Ketamine triggers rapid antidepressant effects by modulating synaptic plasticity in a new depressive-like mouse model based on astrocyte glutamate transporter GLT-1 knockdown in infralimbic cortex

Abstract

Objective

Recently, we reported on a new MDD-like mouse model based on a regionally selective knockdown of astroglial glutamate transporters, GLAST/GLT-1, in infralimbic cortex (IL) which evokes widespread changes in mouse brain associated with the typical alterations found in MDD patients. To further characterize this new MDD-like mouse model, here we examine some transcriptional elements of glutamatergic/GABAergic neurotransmission and neuroplasticity in forebrain regions in the GLT-1 knockdown mice. Furthermore, we assess the acute ketamine effects on these transcriptional processes.

Material and methods

We used a small interfering RNA (siRNA) pool targeting GLT-1 mRNA to disrupt the GLT-1 transcription in mouse IL. Histological assays were performed to examine postsynaptic density protein-95 (PSD95), neuritin (NRN), glutamine acid descarboxilase-65 (GAD65), and GLT-1 mRNA expression in IL and hippocampus.

Results

Knockdown of GLT-1 in mouse IL leads to decreased expression of PSD95 and NRN neuroplasticity mRNAs in IL and hippocampus, which was reversed by an acute dose of ketamine antidepressant. Likewise, a single dose of ketamine also increased the mRNA levels of GAD65 and GLT-1 in IL of GLT-1 knockdown mice, reaching the basal values of control mice.

Conclusions

The glutamatergic neuronal hyperactivity and deficits in the GABA system resulting from siRNA-induced astroglial glutamate transporter knockdown in IL can compromise the integrity/plasticity of neurocircuits affected in MDD. Suitable depressive-like animal models to address the neurobiological changes in MDD are an unmet need and the development of the GLAST/GLT-1 knockdown mouse model may represent a better option to understand the rapid-acting antidepressant effects of ketamine.

Resumen

Objetivo

Recientemente, informamos sobre un nuevo modelo de ratón de depresión basado en una reducción parcial de la transcripción de los transportadores de glutamato, GLAST/GLT-1, en los astrocitos de la corteza infralímbica (IL), que conduce a cambios generalizados de la función cerebral del ratón, que refleja alteraciones típicas encontradas en pacientes con depresión. Para caracterizar más detalladamente este nuevo modelo de ratón de depresión, aquí examinamos algunos elementos transcripcionales relacionados con la neurotransmisión glutamatérgica/GABAérgica y la neuroplasticidad en regiones corticales y subcorticales de los ratones con niveles reducidos de GLT-1. Además, evaluamos los efectos agudos de la ketamina, antidepresivo de acción rápida, en estos procesos transcripcionales.

Material y métodos

Utilizamos ARN de interferencia (siRNA) dirigido al mRNA de GLT-1 para interrumpir su transcripción en la IL de ratón. Se realizaron ensayos histológicos para examinar la expresión de los mRNA de las siguientes proteínas: proteína de densidad postsináptica-95 (PSD95), neuritina (NRN), descarboxilasa de ácido glutámico-65 (GAD65) y GLT-1 en la IL e hipocampo.

Resultados

La reducción de la expresión de GLT-1 en IL de ratón conduce a una disminución de la expresión de los mRNA de neuroplasticidad PSD95 y NRN en la IL y el hipocampo, efecto que se revirtió con una única administración del antidepresivo ketamina. Asimismo, una sola dosis de ketamina también aumentó los niveles de los mRNA de GAD65 y GLT-1 en la IL de ratones silenciados para GLT-1, que alcanzaron los valores basales de los ratones control.

Conclusiones

La hiperactividad neuronal glutamatérgica y los déficits en el sistema GABAérgico resultantes de la reducción de los niveles del transportador de glutamato astroglial inducida por siRNA en IL pueden comprometer la integridad/plasticidad de aquellos neurocircuitos afectados en la depresión. Sin embargo, no disponemos de modelos animales de depresión adecuados para abordar los cambios neurobiológicos que se suceden en esta enfermedad y su tratamiento. El desarrollo del modelo de ratón con reducción parcial de GLAST/GLT-1 puede representar una mejor opción para comprender los efectos antidepresivos de acción rápida de la ketamina.