Summary

Kimerik Yapılar HSV-aracılı Transgen İfade Farelerde GPCR Heteromers Davranışsal Fonksiyon Eğitim için

Published: July 09, 2016
doi:

Summary

Bu makalede, GPCR heteromerik oluşumunu gerektiren davranış testleri test etmek için fare frontal korteks içine viral vektörlerin enjekte açıklamaktadır.

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

LSD, psilosibin ve meskalin olarak halüsinojenler, insan bilinci, biliş ve duygu 7-9 önemli değişikliklere neden olmaktadır. Genetik ya da farmakolojik ya yaklaşımlarla serotonin 5-HT2A reseptörü sinyallemesinin inaktivasyonu belirgin iki kemirgen modellerinde 3,10 bölgesindeki halüsinojenler davranışsal tepkileri zayıflatılmış ve 11 insanlarda neden olur. Halüsinojenler, diğer reseptör alt-tipleri 8 bağlanan, ancak 5-HT2A reseptörü, bu kimyasal maddelerin benzersiz davranış aktivite için gerekli olarak kabul edilir.

Grup II metabotropik glutamat reseptörleri (yani., MGlu2 ve mGlu3) halusinojenler moleküler mekanizması ve psikoz 12 altında yatan onların ayrılmaz rolüne ilişkin önemli ilgi hedef olmuştur. Daha önce, mGlu2 protein (mGlu2-KO fareleri) herhangi bir ifade ile farenin hal hücresel ve davranışsal etkilere karşı duyarsız olduğu gösterilmiştirlucinogens 5. Ayrıca, 5-HT2A ve mGlu2 reseptörleri serotonin ve glutamat ligandlan, canlı hücreler 1,2 G protein bağlama modelini modüle geçtiği belirli bir heteromerik kompleks oluşturduğunu ileri sürülmüştür.

Yapısal olarak, zar-ötesi (TM) etki 4 ve mGlu2 5 5-HT2A reseptörü 5, heteromerik oluşumunda önemli bir rol oynamaktadır. Buna ek olarak, daha fazla araştırma mGlu2 bölgesinin TM4 hücre içi ucunda yer alan, üç kalıntıları hücreler 6 canlı 5-HT2A reseptörü -mGlu2 heterokompleks oluşturmak için gerekli olduğunu göstermiştir.

Heterolog ifade sistemlerinde görülen Bu bulgulara dayanarak, burada test etmek için, vahşi tip mGlu2 ve mGlu2-KO farelerde frontal kortekste mGlu2 / mGlu3 Şimerik yapıların HSV-aracılı ifade kullanımını tarif 5-HT2A ile heteromerik oluşumu ve mGlu2 için gerekli olanhalüsinojenik 5-HT2A reseptörü agonistleri tarafından neden kafa seğirme davranışı.

Protocol

NOT: Hayvan ıslahı ve bakımları için tüm prosedürler Sina Dağı'nda Tıp Icahn Okulu Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi (IACUC) yönetmeliğine göre yapılmıştır. prosedür boyunca steril eldiven kullandığınızdan emin olun. 1. İlaç ve Virüs Hazırlık İlaç Hazırlama 12.9 ml% 0.9 tuzlu su çözeltisi içinde 100 mg / ml Ketamin 1.35 ml ve 20 mg / ml ksilazin 0.75 ml eritilmesi ile 15.0 mi, ketamin / ksilazin anestezik hazırlayın. Iyice ç?…

Representative Results

Önceki bulgular halusinojenler tarafından güvenilir ve sağlam ortaya bir fare davranış cevabı baş-seğirme olduğunu göstermektedir ve bu 5-HT 2A -KO fareler 3 yoktur. Ayrıca, DOI ve LSD halüsinojenik 5-HT2A agonistlerin kafa seğirme yanıtı anlamlı mGlu2-KO farelerde 5 azaldığını göstermiştir. Bununla birlikte, her ne kadar önceki bulgular ikna edici çözülemediğini canlı farelerde gibi bu yapısal düzenleme hareket i…

Discussion

Birlikte mGlu2-KO farelerde 5 mi olacak biçimde kültürlenmiş hücrelerde 5-HT2A -mGlu2 reseptör kompleksini oluşturmayan mGlu2 ve mGlu2 / mGlu3 kimerik yapıları ile sonuçlar, 5-HT2A -mGlu2 in heteromerik reseptör kompleksi fare frontal korteks LSD benzeri halüsinojenik 5-HT2A reseptörü agonistleri tarafından baş seğirme davranışını uyarmak için gereklidir. Bu yöntemin bir sınırlaması yerli dokuda hücre içi düzeyde yakın moleküler yakınlığı öl…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

NIH R01MH084894 Bu çalışmanın finansmanı katıldı. Biz Dr teşekkür etmek istiyorum. farelerin bağış ve bu çalışmanın çekimleri sırasında cerrahi ve davranış tesislerin kullanımı için Mount Sinai Tıp Okulu Yasmin Hurd ve Scott Russo.

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

Riferimenti

  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. Epub ahead of print (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), ra59 (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. 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/it/53717?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
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