A hallmark of schizophrenia pathophysiology is the dysfunction of cortical inhibitory GABA neurons expressing parvalbumin, which are essential for coordinating neuronal synchrony during various sensory and cognitive tasks. The high metabolic requirements of these fast-spiking cells may render them susceptible to redox dysregulation and oxidative stress. Using mice carrying a genetic redox imbalance, we demonstrate that extracellular perineuronal nets, which constitute a specialized polyanionic matrix enwrapping most of these interneurons as they mature, play a critical role in the protection against oxidative stress. These nets limit the effect of genetically impaired antioxidant systems and/or excessive reactive oxygen species produced by severe environmental insults. We observe an inverse relationship between the robustness of the perineuronal nets around parvalbumin cells and the degree of intracellular oxidative stress they display. Enzymatic degradation of the perineuronal nets renders mature parvalbumin cells and fast rhythmic neuronal synchrony more susceptible to oxidative stress. In parallel, parvalbumin cells enwrapped with mature perineuronal nets are better protected than immature parvalbumin cells surrounded by less-condensed perineuronal nets. Although the perineuronal nets act as a protective shield, they are also themselves sensitive to excess oxidative stress. The protection might therefore reflect a balance between the oxidative burden on perineuronal net degradation and the capacity of the system to maintain the nets. Abnormal perineuronal nets, as observed in the postmortem patient brain, may thus underlie the vulnerability and functional impairment of pivotal inhibitory circuits in schizophrenia.

Schizophrenia is a complex multifactorial brain disorder with a genetic component. Convergent evidence has implicated oxidative stress and glutathione (GSH) deficits in the pathogenesis of this disease. The aim of the present study was to test whether schizophrenia is associated with a deficit of GSH synthesis. Cultured skin fibroblasts from schizophrenia patients and control subjects were challenged with oxidative stress, and parameters of the rate-limiting enzyme for the GSH synthesis, the glutamate cysteine ligase (GCL), were measured. Stressed cells of patients had a 26% (P = 0.002) decreased GCL activity as compared with controls. This reduction correlated with a 29% (P < 0.001) decreased protein expression of the catalytic GCL subunit (GCLC). Genetic analysis of a trinucleotide repeat (TNR) polymorphism in the GCLC gene showed a significant association with schizophrenia in two independent case-control studies. The most common TNR genotype 7/7 was more frequent in controls [odds ratio (OR) = 0.6, P = 0.003], whereas the rarest TNR genotype 8/8 was three times more frequent in patients (OR = 3.0, P = 0.007). Moreover, subjects with disease-associated genotypes had lower GCLC protein expression (P = 0.017), GCL activity (P = 0.037), and GSH contents (P = 0.004) than subjects with genotypes that were more frequent in controls. Taken together, the study provides genetic and functional evidence that an impaired capacity to synthesize GSH under conditions of oxidative stress is a vulnerability factor for schizophrenia.