Genetic mechanisms for impaired synaptic plasticity in schizophrenia revealed by computational modelling

长时程增强 突触可塑性 精神分裂症(面向对象编程) 神经科学 神经可塑性 变质塑性 扣带回前部 生物 稳态可塑性 可塑性 心理学 遗传学 认知 精神科 受体 热力学 物理
作者
Tuomo Mäaki-Marttunen,Kim T. Blackwell,Ibrahim A. Akkouh,Alexey Shadrin,Mathias Valstad,Tobjørn Elvsåashagen,Marja‐Leena Linne,Srdjan Djurovic,Gaute T. Einevoll,Ole A. Andreassen
标识
DOI:10.1101/2023.06.14.544920
摘要

Abstract Schizophrenia phenotypes are suggestive of impaired cortical plasticity in the disease, but the mechanisms of these deficits are unknown. Genomic association studies have implicated a large number of genes that regulate neuromodulation and plasticity, indicating that the plasticity deficits have a genetic origin. Here, we used biochemically detailed computational modelling of post-synaptic plasticity to investigate how schizophrenia-associated genes regulate long-term potentiation (LTP) and depression (LTD). We combined our model with data from post-mortem mRNA expression studies (CommonMind gene-expression datasets) to assess the consequences of altered expression of plasticity-regulating genes for the amplitude of LTP and LTD. Our results show that the expression alterations observed post mortem , especially those in anterior cingulate cortex, lead to impaired PKA-pathway-mediated LTP in synapses containing GluR1 receptors. We validated these findings using a genotyped EEG dataset where polygenic risk scores for synaptic and ion channel-encoding genes as well as modulation of visual evoked potentials (VEP) were determined for 286 healthy controls. Our results provide a possible genetic mechanism for plasticity impairments in schizophrenia, which can lead to improved understanding and, ultimately, treatment of the disorder.

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