Dissecting the role of parvalbumin positive inhibitory neurons in the cellular and behavioural phenotypes associated with Gprasp2 deletion

Abstract

Gprasp2 is a member of the G protein-coupled receptor associated sorting protein (GPRASP) family of genes. Deletion of Gprasp2 in mice leads to cognitive dysfunction, perturbed synaptic communication, and a broad range of behavioral alterations. Considering there is an enrichment of Gprasp2 in GABAergic cells, we aimed to explore the consequences of Gprasp2 deletion in the hippocampal inhibitory circuit. Our electrophysiological characterization in adult mice with global Gprasp2 deletion pointed to changes in GABA-mediated miniature inhibitory postsynaptic currents (mIPSC) in CA1 pyramidal neurons, which supports a functional role for this gene in inhibitory synapses.Since Gprasp2 is highly enriched in a subset of parvalbumin (PV)-positive inhibitory neurons, we generated a conditional knockout of Gprasp2 only in PV+ neurons to elucidate its function. To achieve this, we crossed (i) ROSA26 loxP-STOP-loxP-tdTomato mice with a (ii) PV-Cre driver line and (iii) our conditional Gprasp2 mice.Behavioral assessment in this line showed that Gprasp2 deletion in PV inhibitory neurons is sufficient to disrupt performance in tasks associated with working memory, associative memory, or social memory. Electrophysiological recordings also showed alterations in inhibitory synaptic circuits in the hippocampus, including altered mIPSC amplitude in CA1 pyramidal neurons and altered mIPSC in PV+ neurons in the stratum oriens and stratum pyramidale. However, our data analysis suggests that the observed electrophysiology phenotype could arise from circuit adaptations – compensatory mechanisms – following Gprasp2 deletion in PV+ neurons. To further explore the primary role and mechanism of Gprasp2 in vivo, we then performed a preliminary assay aimed at provoking an acute and sparse deletion of Gprasp2 in inhibitory neurons in the hippocampus. This was achieved via the local delivery of AVVs carrying a Cre payload under the control of mDlx5/6 promoter. This should lead to a small number of Gprasp2 knockout inhibitory neurons surrounded by mostly non-deleted cells.Altogether, our work shows an important functional role for Gprasp2 in PV+ inhibitory neurons and highlights the relevance, not only of this gene, but of an intact PV+ inhibitory system, in the appearance of phenotypes associated with cognitive and memory dysfunction and alterations in social behaviors.

Gprasp2 é um membro da família de genes associados a recetores acoplados a proteínas G (GPRASP). A deleção deste gene num modelo de murganhos desencadeia vários fenótipos, tais como disfunção cognitiva, perturbações na comunicação sináptica e alterações comportamentais. Tendo em consideração a elevada expressão de Gprasp2 nos neurónios GABAérgicos, neste trabalho pretendeu-se explorar as consequências da deleção de Gprasp2 no circuito inibitório do hipocampo. A deleção global da Gprasp2 desencadeia alterações nos registos eletrofisiológicos de correntes pós-sinápticas inibitórias, mediadas por recetores inotrópicos de GABA, nos neurónios piramidais no hipocampo, em murganhos adultos. Este resultado destaca o papel relevante deste gene nas sinapses inibitórias. Como a Gprasp2 é altamente expressa em neurónios inibitórios positivos para parvalbumina (PV), um subconjunto de neurónios inibitórios, este trabalho teve ainda como objetivo explorar a função da Gprasp2 nestes neurónios. Para tal, foi gerado um modelo animal com a deleção condicional da Gprasp2 apenas nos neurónios PV+, através do cruzamento de (i) murganhos ROSA26 loxP-STOP-loxP-tdTomato com uma (ii) linha PV-Cre e (iii) os murganhos condicionais para o gene Gprasp2.A caracterização comportamental deste modelo revelou que a deleção de Gprasp2 em neurónios PV+ é suficiente para desencadear alterações no desempenho de tarefas associadas a memória, nomeadamente memória associativa e social. Adicionalmente, os registos eletrofisiológicos indicam alterações nos circuitos inibitórios no hipocampo, nomeadamente alterações nas correntes inibitórias em neurónios excitatórios e PV+ de diferentes camadas do hipocampo dorsal. De uma forma geral, os resultados indicam que os fenótipos eletrofisiológicos observados podem ser uma consequência de uma adaptação do circuito, através de mecanismos compensatórios, após a deleção de Gprasp2 nos neurónios que expressam PV. Para explorar mais detalhadamente a função e os mecanismos associados à Gprasp2 in vivo, foram realizados ensaios preliminares com a deleção aguda e espacialmente dispersa da Gprasp2 em neurónios inibitórios do hipocampo através da injeção estereotaxia de vírus adeno-associados (AAV) com Cre, sob o controlo do promotor mDlx5/6. Através do uso desta estratégia foi possível a deleção da Gprasp2 num pequeno número de neurónios inibitórios, que se encontram num ambiente no qual a maioria das células envolventes expressa Gprasp2. Em suma, com este trabalho mostrámos o papel funcional da Gprasp2 nos neurónios inibitórios que expressam PV e destacámos a relevância deste gene e do normal funcionamento do sistema inibitório, para o desempenho de funções cognitivas e de memória, bem como comportamentos sociais.