ABSTRACT The ability to remember conspecifics is critical for adaptive cognitive functioning and social communication, and impairments of this ability are hallmarks of autism spectrum disorders (ASDs). Although hippocampal ventral CA1 (vCA1) neurons are known to store social memories, how their activities are coordinated remains unclear. Here we show that vCA1 social memory neurons, characterized by enhanced activity in response to memorized individuals, were preferentially reactivated during sharp-wave ripples (SPW-Rs). Spike sequences of these social replays reflected the temporal orders of neuronal activities within theta cycles during social experiences. In ASD model Shank3 knockout mice, the proportion of social memory neurons was reduced, and neuronal ensemble spike sequences during SPW-Rs were disrupted, which correlated with impaired discriminatory social behavior. These results suggest that SPW-R-mediated sequential reactivation of neuronal ensembles is a canonical mechanism for coordinating hippocampus-dependent social memories and its disruption underlies the pathophysiology of social memory defects associated with ASD.

Abstract Individuals with autism spectrum disorder (ASD) have a higher prevalence of social memory impairment. A series of our previous studies revealed that hippocampal ventral CA1 (vCA1) neurons possess social memory engram and that the neurophysiological representation of social memory in the vCA1 neurons is disrupted in ASD-associated Shank3 knockout mice. However, whether the dysfunction of Shank3 in vCA1 causes the social memory impairment observed in ASD remains unclear. In this study, we found that vCA1-specific Shank3 conditional knockout (cKO) by the adeno-associated virus (AAV)- or specialized extracellular vesicle (EV)- mediated in vivo gene editing was sufficient to recapitulate the social memory impairment in male mice. Furthermore, the utilization of EV-mediated Shank3 -cKO allowed us to quantitatively examine the role of Shank3 in social memory. Our results suggested that there is a certain threshold for the proportion of Shank3 -cKO neurons required for social memory disruption. Thus, our study provides insight into the population coding of social memory in vCA1, as well as the pathological mechanisms underlying social memory impairment in ASD.

Abstract Individuals with autism spectrum disorder (ASD) have a higher prevalence of social memory impairment. A series of our previous studies revealed that hippocampal ventral CA1 (vCA1) neurons possess social memory engram and that the neurophysiological representation of social memory in the vCA1 neurons is disrupted in ASD-associated Shank3 knockout mice. However, whether the dysfunction of Shank3 in vCA1 causes the social memory impairment observed in ASD remains unclear. In this study, we found that vCA1-specific Shank3 conditional knockout (cKO) by the adeno-associated virus (AAV)- or specialized extracellular vesicle (EV)-mediated in vivo gene editing was sufficient to recapitulate the social memory impairment in male mice. Furthermore, the utilization of EV-mediated Shank3 -cKO allowed us to quantitatively examine the role of Shank3 in social memory. Our results suggested that there is a certain threshold for the proportion of Shank3 -cKO neurons required for social memory disruption. Thus, our study provides insight into the population coding of social memory in vCA1, as well as the pathological mechanisms underlying social memory impairment in ASD.