Studies of Circadian Nuclear Receptor REV-ERBα in the Dorsal Raphe 5-HT Neurons on Social Interaction Behavior

Abstract

Social interaction among conspecifics is essential for maintaining adaptive, cooper-ative, and social behaviors, along with survival among mammals. The 5-hydroxytryptamine (5-HT) neuronal system is an important neurotransmitter for regulat-ing social behaviors, however, the circadian role of 5-HT in social interaction behaviors is unclear. To investigate whether the circadian nuclear receptor, REV-ERBα, a transcrip-tional repressor of the rate-limiting enzyme tryptophan hydroxylase 2 (Tph2) gene in 5-HT biosynthesis, may affect social interaction behaviors, I generated a conditional knock-out (cKO) mouse by targeting Rev-Erbα in the dorsal raphe (DR) 5-HT neurons (5-HTDR-specific REV-ERBα cKO) using the CRISPR/Cas9 gene editing system, and assayed social behaviors, including social preference and social recognition with a three-chamber social interaction test at two circadian time (CT) points, i.e., at dawn (CT00) and dusk (CT12). The genetic ablation of Rev-Erbα in DR 5-HTergic neurons caused impaired social inter-action behaviors, particularly social preference but not social recognition, regardless of two CT points. This deficit of social preference was induced by Rev-Erbα in 5-HTDR-specific mice is functionally associated with real-time elevated neuron activity and 5-HT levels at dusk as determined by fiber-photometry imaging sensors. Moreover, optogenetic inhibition of DR to nucleus accumbens (NAc) 5-HTergic circuit restored the impairment of social preference in 5-HTDR-specific REV-ERB α cKO mouse. These results suggest the significance of the circadian regulation of 5-HT levels by REV-ERBα in regulating social interaction behaviors.|포유류에서 동족 간의 사회적 상호작용은 적응, 협동 및 사회성 (sociability) 행동을 유지하고 종족의 생존에 필수적이다. 세로토닌 (5-hydroxytryptamine, 5-HT)은 사회적 행동을 조절하는 중요한 신경전달물질로서 일주기성을 나타내지만, 사회성 행동에서 세로토닌 뉴런에서 일주기 생체시계 유전자와의 연관성에 대해서는 많은 연구가 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 생체 시계 유전자 중 하나인 일주기 핵 수용체 REV-ERBα가 사회성 상호작용 행동에 어떤 영향을 미치는지 연구하고자 유전자 가위 (CRISPR/Cas9) 시스템을 사용하여 세로토닌 뉴런-특이적으로 세로토닌 합성효소 유전자인Tryptophan hydroxylase2 (Tph2)의 전사 억제 인자인 REV-ERBα가 결손된 생쥐 모델을 제작하였고, 낮 (CT00)과 밤 (CT12)의 두 시간대에서 3개의 구획으로 이루어진 사회적 상호작용 행동실험 기법 (three-chamber social interaction test)을 통해 social preference (새로운 생쥐로의 접근, 선호도)와 social recognition (사회성 인지, 기억 정도)를 분석하였다. Dorsal raphe nucleus (DR, 등쪽솔기핵)에 위치한 세로토닌 뉴런에서 Rev-Erbα 유전자 제거는 사회성 행동 중 social preference를 손상시켰지만, social recognition에는 별다른 영향을 주기 않았다. 이는 fiber-photometry (광섬유 광도측정) 기법으로 실시간 세로토닌 뉴런의 활성 및 등쪽솔기핵 세로토닌 양이 증가와 깊은 연관이 있었으며, 이를 등쪽솔기핵에서 nucleus accumbens, (NAc, 측좌핵)을 잇는 신경 회로에서 광유전학적 (optogenetic) 억제로 세로토닌 뉴런 특이적 Rev-Erbα결손 생쥐에서 유도되었던 사회성 손상을 회복시키는 것을 확인하였다. 이러한 결과들은 REV-ERBα에 의한 세로토닌의 정교한 일주기적 조절이 사회성 행동을 조절하는 데 중요하며, REV-ERBα의 조절이 세로토닌 관련 질환의 치료 타겟이 될 수 있음을 시사한다.