We recently reported that fluoxetine or paroxetine, two selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs), when administered to rats, increase the brain content of the neurosteroid 3α-hydroxy-5α-pregnane-20-one (3α5α-ALLO) without altering the brain content of other neurosteroids. ALLO (3α5α and 3α5β isomers) binds with high affinity to various γ-aminobutyric acid (GABA) receptor A subtypes and facilitates the action of GABA at these receptors. We hypothesized that the increase of ALLO brain content induced by treatment with SSRIs could contribute to alleviating the anxiety and dysphoria associated with the symptomatology of major unipolar depression. We measured ALLO content in four cisternal–lumbar fractions of cerebrospinal fluid (CSF) before and 8–10 weeks after treatment with fluoxetine or fluvoxamine in 15 patients with unipolar major depression. The concentration of ALLO (≈40 fmol/ml in each CSF fraction of three control subjects) was about 60% lower in patients with major unipolar depression. However, in the same patients, fluoxetine or fluvoxamine treatment normalized the CSF ALLO content. Moreover, a statistically significant correlation ( r = 0.58; P < 0.023; n = 15) existed between symptomatology improvement (Hamilton Rating Scale for Depression scores) and the increase in CSF ALLO after fluoxetine or fluvoxamine treatment. The CSF content of PREG and PROG remained unaltered after treatment and failed to correlate with the SSRI-induced increase of CSF ALLO. The normalization of CSF ALLO content in depressed patients appears to be sufficient to mediate the anxiolytic and antidysphoric actions of fluoxetine or fluvoxamine via its positive allosteric modulation of GABA type A receptors.

A brain polypeptide termed diazepam-binding inhibitor (DBI) and thought to be chemically and functionally related to the endogenous effector of the benzodiazepine recognition site was purified to homogeneity. This peptide gives a single band of protein on NaDodSO4 and acidic urea gel electrophoresis. A single UV-absorbing peak was obtained by HPLC using three different columns and solvent systems. DBI has a molecular mass of approximately equal to 11,000 daltons. Carboxyl-terminus analysis shows that tyrosine is the only residue while the amino-terminus was blocked. Cyanogen bromide treatment of DBI yields three polypeptide fragments, and the sequences of two of them have been determined for a total of 45 amino acids. DBI is a competitive inhibitor for the binding of [3H]diazepam, [3H]flunitrazepam, beta-[3H]carboline propyl esters, and 3H-labeled Ro 15-1788. The Ki for [3H]-diazepam and beta-[3H]carboline binding were 4 and 1 microM, respectively. Doses of DBI that inhibited [3H]diazepam binding by greater than 50% fail to change [3H]etorphine, gamma-amino[3H]butyric acid, [3H]-quinuclidinyl benzilate, [3H]dihydroalprenolol, [3H]adenosine, and [3H]imipramine binding tested at their respective Kd values. DBI injected intraventricularly at doses of 5-10 nmol completely reversed the anticonflict action of diazepam on unpunished drinking and, similar to the anxiety-inducing beta-carboline derivative FG 7142 (beta-carboline-3-carboxylic acid methyl ester), facilitated the shock-induced suppression of drinking by lowering the threshold for this response.

There is an extensive literature describing a central serotonin deficit in alcoholic, impulsive, violent offenders and fire setters. In the present study, we investigated biochemical concomitants of impulsivity and aggressiveness, and the physiological consequences of reduced central serotonin turnover.Forty-three impulsive and 15 nonimpulsive alcoholic offenders and 21 healthy volunteers were studied in the forensic psychiatry ward of a university psychiatric department. The subjects underwent lumbar punctures and oral glucose and aspartame challenges, and their diurnal activity rhythm was measured with physical activity monitors. Discriminant function analyses were used to investigate psychophysiological and biochemical concomitants of aggressive and impulsive behaviors.Alcoholic, impulsive offenders with antisocial personality disorder had low mean cerebrospinal fluid (CSF) 5-hydroxyindoleacetic acid (5-HIAA) and corticotropin levels and high mean CSF testosterone concentrations. Compared with healthy volunteers, they showed increased physical activity during the daytime. Alcoholic, impulsive offenders with intermittent explosive disorder had a low mean CSF 5-HIAA concentration and blood glucose nadir after an oral glucose challenge, and desynchronized diurnal activity rhythm. Healthy volunteers had mean CSF 5-HIAA concentrations that were intermediate between those of alcoholic, impulsive and nonimpulsive offenders. Alcoholic, nonimpulsive offenders had a significantly higher mean CSF 5-HIAA concentration than all the other groups, including healthy volunteers.In the present sample, a low CSF 5-HIAA concentration was primarily associated with impulsivity and high CSF testosterone concentration, with aggressiveness or interpersonal violence.

Reelin mRNA and protein levels are reduced by ≈50% in various cortical structures of postmortem brain from patients diagnosed with schizophrenia or bipolar illness with psychosis. In addition, the mRNA encoding the methylating enzyme, DNA methyltransferase 1, is up-regulated in the same neurons that coexpress reelin and glutamic acid decarboxylase 67. We have analyzed the extent and pattern of methylation within the CpG island of the reelin promoter in genomic DNA isolated from cortices of schizophrenia patients and nonpsychiatric subjects. Ten (The Stanley Foundation Neuropathology Consortium) and five (Harvard Brain Collection) schizophrenia patients and an equal number of nonpsychiatric subjects were selected from each brain collection. Genomic DNA was isolated, amplified (from base pair -527 to base pair +322) after bisulphite treatment, and sequenced. The results show that within the promoter region there were interesting regional variations. There was increased methylation at positions -134 and 139, which is particularly important for regulation, because this portion of the promoter is functionally competent based on transient transfection assays. This promoter region binds a protein present in neuronal precursor nuclear extracts that express very low levels of reelin mRNA; i.e., an oligonucleotide corresponding to this region and that contains methylated cytosines binds more tightly to extracts from nonexpressing cells than the nonmethylated counterpart. Collectively, the data show that this promoter region has positive and negative properties and that the function of this complex cis element relates to its methylation status.

Muscimol, a GABA agonist, or beta-endorphin, an endogenous opiate receptor agonist, stimulated food intake in satiated rats when injected into the ventromedial hypothalamus. A similar effect was elicited by norepinephrine. Eating induced by muscimol was inhibited by bicuculline but not by naltrexone or phentolamine. In contrast, norepinephrine-induced eating was terminated by both phentolamine and bicuculline, whereas beta-endorphin-induced eating was blocked by both naltrexone and bicuculline. These observations implicate GABA in the regulation of food intake and suggest that this putative transmitter may be involved also in the increased food intake induced by norepinephrine or opiate receptor agonists.

γ-Aminobutyric acid (GABA) type A receptors mediate fast inhibitory synaptic transmission and have been implicated in responses to sedative/hypnotic agents (including neuroactive steroids), anxiety, and learning and memory. Using gene targeting technology, we generated a strain of mice deficient in the δ subunit of the GABA type A receptors. In vivo testing of various behavioral responses revealed a strikingly selective attenuation of responses to neuroactive steroids, but not to other modulatory drugs. Electrophysiological recordings from hippocampal slices revealed a significantly faster miniature inhibitory postsynaptic current decay time in null mice, with no change in miniature inhibitory postsynaptic current amplitude or frequency. Learning and memory assessed with fear conditioning were normal. These results begin to illuminate the novel contributions of the δ subunit to GABA pharmacology and sedative/hypnotic responses and behavior and provide insights into the physiology of neurosteroids.

L-Glutamic, L-aspartic acids and a number of their structural analogs, including quisqualic, kainic, ibotenic, quinolinic, and N-methyl-D-aspartic (NMDA) acids, increase inositol phospholipid hydrolysis when added to primary cultures of cerebellar granule cells, as is reflected by an enhanced formation of 3H-inositolmonophosphate (3H-IP1) in the presence of Li+. L-Glutamic acid also enhances the formation of the initial products of inositol phospholipid hydrolysis, 3H-inositol di-(3H-IP2) and triphosphate (3H-IP3). In the absence of extracellular Ca2+, L-glutamic acid fails to enhance 3H-IP1 formation, but still increases 3H-IP2 and 3H-IP3 formation. The stimulation of 3H-IP1 formation elicited by L-glutamic acid is reduced by DL-2-amino-5-phosphonovaleric acid (APV) and gamma-glutamylglycine and, to a lesser extent, by 2,3-cis-piperidindicarboxylic acid (PDA). The stimulation of 3H-IP1 formation by kainic acid is antagonized by PDA and gamma-glutamylglycine, but it is almost unaffected by APV. The increase in 3H-IP1 formation elicited by quisqualic acid is not reduced by any of the dicarboxylic amino acid receptor antagonists that we have tested. We conclude that different subtypes of excitatory amino acid recognition sites are associated with inositol phospholipid metabolism in primary cultures of cerebellar granule cells.

Using a sensitive histofluorescence staining method that allows for a quantitation of neuronal death, we compared the protective effects of gangliosides (a group of naturally occurring glycosphingolipids), phencyclidine (PCP), and MK-801 (dibenzocyclohepteneimine) on glutamate- and kainate-induced neuronal death in primary cultures of cortical and cerebellar neurons prepared from neonatal rats. PCP and MK-801 block neurotoxicity induced by glutamate doses 50 times higher than the LD50 (LD50 in Mg2+-free medium, 10 microM) but only partially block the kainate neurotoxicity (LD50 in presence of Mg2+, 100 microM). In contrast, pretreatment with gangliosides (GT1b greater than GD1b greater than GM1) results in complete and insurmountable protection against the neurotoxicity elicited by glutamate or kainate. In primary cultures of cerebellar granule cells gangliosides, unlike PCP and MK-801, fail to block glutamate-gated cationic currents and the glutamate-evoked increase of (i) inositol phospholipid hydrolysis (ii) c-fos mRNA content, and (iii) nuclear accumulation of c-fos protein. Protection of glutamate neurotoxicity by gangliosides does not require their presence in the incubation medium; however, it is proportional to the amount of glycosphingolipid accumulated in the neuronal membranes. The ganglioside concentration (30-60 microM) that blocks glutamate-elicited neuronal death also prevents glutamate- and kainate-induced protein kinase C translocation from cytosol to neuronal membranes.

Reelin and glutamic acid decarboxylase (GAD) 67 expressed by cortical γ-aminobutyric acid-ergic interneurons are down-regulated in schizophrenia. Because epidemiological studies of schizophrenia fail to support candidate gene haploinsufficiency of Mendelian origin, we hypothesize that epigenetic mechanisms (i.e., cytosine hypermethylation of CpG islands present in the promoter of these genes) may be responsible for this down-regulation. Protracted l -methionine (6.6 mmol/kg for 15 days, twice a day) treatment in mice elicited in brain an increase of S -adenosyl-homocysteine, the processing product of the methyl donor S -adenosyl-methionine, and a marked decrease of reelin and GAD 67 mRNAs in both WT and heterozygous reeler mice. This effect of l -methionine was associated with an increase in the number of methylated cytosines in the CpG island of the reelin promoter region. This effect was not observed for GAD 65 or neuronal-specific enolase and was not replicated by glycine doses 2-fold greater than those of l -methionine. Prepulse inhibition of startle declined at a faster rate as the prepulse/startle interval increased in mice receiving l -methionine. Valproic acid (2 mmol/kg for 15 days, twice a day) reverted l -methionine-induced down-regulation of reelin and GAD 67 in both WT and heterozygous reeler mice, suggesting an epigenetic action through the inhibition of histone deacetylases. The same dose of valproate increased acetylation of histone H3 in mouse brain nearly 4-fold. This epigenetic mouse model may be useful in evaluating drug efficacy on schizophrenia vulnerability. Hence the inhibition of histone deacetylases could represent a pharmacological intervention mitigating epigenetically induced vulnerability to schizophrenia in individuals at risk.