Autism spectrum disorder is a neurodevelopmental disorder that shows impaired social communication and interaction and limited and repetitive behavioral patterns. Although dysfunction of NMDA receptors and inhibitory GABA neurons was found in studies using various autism spectrum disorder animal models, it is unclear how these dysfunctions affect social cognition and behavior. In this study, we report that NMDA receptors in parvalbumin (Pv) neurons of the medial prefrontal cortex (mPFC) promote burst firing in cooperation with gap junctions, and this burst firing played an important role in the representation of social interaction targets in the mPFC. Decreased function of NMDA receptors seen in Shank2-/- mice, one of the autism spectrum disorder animal models, cause insufficient cooperation between NMDA receptors and gap junctions, and this suppresses the burst firing of mPFC Pv neurons in Shank2-/-. When burst firings were increased by optogenetic stimulation of the Pv neuron, the specificity of the representation of the social interaction target was improved in the mPFC of the Shank2-/- mice, resulting in rescue sociability. In the mice with Pv neuron-specific Shank2 deletion, there was no social impairment, but some of the other autism-like phenotypes seen in Shank2-/- mice and decreased sensitivity to pentylenetetrazole (PTZ)-induced seizure were observed. These results suggest that NMDA receptors in Pv neurons promote burst firing through cooperation with gap junctions, which is important for sociability.
자폐 스펙트럼 장애 (Autism spectrum disorder)는 신경발달장애의 일종으로 사회적 의사소통과 상호교류의 결핍, 제한적이고 반복적인 행동패턴을 보인다. 다양한 자폐 스펙트럼 장애 동물 모델들을 사용한 연구에서 NMDA 수용체와 억제성 GABA 뉴런의 기능장애가 발견되었지만, 이 기능장애들이 사회적 인지 및 행동에 어떻게 영향을 미치는지는 잘 알려져 있지 않았다. 본 연구에서는 내측 전전두엽 피질의 파브알부민 (parvalbumin, Pv) 뉴런에서 NMDA 수용체가 간극연접과 협력하여 다발성 발화를 일으키고, 이 다발성 발화가 내측 전전두엽 피질에서의 사회적 상호교류 대상 표상에 중요한 역할을 함을 보였다. 자폐 스펙트럼 장애 동물모델 중 하나인 Shank2-/- 생쥐에서 보이는 NMDA 수용체의 기능저하는 Shank2-/- 생쥐의 전전두엽 피질 파브알부민 뉴런들이 NMDA 수용체와 간극연접과의 충분한 협력을 통해 다발성 발화를 일으키는 것을 저해한다. 파브알부민 뉴런을 광유전학적으로 자극하여 다발성 발화를 증가시켜 주었을 때 Shank2-/- 생쥐의 전전두엽 피질에서 교류 대상 표상의 특이성이 증가되어 사회적 인지가 향상되었고, 결과적으로 사회성이 회복되었다. 파브알부민 뉴런 특이적으로 Shank2를 결손시킨 생쥐에서는 사회성의 저해가 일어나지는 않았으나, Shank2-/- 생쥐에서 보이는 다른 자폐 유사 증상들 중 일부와, 펜틸린테트라졸 (pentylenetetrazole, PTZ) 처리에 의해 야기되는 발작에 대한 민감성의 감소가 관찰되었다. 이러한 결과는 종합적으로 파브알부민 뉴런에서 NMDA 수용체가 간극연접과의 협력을 통해 다발성 발화를 일으키고, 이것이 사회성의 발현에 중요함을 보여준다.
