The Molecular Mechanisms Underlying the Control of Dopamine Homeostasis by Astrocytes in the Prefrontal Cortex

Abstract

Durante vários anos os astrócitos foram consideradas células que apenas forneciam suporte aos neurónios, tendo um papel secundário nos processos fisiológicos do cérebro. Nas ultimas duas décadas, várias evidências mostraram que os astrócitos influenciam inúmeros aspectos da transmissão sináptica, comunicação e funções cognitivas através do controlo da homeostase de iões e neurotransmissores no meio extracelular. No entanto, se e como os astrócitos participam na regulação da homeostase da dopamina nunca foi estudado em detalhe. Na verdade, no córtex pré-frontal, área do cérebro responsável por várias funções cognitivas e emocionais, a desregulação dos níveis normais de dopamina pode levar a diferentes doenças neuropsiquiátricas, como a esquizofrenia e o autismo. Neste estudo mostramos que, uma parte dos astrócitos corticais expressam o transportador orgânico de catiões 3 (OCT3), o transportador membranar plasmático de monoaminas PMAT e o transportador vesicular de monoaminas VMAT2. A funcionalidade destes transportadores foi testada usando um falso neurotransmissor fluorescente (FFN200) que mimica a dinâmica da dopamina. Descobrimos que o OCT3 e o PMAT são responsáveis pelo transporte de dopamina para o interior dos astrócitos e que o VMAT2 pelo armazenamento da mesma em organelos intracelulares específicos. Usando modelos in vitro e in vivo onde havia a deleção doo VMAT2 especificamente em astrócitos vimos uma redução significante do transporte de DA para o interior dos astrócitos. Para além disto, a inibição por meios farmacológicos do OCT3 e do PMAT reduz significativamente os níveis de FFN200 sugerindo que estes transportadores membranares são fundamentais para o transporte de DA do espaço extracelular para o intracelular. Os nossos resultados sugerem que os astrócitos corticais têm a capacidade de regular a homeostase de dopamina no córtex pré-frontal e que esta função dos astrócitos poderá ter um papel importante na psicopatologia de doenças mentais como a esquizofrenia e o autismo.

For several years astrocytes were considered just support cells for neurons and to have a secondary role in physiologic processes in the brain. Over the last 20 years, accumulating evidences have shown that astrocytes can influence many aspect of synaptic transmission, network activity, and cognitive functions by controlling the extracellular homeostasis of ions and neurotransmitters. However, whether and how astrocytes participate in regulating the homeostasis of dopamine (DA) has never been investigated in detail. Indeed, in the prefrontal cortex (PFC), a brain area responsible for many cognitive and emotional functions, alteration in the normal DA homeostasis can lead to different neuropsychiatric disorders, such as schizophrenia and autism. Here we show that a subset of cortical astrocytes express the organic cation transporter 3 (OCT3), the plasma membrane monoamine transporter (PMAT) and also the astroglial vesicular monoamine transporter 2 (VMAT2). The functionality of these transporters was assessed using a fluorescent false neurotransmitter (FFN200) that mimics de dynamic of DA. We found that OCT3 and PMAT are responsible for DA uptake into astrocytic cytoplasm and VMAT2 for DA storage in specific astrocytic intracellular organelles. Indeed, using in vitro and in vivo deletion of VMAT2 in astrocytes we also found a significant reduction of DA uptake. Moreover, pharmacological inhibition of OCT3 and PMAT reduce significantly the level of false neurotransmitter suggesting that these plasma membrane transporters are fundamental for the DA uptake from the extracellular space. Our results strongly suggest that cortical astrocytes can regulate the homeostasis of DA in PFC and this may have an important role in the physiopathology of mental disorder such as schizophrenia and autism.