Antidepressant actions of ketamine engage cell-specific translation via eIF4E

氯胺酮 抗抑郁药 mTORC1型 抑制性突触后电位 兴奋性突触后电位 神经科学 药理学 生物 化学 海马体 PI3K/AKT/mTOR通路 细胞生物学 信号转导
作者
Argel Aguilar‐Valles,Danilo De Gregorio,Edna Matta‐Camacho,Mohammad Javad Eslamizade,Abdessattar Khlaifia,Agnieszka Skaleka,Martha Lopez‐Canul,Angélica Torres‐Berrío,Sara Bermudez,Gareth M. Rurak,Stephanie Simard,Natalina Salmaso,Gabriella Gobbi,Jean‐Claude Lacaille,Nahum Sonenberg
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:590 (7845): 315-319 被引量:91
标识
DOI:10.1038/s41586-020-03047-0
摘要

Effective pharmacotherapy for major depressive disorder remains a major challenge, as more than 30% of patients are resistant to the first line of treatment (selective serotonin reuptake inhibitors)1. Sub-anaesthetic doses of ketamine, a non-competitive N-methyl-d-aspartate receptor antagonist2,3, provide rapid and long-lasting antidepressant effects in these patients4–6, but the molecular mechanism of these effects remains unclear7,8. Ketamine has been proposed to exert its antidepressant effects through its metabolite (2R,6R)-hydroxynorketamine ((2R,6R)-HNK)9. The antidepressant effects of ketamine and (2R,6R)-HNK in rodents require activation of the mTORC1 kinase10,11. mTORC1 controls various neuronal functions12, particularly through cap-dependent initiation of mRNA translation via the phosphorylation and inactivation of eukaryotic initiation factor 4E-binding proteins (4E-BPs)13. Here we show that 4E-BP1 and 4E-BP2 are key effectors of the antidepressant activity of ketamine and (2R,6R)-HNK, and that ketamine-induced hippocampal synaptic plasticity depends on 4E-BP2 and, to a lesser extent, 4E-BP1. It has been hypothesized that ketamine activates mTORC1–4E-BP signalling in pyramidal excitatory cells of the cortex8,14. To test this hypothesis, we studied the behavioural response to ketamine and (2R,6R)-HNK in mice lacking 4E-BPs in either excitatory or inhibitory neurons. The antidepressant activity of the drugs is mediated by 4E-BP2 in excitatory neurons, and 4E-BP1 and 4E-BP2 in inhibitory neurons. Notably, genetic deletion of 4E-BP2 in inhibitory neurons induced a reduction in baseline immobility in the forced swim test, mimicking an antidepressant effect. Deletion of 4E-BP2 specifically in inhibitory neurons also prevented the ketamine-induced increase in hippocampal excitatory neurotransmission, and this effect concurred with the inability of ketamine to induce a long-lasting decrease in inhibitory neurotransmission. Overall, our data show that 4E-BPs are central to the antidepressant activity of ketamine. The antidepressant-like effects of ketamine in mice depend on the expression of specific eIF4E-binding proteins in excitatory and inhibitory neurons.
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