Characterization of Gprasp2 knockout mice as a new model for autism spectrum disorders

Abstract

A perturbação do espectro do autismo (PEA) e o défice intelectual (DI) são doenças do desenvolvimento neurológico que partilham aspectos comuns no que toca à sua etiologia genética e apresentação fenotípica. No entanto, apesar de todos os estudos desenvolvidos no sentido de compreender estes distúrbios, os mecanismos exactos que os desencadeiam e os circuitos neuronais afectados ainda não foram precisamente identificados. Uma hipótese que tem vindo a crescer implica os défices encontrados a nível de plasticidade sináptica e a nível da estrutura sinática como causadores das alterações a nível comportamente e cognitivo observadas em pacientes que sofrem destes distúrbios.Os receptores acoplados às proteínas G (GPCRs) são conhecidos pelo seu papel importante na regulação da sinalização sináptica. Um dos membros desta vasta família, um grupo, que inclui os receptores metabotrópicos de glutamato (mGluR), é conhecido pela sua função na plasticidade sináptica e na mediação da depressão sináptica a longo prazo. Alterações a nível destes mecanismos estão associados a várias doenças do foro neurológico. Com isto, mais atenção tem sido dada à regulação e tráfico dos mGluRs e dos seus parceiros intracelulares. Assim sendo, a família de proteínas Gprasp parece ser um alvo interessante tendo em conta que um dos seus membros, Gprasp2 já foi associado a distúrbios psiquiátricos. Gprasp2 é um forte candidato de susceptibilidade genética implicado em PEA cuja função parece estar relacionada com a regulação do tráfico de GPCRs.De modo a entender o papel da Gprasp2 in vivo, um modelo de murganhos knockout (KO) para o gene Gprasp2 foi desenvolvido. No trabalho aqui desenvolvido, é apresentada uma caracterização detalhada deste modelo animal a nível comportamental e da morfologia neuronal. A nível comportamental foram encontrados défices na cognitivos e memória nestes animais, apontando para um defeito relacionado com funções reguladas pelo hipocampo. De acordo com estes resultados, foi também encontrado na zona CA1 do hipocampo, uma redução da complexidade dendrítica e uma diminuição do número de espículas maduras. Alterações nos níves de mRNA sugestivas de alterações ao nível da sinalização sináptica foram também observadas em amostras de hipocampo. Aumentos no peso dos animais Gprasp2 KO e alterações em comportamentos relativos a dominância social e agressão foram também encontrados neste modelo animal, sugerindo um papel desta proteína no circuito hipotalâmico.Todos os dados recolhidos ao longo deste trabalho sugerem que mutações na proteína Gprasp2 poderão contribuir para a patogenecidade de doenças do foro neurológico, tendo um efeito na morfologia e densidade de espículas dos neurónios do hipocampo e afectando comportamentos mediados pelo hipocampo e hipótalamo. Os animais Gprasp2 KO exibem assim défices consistentes com alterações encontradas em modelos de PEA e DI.

Autism Spectrum Disorders (ASD) and Intellectual Disability (ID) are neurodevelopmental disorders that share common aspects in genetic etiology and phenotypic presentation. Nevertheless, despite a significant number of studies the exact mechanisms triggering these neurodevelopmental disorders and the neuronal circuits disrupted are not completely understood. A recent hypothesis has implicated deficits in synaptic plasticity and spine structure on behavioral and cognitive alterations in patients. G-protein coupled receptors (GPCRs) are known for their role in the regulation of synaptic signaling. Some of the members of this broad family, include the metabotropic glutamate receptor family (mGluR) which are known for their role in synaptic plasticity and in the mediation of long-term depression. Both these mechanisms have been shown to be deregulated in various neuropsychiatric and neurodevelopmental disorders. Additionally, the regulation and trafficking of mGluRs as well as their intracellular partners have been gaining increased attention. In line with this, the G-protein coupled receptor associated sorting protein (Gprasp) family is an interesting target since Gprasp2 has been implicated in psychiatric disorders. Gprasp2 is also a pleiotropic susceptibility candidate gene implicated in autism and is thought to be involved in the endocytic sorting of G-protein coupled receptors. To understand the role of Gprasp2 in vivo, a Gprasp2 KO model was recently developed. Here we explore the characterization of this animal model at a behavioral and neuronal morphology level. In our behavioral characterization, we found deficits in terms of memory and cognition in Gprasp2 KO mice pointing towards a defect in terms of hippocampal function. Aligned with these results, decreased dendritic complexity and decreased number of mature spines was also found in the CA1 region of the hippocampus. Changes in mRNA levels were also found in the hippocampus that pointed towards a synaptic signaling deficiency. We also found an increase in body weight and changes in behaviors connected to social dominance and aggression in Gprasp2 KO mice, suggesting a role for this gene in hypothalamic circuit function.Our data suggest that Gprasp2 mutations may contribute to the pathogenesis of neurodevelopmental disorders, affecting hippocampal dendritic and spine morphology and hippocampal and hypothalamic-mediated behaviors. The Gprasp2 KO mice display deficits consistent with ASD and ID-like behaviors.