Abstract Background: Genetic variations indicating loss of function in the DLG2 gene have been associated with markedly increased risk for schizophrenia, autism spectrum disorder, and intellectual disability. DLG2 encodes the postsynaptic scaffolding protein DLG2 (PSD93) that interacts with NMDA receptors, potassium channels, and cytoskeletal regulators but the net impact of these interactions on synaptic plasticity, likely underpinning cognitive impairments associated with these conditions, remains unclear. Methods: Hippocampal CA1 neuronal excitability and synaptic function were investigated in a novel clinically relevant heterozygous Dlg2+/− rat model using ex vivo patch-clamp electrophysiology, pharmacology, and computational modelling. Results: Dlg2+/− rats had increased NMDA receptor-mediated synaptic currents and, conversely, impaired associative long-term potentiation. This impairment resulted from an increase in potassium channel function leading to a decrease in input resistance and reduced supra-linear dendritic integration during induction of associative long-term potentiation. Enhancement of dendritic excitability by blockade of potassium channels or activation of muscarinic M1 receptors with selective allosteric agonist 77-LH-28-1 reduced the threshold for dendritic integration and 77-LH-28-1 rescued the associative long-term potentiation impairment in the Dlg2+/− rats. Conclusions: Despite increasing synaptic NMDA receptor currents, the combined impact of reduced DLG2 impairs synaptic integration in dendrites resulting in disrupted associative synaptic plasticity. This biological phenotype can be reversed by compound classes used clinically such as muscarinic M1 receptor agonists and is therefore a potential target for therapeutic intervention.

Abstract Genetic studies implicate disruption to the DLG2 gene in copy number variants as increasing risk for schizophrenia, autism spectrum disorders and intellectual disability. To investigate psychiatric endophenotypes associated with DLG2 haploinsufficiency (and concomitant PSD-93 protein reduction) a novel clinically relevant Dlg2 +/- rat was assessed for abnormalities in anxiety, sensorimotor gating, hedonic reactions, social behaviour, and locomotor response to the N-Methyl-D-aspartic acid receptor antagonist phencyclidine. Dlg gene and protein expression were also investigated to assess model validity. Reductions in PSD-93 messenger RNA and protein were observed in the absence of compensation by other related genes or proteins. Behaviourally Dlg2 +/- rats show potentiated locomotor response to phencyclidine, as is typical of psychotic disorder models, in the absence of deficits in the other behavioural phenotypes assessed here. This shows that the behavioural effects of Dlg2 haploinsufficiency may specifically relate to psychosis vulnerability but are subtle, providing a contrast to the gross deficits in Dlg2 homozygous models (Winkler, et al., 2018; Yoo et al., 2020a) which do not so specifically model the single chromosome DLG2 deletion in carriers of risk-associated copy number variants.

Abstract Non-linear summation of synaptic inputs to the dendrites of pyramidal neurons has been proposed to increase the computation capacity of neurons through coincidence detection, signal amplification, and additional logic operations such as XOR. Supralinear dendritic integration has been documented extensively in principal neurons, mediated by several voltage-dependent conductances. It has also been reported in parvalbumin-positive hippocampal basket cells, in dendrites innervated by feedback excitatory synapses. Whether other interneurons, which support feed-forward or feedback inhibition of principal neuron dendrites, also exhibit local non-linear integration of synaptic excitation is not known. Here we use patch-clamp electrophysiology, and 2-photon calcium imaging and glutamate uncaging, to show that supralinear dendritic integration of near-synchronous spatially clustered glutamate-receptor mediated depolarization occurs in NDNF-positive neurogliaform cells and oriens-lacunosum moleculare interneurons in the mouse hippocampus. Supralinear summation was detected via recordings of somatic depolarizations elicited by uncaging of glutamate on dendritic fragments, and, in neurogliaform cells, by concurrent imaging of dendritic calcium transients. Supralinearity was abolished by blocking NMDA receptors (NMDARs) but resisted blockade of voltage-gated sodium channels. Blocking L-type calcium channels abolished supralinear calcium signalling but only had a minor effect on voltage supralinearity. Dendritic boosting of spatially clustered synaptic signals argues for previously unappreciated computational complexity in dendrite- projecting inhibitory cells of the hippocampus.