Many drugs of abuse exert their addictive effects by increasing extracellular dopamine in the nucleus accumbens, where they likely alter the plasticity of corticostriatal glutamatergic transmission. This mechanism implies key molecular alterations in neurons in which both dopamine and glutamate inputs are activated. Extracellular signal-regulated kinase (ERK), an enzyme important for long-term synaptic plasticity, is a good candidate for playing such a role. Here, we show in mouse that d -amphetamine activates ERK in a subset of medium-size spiny neurons of the dorsal striatum and nucleus accumbens, through the combined action of glutamate NMDA and D1-dopamine receptors. Activation of ERK by d -amphetamine or by widely abused drugs, including cocaine, nicotine, morphine, and Δ 9 -tetrahydrocannabinol was absent in mice lacking dopamine- and cAMP-regulated phosphoprotein of M r 32,000 (DARPP-32). The effects of d -amphetamine or cocaine on ERK activation in the striatum, but not in the prefrontal cortex, were prevented by point mutation of Thr-34, a DARPP-32 residue specifically involved in protein phosphatase-1 inhibition. Regulation by DARPP-32 occurred both upstream of ERK and at the level of striatal-enriched tyrosine phosphatase (STEP). Blockade of the ERK pathway or mutation of DARPP-32 altered locomotor sensitization induced by a single injection of psychostimulants, demonstrating the functional relevance of this regulation. Thus, activation of ERK, by a multilevel protein phosphatase-controlled mechanism, functions as a detector of coincidence of dopamine and glutamate signals converging on medium-size striatal neurons and is critical for long-lasting effects of drugs of abuse.

The pathophysiology of depression remains enigmatic, although abnormalities in serotonin signaling have been implicated. We have found that the serotonin 1B receptor [5-hydroxytryptamine (5-HT 1B ) receptor] interacts with p11. p11 increases localization of 5-HT 1B receptors at the cell surface. p11 is increased in rodent brains by antidepressants or electroconvulsive therapy, but decreased in an animal model of depression and in brain tissue from depressed patients. Overexpression of p11 increases 5-HT 1B receptor function in cells and recapitulates certain behaviors seen after antidepressant treatment in mice. p11 knockout mice exhibit a depression-like phenotype and have reduced responsiveness to 5-HT 1B receptor agonists and reduced behavioral reactions to an antidepressant.

To examine whether vagotomy decreases the risk of Parkinson disease (PD).Using data from nationwide Swedish registers, we conducted a matched-cohort study of 9,430 vagotomized patients (3,445 truncal and 5,978 selective) identified between 1970 and 2010 and 377,200 reference individuals from the general population individually matched to vagotomized patients by sex and year of birth with a 40:1 ratio. Participants were followed up from the date of vagotomy until PD diagnosis, death, emigration out of Sweden, or December 31, 2010, whichever occurred first. Vagotomy and PD were identified from the Swedish Patient Register. We estimated hazard ratios (HRs) with 95% confidence intervals (CIs) using Cox models stratified by matching variables, adjusting for country of birth, chronic obstructive pulmonary disease, diabetes mellitus, vascular diseases, rheumatologic disease, osteoarthritis, and comorbidity index.A total of 4,930 cases of incident PD were identified during 7.3 million person-years of follow-up. PD incidence (per 100,000 person-years) was 61.8 among vagotomized patients (80.4 for truncal and 55.1 for selective) and 67.5 among reference individuals. Overall, vagotomy was not associated with PD risk (HR 0.96, 95% CI 0.78-1.17). However, there was a suggestion of lower risk among patients with truncal vagotomy (HR 0.78, 95% CI 0.55-1.09), which may be driven by truncal vagotomy at least 5 years before PD diagnosis (HR 0.59, 95% CI 0.37-0.93). Selective vagotomy was not related to PD risk in any analyses.Although overall vagotomy was not associated the risk of PD, we found suggestive evidence for a potential protective effect of truncal, but not selective, vagotomy against PD development.

Increased cerebrospinal fluid neurofilament light (NfL) is a recognized biomarker for neurodegeneration that can also be assessed in blood. Here, we investigate plasma NfL as a marker of neurodegeneration in 13 neurodegenerative disorders, Down syndrome, depression and cognitively unimpaired controls from two multicenter cohorts: King's College London (n = 805) and the Swedish BioFINDER study (n = 1,464). Plasma NfL was significantly increased in all cortical neurodegenerative disorders, amyotrophic lateral sclerosis and atypical parkinsonian disorders. We demonstrate that plasma NfL is clinically useful in identifying atypical parkinsonian disorders in patients with parkinsonism, dementia in individuals with Down syndrome, dementia among psychiatric disorders, and frontotemporal dementia in patients with cognitive impairment. Data-driven cut-offs highlighted the fundamental importance of age-related clinical cut-offs for disorders with a younger age of onset. Finally, plasma NfL performs best when applied to indicate no underlying neurodegeneration, with low false positives, in all age-related cut-offs.

Jean-Luc Battini, Giovanni Coppola and colleagues identify XPR1 mutations in several families with primary brain calcification. They further show that these mutations alter phosphate export activity, implicating defective phosphate homeostasis in the etiology of this disease. Primary familial brain calcification (PFBC) is a neurological disease characterized by calcium phosphate deposits in the basal ganglia and other brain regions and has thus far been associated with SLC20A2, PDGFB or PDGFRB mutations. We identified in multiple families with PFBC mutations in XPR1, a gene encoding a retroviral receptor with phosphate export function. These mutations alter phosphate export, implicating XPR1 and phosphate homeostasis in PFBC.

Abstract Ketamine produces a rapid antidepressant response in patients with major depressive disorder (MDD), but the underlying mechanisms appear multifaceted. One hypothesis, proposes that by antagonizing NMDA receptors on GABAergic interneurons, ketamine disinhibits afferens to glutamatergic principal neurons and increases extracellular glutamate levels. However, ketamine seems also to reduce rapid glutamate release at some synapses. Therefore, clinical studies in MDD patients have stressed the need to identify mechanisms whereby ketamine decreases presynaptic activity and glutamate release. In the present study, the effect of ketamine and its antidepressant metabolite, (2R,6R)-HNK, on neuronally derived glutamate release was examined in rodents. We used FAST methodology to measure depolarization-evoked extracellular glutamate levels in vivo in freely moving or anesthetized animals, synaptosomes to detect synaptic recycling ex vivo and primary cortical neurons to perform functional imaging and to examine intracellular signaling in vitro. In all these versatile approaches, ketamine and (2R,6R)-HNK reduced glutamate release in a manner which could be blocked by AMPA receptor antagonism. Antagonism of adenosine A1 receptors, which are almost exclusively expressed at nerve terminals, also counteracted ketamine’s effect on glutamate release and presynaptic activity. Signal transduction studies in primary neuronal cultures demonstrated that ketamine reduced P-T286-CamKII and P-S9-Synapsin, which correlated with decreased synaptic vesicle recycling. Moreover, systemic administration of A1R antagonist counteracted the antidepressant-like actions of ketamine and (2R,6R)-HNK in the forced swim test. To conclude, by studying neuronally released glutamate, we identified a novel retrograde adenosinergic feedback mechanism that mediate inhibitory actions of ketamine on glutamate release that may contribute to its rapid antidepressant action.

Abstract The corona virus (SARS-CoV-2) pandemic and the resulting long-term neurological complications in patients, known as long COVID, have renewed the interest in the correlation between viral infections and neurodegenerative brain disorders. While many viruses can reach the central nervous system (CNS) causing acute or chronic infections (such as herpes simplex virus 1, HSV-1), the lack of a clear mechanistic link between viruses and protein aggregation into amyloids, a characteristic of several neurodegenerative diseases, has rendered such a connection elusive. Recently, we showed that viruses can induce aggregation of purified amyloidogenic proteins via the direct physicochemical mechanism of heterogenous nucleation (HEN). In the current study, we show that the incubation of HSV-1 and SARS-CoV-2 with human cerebrospinal fluid (CSF) leads to the amyloid aggregation of several proteins known to be involved in neurodegenerative diseases, such as: APLP1 (amyloid beta precursor like protein 1), ApoE, clusterin, α2-macroglobulin, PGK-1 (phosphoglycerate kinase 1), ceruloplasmin, nucleolin, 14-3-3, transthyretin and vitronectin. Importantly, UV-inactivation of SARS-CoV-2 does not affect its ability to induce amyloid aggregation, as amyloid formation is dependent on viral surface catalysis via HEN and not its ability to replicate. Our results show that viruses can physically induce amyloid aggregation of proteins in human CSF, and thus providing a potential mechanism that may account for the association between persistent and latent/reactivating brain infections and neurodegenerative diseases.