Different impact of adolescent chronic exposure to THC in the prefrontal cortex in wild-type and Kmo+/- mice

L'uso adolescenziale di THC è correlato a deficit cognitivi e disturbi psichiatrici nell'età adulta. L'esposizione al THC in adolescenza induce danni cognitivi a lungo termine e altera la neurotrasmissione glutamatergica e GABAergica nella Corteccia Prefrontale (PFC) del ratto, con un aumento significativo dell'Acido Chinurenico (KYNA), un metabolita della Via della Chinurenina (KP), noto per il suo ruolo nella schizofrenia. Poiché non tutti gli utilizzatori sono colpiti, si ipotizza un ruolo della suscettibilità genetica. I topi con knockout dell'enzima Kynurenina 3-monoossigenasi (Kmo), che regola la sintesi di KYNA, presentano livelli elevati di KYNA e rappresentano un modello per studiare il ruolo del segnale KYNA nella disfunzione indotta da THC. Lo studio mirava a indagare gli effetti neurobiologici a lungo termine dell'esposizione adolescenziale al THC in topi adulti WT e HET-Kmo+/-, focalizzandosi sul segnale KYNA nella PFC. Obiettivi: analisi del profilo neurochimico: valutazione degli effetti a lungo termine sui livelli basali di KYNA e GABA nella PFC di topi WT e HET-Kmo+/- adulti del trattamento cronico con THC (2.5 mg/kg, 5 mg/kg, 10 mg/kg i.p., due volte/die; dal PD 35 al 45). In età adulta (PD 75), si sono collezionati campioni di microdializzato da PFC per la misurazione dei livelli basali di KYNA e GABA e per valutare la risposta a una challenge di L-kynurenine (KYN, 10 mg/kg i.p.), con scopo di mimare un "second hit” analisi molecolari: valutazione tramite qPCR di eventuali alterazioni persistenti nell'espressione di enzimi della KP, recettori modulati dal KYNA (es. NMDAR, α7-nAChR) e fattore neurotrofico BDNF.; valutazione tramite Western Blot dei complessi della catena respiratoria mitocondriale (indicatore di integrità metabolica cellulare). valutazione comportamentale: determinazione delle conseguenze funzionali tramite il test di Inibizione Pre-Impulso (PPI), test per la valutazione del sensorimotor gating, spesso alterato nelle condizioni neuropsichiatriche. mappatura delle interazioni proteina-proteina: Saggi preliminari di Proximity Ligation Assays (PLA) in topi KO-Kmo-/- e WT non trattati per identificare interazioni proteina-proteina potenzialmente rilevanti per la KP e dipendenti dal genotipo. Lo studio ha rivelato che l'uso di cannabinoidi in età precoce può indurre un alterazione della KP nei topi WT maschi, ma non nelle femmine, rispecchiando risultati precedenti riportati in modelli di ratto maschio. Inoltre, i livelli elevati di KYNA cerebrale, conseguenti alla mirata downregulation di Kmo, si sono correlati a una distinta alterata sensibilità allo shift indotto dal THC nelle concentrazioni di KYNA e GABA nella PFC nei topi HET-Kmo+/- rispetto ai topi WT. Si prevede che l'analisi approfondita dei meccanismi alla base di questi cambiamenti possa fornire informazioni utili sull'eziologia del rischio di malattie neuropsichiatriche indotte dall'uso adolescenziale di THC in età adulta.

Adolescent THC use is linked to cognitive deficits in psychiatric disorders emerging in adulthood. THC exposure during adolescence causes long-lasting cognitive impairments and disrupts glutamatergic and GABAergic neurotransmission in the rat prefrontal cortex (PFC), with a sustained increase in kynurenic acid (KYNA), a metabolite of the kynurenine pathway (KP). KYNA is thought to play a role in the development of psychiatric disorders, including schizophrenia. Since not all cannabis users experience these impairments, genetic susceptibility likely influences the effects of THC. Mice with a knockout of kynurenine 3-monooxygenase (Kmo), which regulates KYNA synthesis, have elevated KYNA levels, providing a model to study the role of PFC KYNA signaling in THC-induced dysfunction during adolescence. This study aims to investigate the long-term neurobiological effects of adolescent THC exposure in adult mice, focusing on KYNA signaling in the PFC. The experimental approach will include: Neurochemical Profiling: to assess long-term alterations in basal KYNA and GABA levels in the PFC of WT and HET-Kmo+/- mice following chronic adolescent THC administration (2.5 mg/kg, 5 mg/kg, 10 mg/kg, i.p., twice a day; from postnatal day 35 to 45). Molecular Characterization: to evaluate persistent changes in the expression of key molecular markers: mRNA levels of enzymes within the kynurenine pathway; receptors modulated by KYNA (e.g., NMDAR, α7-nAChR); neurotrophic factors, such as brain-derived neurotrophic factor (BDNF). Mitochondrial Integrity: to investigate the impact of adolescent THC exposure on the expression of mitochondrial respiratory chain complexes, as indicators of cellular metabolic function. Behavioral Assessment: to determine functional consequences through the prepulse inhibition (PPI) test, a measure of sensorimotor gating often disrupted in neuropsychiatric conditions. Protein Interaction Mapping: To conduct preliminary proximity ligation assays (PLA) in untreated KO-Kmo-/- and WT mice to identify genotype-dependent differences in protein–protein interactions potentially relevant to the KP. The study aimed to evaluate the long-term effects of adolescent THC exposure in C57BL6/J WT and HET-Kmo+/- mice on adult neurochemistry, behavior, and molecular biology. Male and female mice (WT and HET-Kmo+/-) were chronically treated with THC or vehicle, twice daily during adolescence. In adulthood, at PD 75 in vivo microdialysis was performed in PFC for measuring extracellular basal levels of KYNA and GABA and the response to an L-kynurenine (KYN; 10 mg/kg i.p.) challenge, used to mimic a translationally relevant "second hit". A second cohort of animals was subjected to the PPI to assess sensorimotor gating. Collected PFC Tissue were analyzed by qPCR to evaluate gene expression of key components in the KP and by Western Blot to assess the impact of adolescent THC exposure on the expression of mitochondrial respiratory chain complexes,providing insight into long-term metabolic and neurochemical alterations. Separate cohorts of naïve adult KO-Kmo-/- (knockout) and WT mice were used for in situ PLA on coronal brain sections to investigate protein-protein interactions. The study revealed that the use of cannabinoids early in life can induce a malfunction of the KP in male, but not female, WT mice, mirroring earlier findings reported in male rat models. Moreover, elevated cerebral KYNA levels following targeted Kmo downregulation correlated with distinct altered sensitivity to THC-driven shift in prefrontal cortex KYNA and GABA concentrations across HET-Kmo+/- and WT mice. Elaboration of the mechanisms underlying these changes can be expected to provide useful information regarding the etiology of adolescent THC-induced risk of neuropsychiatric illnesse in adulthood.