
mGlu2ΔTM4N bicitronic herpes simplex virus (HSV) vector  MIT Core mGlu2 and mGlu2DTM4N were subcloned into the bicistronic HSV-GFP virus vector p1005+ HSV expressing GFP under the control of the CMV promoter. Viral particles were produced by the Viral Core Facility at the McGovern Institute (MIT). For more information, please contact the director, Dr. Rachael Neve (rneve@mit.edu)
GFP bicitronic herpes simplex virus (HSV) vector  MIT Core mGlu2 and mGlu2DTM4N were subcloned into the bicistronic HSV-GFP virus vector p1005+ HSV expressing GFP under the control of the CMV promoter. Viral particles were produced by the Viral Core Facility at the McGovern Institute (MIT). For more information, please contact the director, Dr. Rachael Neve (rneve@mit.edu)
xylazine  Lloyd List no. 4811-20ml, NADA #139-236, NDC Code(s): 61311-481-10 1.35 mL of 100mg/ml of ketamine+.75 mL of 20mg/ml of xylazine are diluted in 12.0 mL of .9% saline solution
ketamine  Vedco KetaVed-10ml, NADA #200-029, NDC Code(s): 50989-161-06 1.35 mL of 100mg/ml of ketamine+.75 mL of 20mg/ml of xylazine are diluted in 12.0 mL of .9% saline solution
ophthalmic gel Fisher Scientific NC0550805
burret clips Fisher Scientific NC9268369
Feather surgical blade Fisher Scientific NC9032736
Hydrogen Peroxide Fisher Scientific 19-898-919 
Hamilton syringe Fisher Scientific 14815203
Hamilton™ Small Hub Removable Needles (33 Ga) Fisher Scientific 14816206
Cordless Micro Drill Fisher Scientific NC9089241
Dermabond Dermal Adhesive Fisher Scientific NC0690470
(±)-1-(2,5-Dimethoxy-4-iodophenyl)-2-aminopropane hydrochloride (DOI) Sigma-Aldrich 42203-78-1 Dissolved in .9% saline solution to the concentration of 2.0 mg/kg

References

  1. Fribourg, M., et al. Decoding the Signaling of a GPCR Heteromeric Complex Reveals a Unifying Mechanism of Action of Antipsychotic Drugs. Cell. 147 (5), 1011-1023 (2011).
  2. Gonzalez-Maeso, J., et al. Identification of a serotonin/glutamate receptor complex implicated in psychosis. Nature. 452 (7183), 93-97 (2008).
  3. Gonzalez-Maeso, J., et al. Hallucinogens Recruit Specific Cortical 5-HT(2A) Receptor-Mediated Signaling Pathways to Affect Behavior. Neuron. 53 (3), 439-452 (2007).
  4. Gonzalez-Maeso, J., et al. Transcriptome fingerprints distinguish hallucinogenic and nonhallucinogenic 5-hydroxytryptamine 2A receptor agonist effects in mouse somatosensory cortex. J Neurosci. 23 (26), 8836-8843 (2003).
  5. Moreno, J. L., Holloway, T., Albizu, L., Sealfon, S. C., Gonzalez-Maeso, J. Metabotropic glutamate mGlu2 receptor is necessary for the pharmacological and behavioral effects induced by hallucinogenic 5-HT2A receptor agonists. Neurosci Lett. 493 (3), 76-79 (2011).
  6. Moreno, J. L., et al. Identification of Three Residues Essential for 5-HT2A-mGlu2 Receptor Heteromerization and its Psychoactive Behavioral Function. J Biol Chem. 287, 44301-44319 (2012).
  7. Geyer, M. A., Vollenweider, F. X. Serotonin research: contributions to understanding psychoses. Trends Pharmacol Sci. 29 (9), 445-453 (2008).
  8. Nichols, D. E. Hallucinogens. Pharmacol Ther. 101 (2), 131-181 (2004).
  9. Hanks, J. B., Gonzalez-Maeso, J. Animal models of serotonergic psychedelics. ACS Chem Neurosci. 4 (1), 33-42 (2013).
  10. Fiorella, D., Rabin, R. A., Winter, J. C. Role of 5-HT2A and 5-HT2C receptors in the stimulus effects of hallucinogenic drugs. II: Reassessment of LSD false positives. Psychopharmacology (Berl). 121 (3), 357-363 (1995).
  11. Vollenweider, F. X., Vollenweider-Scherpenhuyzen, M. F., Babler, A., Vogel, H., Hell, D. Psilocybin induces schizophrenia-like psychosis in humans via a serotonin-2 agonist action. Neuroreport. 9 (17), 3897-3902 (1998).
  12. Moreno, J. L., Sealfon, S. C., Gonzalez-Maeso, J. Group II metabotropic glutamate receptors and schizophrenia. Cell Mol Life Sci. 66 (23), 3777-3785 (2009).
  13. Kurita, M., et al. HDAC2 regulates atypical antipsychotic responses through the modulation of mGlu2 promoter activity. Nat Neurosci. 15 (9), 1245-1254 (2012).
  14. Kurita, M., et al. Repressive Epigenetic Changes at the mGlu2 Promoter in Frontal Cortex of 5-HT2A Knockout Mice. Mol Pharmacol. 83 (6), 1166-1175 (2013).
  15. Rives, M. L., et al. Crosstalk between GABAB and mGlu1a receptors reveals new insight into GPCR signal integration. Embo J. 28 (15), 2195-2208 (2009).
  16. Milligan, G. The Prevalence, Maintenance and Relevance of GPCR Oligomerization. Mol Pharmacol. (84), 158-169 (2013).
  17. Ferre, S., et al. G protein-coupled receptor oligomerization revisited: functional and pharmacological perspectives. Pharmacol Rev. 66 (2), 413-434 (2014).
  18. Gonzalez-Maeso, J. GPCR oligomers in pharmacology and signaling. Mol Brain. 4 (1), 20 (2011).
  19. Gonzalez-Maeso, J. Family a GPCR heteromers in animal models. Front Pharmacol. 5, 226 (2014).
  20. Dragulescu-Andrasi, A., Chan, C. T., De, A., Massoud, T. F., Gambhir, S. S. Bioluminescence resonance energy transfer (BRET) imaging of protein-protein interactions within deep tissues of living subjects. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (29), 12060-12065 (2011).
  21. Calebiro, D., et al. Single-molecule analysis of fluorescently labeled G-protein-coupled receptors reveals complexes with distinct dynamics and organization. Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (2), 743-748 (2013).
  22. Fonseca, J. M., Lambert, N. A. Instability of a class a G protein-coupled receptor oligomer interface. Mol Pharmacol. 75 (6), 1296-1299 (2009).
  23. Hern, J. A., et al. Formation and dissociation of M1 muscarinic receptor dimers seen by total internal reflection fluorescence imaging of single molecules. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (6), 2693-2698 (2010).
  24. Hlavackova, V., et al. Sequential inter- and intrasubunit rearrangements during activation of dimeric metabotropic glutamate receptor 1. Sci Signal. 5 (237), 59 (2012).
  25. Irannejad, R., et al. Conformational biosensors reveal GPCR signalling from endosomes. Nature. 495 (7442), 534-538 (2013).
  26. Calebiro, D., Nikolaev, V. O., Persani, L., Lohse, M. J. Signaling by internalized G-protein-coupled receptors. Trends Pharmacol Sci. 31 (5), 221-228 (2010).
  27. Celada, P., Puig, M. V., Diaz-Mataix, L., Artigas, F. The hallucinogen DOI reduces low-frequency oscillations in rat prefrontal cortex: reversal by antipsychotic drugs. Biol Psychiatry. 64 (5), 392-400 (2008).
  28. Béïque, J. -. C., Imad, M., Mladenovic, L., Gingrich, J. A., Andrade, R. Mechanism of the 5-hydroxytryptamine 2A receptor-mediated facilitation of synaptic activity in prefrontal cortex. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (23), 9870-9875 (2007).
check_url/fr/53717?article_type=t

Play Video

Citer Cet Article
Holloway, T., Moreno, J. L., González-Maeso, J. HSV-Mediated Transgene Expression of Chimeric Constructs to Study Behavioral Function of GPCR Heteromers in Mice. J. Vis. Exp. (113), e53717, doi:10.3791/53717 (2016).

View Video