JT
Jay Tischfield
Author with expertise in Molecular Mechanisms of Synaptic Plasticity and Neurological Disorders
Achievements
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
5
(80% Open Access)
Cited by:
2
h-index:
71
/
i10-index:
190
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Human mutations in high-confidence Tourette disorder genes affect sensorimotor behavior, reward learning, and striatal dopamine in mice

Cara Nasello et al.Nov 28, 2023
Abstract Tourette disorder (TD) is poorly understood, despite affecting 1/160 children. A lack of animal models possessing construct, face, and predictive validity hinders progress in the field. We used CRISPR/Cas9 genome editing to generate mice with mutations orthologous to human de novo variants in two high-confidence Tourette genes, CELSR3 and WWC1 . Mice with human mutations in Celsr3 and Wwc1 exhibit cognitive and/or sensorimotor behavioral phenotypes consistent with TD. Sensorimotor gating deficits, as measured by acoustic prepulse inhibition, occur in both male and female Celsr3 TD models. Wwc1 mice show reduced prepulse inhibition only in females. Repetitive motor behaviors, common to Celsr3 mice and more pronounced in females, include vertical rearing and grooming. Sensorimotor gating deficits and rearing are attenuated by aripiprazole, a partial agonist at dopamine type II receptors. Unsupervised machine learning reveals numerous changes to spontaneous motor behavior and less predictable patterns of movement. Continuous fixed-ratio reinforcement shows Celsr3 TD mice have enhanced motor responding and reward learning. Electrically evoked striatal dopamine release, tested in one model, is greater. Brain development is otherwise grossly normal without signs of striatal interneuron loss. Altogether, mice expressing human mutations in high-confidence TD genes exhibit face and predictive validity. Reduced prepulse inhibition and repetitive motor behaviors are core behavioral phenotypes and are responsive to aripiprazole. Enhanced reward learning and motor responding occurs alongside greater evoked dopamine release. Phenotypes can also vary by sex and show stronger affection in females, an unexpected finding considering males are more frequently affected in TD. Significance Statement We generated mouse models that express mutations in high-confidence genes linked to Tourette disorder (TD). These models show sensorimotor and cognitive behavioral phenotypes resembling TD-like behaviors. Sensorimotor gating deficits and repetitive motor behaviors are attenuated by drugs that act on dopamine. Reward learning and striatal dopamine is enhanced. Brain development is grossly normal, including cortical layering and patterning of major axon tracts. Further, no signs of striatal interneuron loss are detected. Interestingly, behavioral phenotypes in affected females can be more pronounced than in males, despite male sex bias in the diagnosis of TD. These novel mouse models with construct, face, and predictive validity provide a new resource to study neural substrates that cause tics and related behavioral phenotypes in TD.
3

Alcohol reverses the effects ofKCNJ6(GIRK2) noncoding variants on excitability of human glutamatergic neurons

Dina Popova et al.May 24, 2022
Abstract Synonymous and noncoding single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the KCNJ6 gene, encoding G protein-gated inwardly rectifying potassium (GIRK2) channel subunit 2, have been linked with increased electroencephalographic frontal theta event-related oscillations (ERO) in subjects diagnosed with alcohol use disorder (AUD). To identify molecular and cellular mechanisms while retaining the appropriate genetic background, we generated induced excitatory glutamatergic neurons (iN) from iPSCs derived from four AUD-diagnosed subjects with KCNJ6 variants (‘Affected: AF’) and four control subjects without variants (‘Unaffected: UN’). Neurons were analyzed for changes in gene expression, morphology, excitability and physiological properties. Single cell RNA sequencing suggests that KCNJ6 AF variant neurons have altered patterns of synaptic transmission and cell projection morphogenesis. Results confirm that AF neurons express lower levels of GIRK2, have greater neurite area, and elevated excitability. Interestingly, exposure to intoxicating concentrations of ethanol induces GIRK2 expression and reverses functional effects in AF neurons. Ectopic overexpression of GIRK2 alone mimics the effect of ethanol to normalize induced excitability. We conclude that KCNJ6 variants decrease GIRK2 expression and increase excitability and that this effect can be minimized or reduced with ethanol.
3
Citation1
0
Save
5

Upregulated GIRK2 counteracts ethanol-induced changes in excitability and respiration in human neurons

Iya Prytkova et al.Mar 23, 2023
Genome-wide association analysis of electroencephalographic endophenotypes for alcohol use disorder has identified non-coding polymorphisms within the KCNJ6 gene. KCNJ6 encodes the GIRK2 protein, a subunit of a G-protein-coupled inwardly-rectifying potassium channel that regulates neuronal excitability. To elucidate how GIRK2 affects neuronal excitability and the response to ethanol exposure, we upregulated KCNJ6 in human glutamatergic neurons derived from induced pluripotent stem cells using two distinct strategies: CRISPRa induction and lentiviral expression. Multi-electrode-arrays, calcium imaging, patch-clamp electrophysiology, and mitochondrial stress tests collectively show that elevated GIRK2 acts in concert with 7-21 days of ethanol exposure to inhibit neuronal activity, to counteract ethanol-induced increases in glutamate sensitivity, and to promote an increase intrinsic excitability. Furthermore, ethanol exposure did not alter basal nor activity-dependent mitochondrial respiration in elevated GIRK2 neurons. These data highlight a role for GIRK2 in mitigating the effects of ethanol on neuronal glutamatergic signaling and mitochondrial activity.
0

Polygenic Risk for Alcohol Use Disorder Affects Cellular Responses to Ethanol Exposure in a Human Microglial Cell Model

Xindi Li et al.Feb 21, 2024
Abstract Polygenic risk scores (PRS) assess genetic susceptibility to Alcohol Use Disorder (AUD), yet their molecular implications remain underexplored. Neuroimmune interactions, particularly in microglia, are recognized as significant contributors to AUD pathophysiology. We investigated the interplay between AUD PRS and ethanol in human microglia derived from iPSCs from individuals with high- or low-PRS (HPRS or LPRS) of AUD. Ethanol exposure induced elevated CD68 expression and morphological changes in microglia, with differential responses between HPRS and LPRS microglial cells. Transcriptomic analysis revealed expression differences in MHCII complex and phagocytosis-related genes following ethanol exposure; HPRS microglial cells displayed enhanced phagocytosis and increased CLEC7A expression, unlike LPRS microglial cells. Synapse numbers in co-cultures of induced neurons with microglia after alcohol exposure were lower in HRPS co-cultures, suggesting possible excess synapse pruning. This study provides insights into the intricate relationship between AUD PRS, ethanol, and microglial function, potentially influencing neuronal functions in developing AUD.
0

Addiction associated N40D mu-opioid receptor variant modulates synaptic function in human neurons

Apoorva Halikere et al.May 23, 2018
Background: The OPRM1 A118G gene variant (N40D) encoding the mu-opioid receptor (MOR) has been associated with dependence on opiates and other abused drugs but its mechanism is unknown. With opioid abuse-related deaths rising at unprecedented rates, understanding these mechanisms may provide a path to therapy. Methods: Seven human induced pluripotent stem (iPS) cell lines from homozygous N40D subjects (4 with N40 and 3 with D40 variants) were generated and human induced neuronal cells (iNs) were derived from these iPS cell lines. Morphological, gene expression as well as synaptic physiology analyses were conducted in human iN cells carrying N40D MOR variants; Two pairs of isogenic pluripotent stem cells carrying N40D were generated using CRISPR/Cas9 genome-editing and iN cells derived from them were analyzed. Results: Inhibitory human neurons generated from subjects carrying N40D MOR gene variants show mature properties in morphological and functional analyses. Gene expression revealed that they express mature neuronal marker and MORs. Activation of MORs suppressed inhibitory synaptic transmission in human neurons carrying both N40 or D40 MOR variants but D40 show stronger effects. To mitigate the confounding effects of background genetic variation on neuronal function, the regulatory effects of MORs on synaptic transmission were validated in two sets of independently generated isogenic N40D iNs. Conclusions: Activations of N40D MOR variants show different regulatory effects on synaptic transmission in inhibitory human neurons. This study identifies neurophysiological differences between human MOR variants that may predict altered opioid responsivity and/or dependence in this subset of individuals.