The role of GPRASP2 on mGluR5 signalling

Abstract

A perturbação do espectro do autismo (PEA) inclui um grupo heterogéneo de condições de neurodesenvolvimento, caracterizadas por défices na linguagem, alterações na interação social e na comunicação e por comportamentos repetitivos e estereotipados. Estudo epidemiológicos estimam que mais de 1% da população mundial tem uma PEA e que, 70% dos indivíduos com PEA também apresentam défice intelectual (DI).Há duas teorias para explicar a patofisiologia das PEA: uma destas teorias considera que é a perda da homeostasia neuronal, devido à disfunção sináptica e ao desequilíbrio entre a excitação e inibição que desencadeia as comorbidades características das PEAs. A outra teoria admite que são as alterações de circuitos neuronais específicos (conetividade neuronal) que desencadeiam as PEAs. Contudo, o exato mecanismo que desencadeia as PEAs não está totalmente definido. Estudo epidemiológicos sugerem uma forte componente genética nesta desordem. Para além disto, estudos genéticos têm identificado proteínas envolvidas na função sináptica com implciações nas PAE.Os recetores acoplados às proteínas G (GPCRs) desempenham várias funções na regulação da sinalização sináptica. Assim, as proteínas que interagem ou regulam estes recetores, permitindo a sua modulação, poderão emergir como possíveis genes associados a PAE. Um exemplo de uma proteína que poderá interagir e/ou modular os GPCRs é a GPRASP2, tendo já sido associada a desordens neuropsiquiátricas, incluindo PAE. A GPRASP2 regula a sinalização das GPCR, incluindo dos recetores metabotrópicos de glutamato (mGLuRs), que estão igualmente associados a PEA e DI.De forma a perceber o papel da GPRASP2 no sistema nervoso, um modelo de murganhos knockout (KO) para o gene Gprasp2 foi desenvolvido. Este modelo apresenta diferentes fenótipos associados aos PEA, incluindo alterações no comportamento social. A GPRASP2 é expressa em diferentes regiões do cérebro, como no hipocampo, tálamo e hipotálamo. Para além disto, alterações na expressão dos níveis de GPRASP2 afetam a morfologias as espiculas dendríticas, a complexidade neuronal e o tráfico dos mGluRs, em culturas do hipocampo. Contudo, a função sináptica desta proteína e o seu papel na modulação da sinalização dos GPCR continua por concluir.De forma a entender a função da GPRASP2 nos recetores mGluR5s, recorreu-se a culturas organotáticas do hipocampo incubadas na presença e ausência de DHPG de forma a estudar as vias de sinalização ERK, PI3K e mTOR utilizando a técnica de western blot. Foram também averiguadas as alterações em proteínas sinápticas associadas à deleção do gene Gprasp2. Paralelamente, animais Gprasp2-/y e Gprasp2+/y foram sujeitos a tarefas de comportamento dependentes do hipocampo. De forma a estudar possíveis alterações na comunicação neonatal destes animais, as vocalizações foram detetadas em animais nas primeiras duas semanas de vida. Estas tarefas tiveram como objetivos analisar a função da GPRASP2 na sinapse e os efeitos da deleção deste gene no hipocampo.

Autism spectrum disorder (ASD) comprises a group of heterogeneous neurodevelopmental conditions, characterised by deficits in language, impairments in social interaction and communication and restricted interests and repetitive or stereotyped behaviours. Epidemiological studies estimate that more than 1% of the world’s human population has an ASD and that more than 70% of those with autism also have intellectual disability. There are two main theories to explain the pathophysiology of ASD: one involves failure in maintaining neural homoeostasis (synaptic dysfunction and E/I imbalance) and another involves alterations in specific neural circuits (cerebral connectivity). However, the exact mechanism that triggers an ASD is not yet fully understood.Twin and epidemiological studies strongly suggest that genetic factors play an important role in this disease. Moreover, genetic studies have now identified several proteins involved in synaptic function as strongly implicated in ASD.G-protein coupled receptors (GPCRs) have a role in the regulation of synaptic signalling. As such, GPCRs partners that modulate these receptors might be candidate genes for ASD. One example is the family of G-protein coupled receptor associated sorting proteins (GPRASP). GPRASP2, in particular, has been implicated in neuropsychiatric disorders, including ASD. GPRASP2 regulates GPCRs signalling, including metabotropic glutamate receptor (mGluR), themselves associated with ASD and ID pathophysiology. To understand the role of GPRASP2 in the nervous system, a new knockout (KO) mouse model was generated, and several autistic phenotypes, including abnormal social behaviour, were identified in this animal model. GPRASP2 is expressed in several brain regions, such as the hippocampus, thalamus, and hypothalamus. Additionally, changes in the expression levels of GPRASP2 can affect dendritic spine morphology, neuronal complexity and mGluR5 trafficking in rat hippocampal neuronal cultures. However, the synaptic function of GPRASP2 and its role in modulating GPCR signalling remains largely unknown.To elucidate the role of GPRASP2 upon mGluR5, hippocampal organotypic slices were incubated in the presence/absence of DHPG and downstream signalling was analysed using western blot techniques to study ERK, PI3K and mTOR pathways. We also assessed alterations in synaptic protein when GPRASP2 is ablated in vivo. Additionally, we performed hippocampal-dependent tasks and measured ultrasonic vocalisations in GPRASP2 knockout mice to complement the characterisation of this line as a model for ASD. These tasks were performed to understand the role of GPRASP2 in the synapse function and to dissect the downstream effects of its deletion.