Corticostriatal dysfunction and social interaction deficits in mice lacking the cystine/glutamate antiporter

谷氨酸受体 神经科学 树突棘 突触后密度 生物 神经传递 兴奋性突触后电位 中棘神经元 细胞外 纹状体 突触后电位 突触 细胞生物学 海马结构 生物化学 抑制性突触后电位 受体 多巴胺
作者
Eduard Bentea,Agnès Villers,Cynthia Moore,Adam Funk,Sinead M. O’Donovan,Lise Verbruggen,Olaya Lara,Pauline Janssen,Laura De Pauw,Noemi Declerck,Erica A. K. DePasquale,Madeline J. Churchill,Hiroki Sato,Emmanuel Hermans,Lutgarde Arckens,Charles K. Meshul,Laurence Ris,Robert E. McCullumsmith,Ann Massie
出处
期刊:Molecular Psychiatry [Springer Nature]
卷期号:26 (9): 4754-4769 被引量:28
标识
DOI:10.1038/s41380-020-0751-3
摘要

The astrocytic cystine/glutamate antiporter system xc- represents an important source of extracellular glutamate in the central nervous system, with potential impact on excitatory neurotransmission. Yet, its function and importance in brain physiology remain incompletely understood. Employing slice electrophysiology and mice with a genetic deletion of the specific subunit of system xc-, xCT (xCT-/- mice), we uncovered decreased neurotransmission at corticostriatal synapses. This effect was partly mitigated by replenishing extracellular glutamate levels, indicating a defect linked with decreased extracellular glutamate availability. We observed no changes in the morphology of striatal medium spiny neurons, the density of dendritic spines, or the density or ultrastructure of corticostriatal synapses, indicating that the observed functional defects are not due to morphological or structural abnormalities. By combining electron microscopy with glutamate immunogold labeling, we identified decreased intracellular glutamate density in presynaptic terminals, presynaptic mitochondria, and in dendritic spines of xCT-/- mice. A proteomic and kinomic screen of the striatum of xCT-/- mice revealed decreased expression of presynaptic proteins and abnormal kinase network signaling, that may contribute to the observed changes in postsynaptic responses. Finally, these corticostriatal deregulations resulted in a behavioral phenotype suggestive of autism spectrum disorder in the xCT-/- mice; in tests sensitive to corticostriatal functioning we recorded increased repetitive digging behavior and decreased sociability. To conclude, our findings show that system xc- plays a previously unrecognized role in regulating corticostriatal neurotransmission and influences social preference and repetitive behavior.
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