background image

 

Research Articles | Cellular/Molecular 

 

 
Calcium-dependent regulation of neuronal excitability is
rescued in Fragile X Syndrome by a tat-conjugated N-
terminal fragment of FMRP

 

 

https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0136-24.2024

 
Received: 18 January 2024
Revised: 4 April 2024
Accepted: 12 April 2024
 

Copyright © 2024 the authors

This Early Release article has been peer reviewed and accepted, but has not been through
the composition and copyediting processes.The final version may differ slightly in style or
formatting and will contain links to any extended data.

Alerts: Sign up at 

www.jneurosci.org/alerts

 to receive customized email alerts when the fully

             formatted version of this article is published.

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

 

 

 

Calcium-dependent regulation of neuronal excitability is rescued in Fragile X 

Syndrome by a tat-conjugated N-terminal fragment of FMRP 

 

 

Xiaoqin Zhan

1,2

, Hadhimulya Asmara

1,2

, Paul Pfaffinger

4

 and Ray W. Turner

1,2,3

+

 

 

1

Hotchkiss Brain Institute, 

2

Alberta Children’s Hospital Research Institute, 

3

Department 

Clinical Neurosciences, University of Calgary, Calgary, Alberta, Canada T2N 4N1, 

10 

4

Department of Neuroscience, Baylor College of Medicine, Houston, TX 77030, USA   

11 

 

12 

+

 Corresponding author:

 

13 

Ray W. Turner 

14 

Email: rwturner@ucalgary.ca 

15 

 

16 

Abbreviated title:  

Calcium-dependent regulation of I

A

 depends on FMRP 

17 

 

18 

Number of Figures: 8 

19 

Number of Extended Data Figures: 4   

20 

Number of words: 228 (Abstract), 465 (Introduction), and 1488 (Discussion) 

21 

 

 

 

22 

 

23 

Conflict of interest:  

R.W. Turner is named on a pending patent application for the use of 

24 

FMRP-N-tat as a potential therapeutic treatment for Fragile X Syndrome filed through Innovate 

25 

Calgary, University of Calgary. None of the other authors declare competing financial interests. 

26 

 

27 

 

28 

Acknowledgments

 

This work was supported by the Canadian Institutes for Health Research 

29 

and Fragile X Canada / FRAXA, and a SFARI Explorer grant. Postdoctoral Fellowships (X.Z.) 

30 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

 

provided by Fragile X Canada / FRAXA (X.Z.), the Hotchkiss Brain Institute, and the Cumming 

31 

School of Medicine (Calgary). We gratefully acknowledge J. Forden, F. Visser, and Y. Yu for 

32 

expert technical assistance and Dr. N. Cheng for comments on the manuscript.    

33 

 

34 

 

 

35 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

 

Abstract   (228 words) 

36 

Fragile X Syndrome arises from the loss of Fragile X Messenger Ribonucleoprotein (FMRP) 

37 

needed for normal neuronal excitability and circuit functions. Recent work revealed that FMRP 

38 

contributes to mossy fiber LTP by adjusting Kv4 A-type current availability through interactions 

39 

with a Cav3-Kv4 ion channel complex, yet the mechanism has not yet been defined. In this study 

40 

using wild-type and 

Fmr1

 knockout (KO) tsA-201 cells and cerebellar sections from male 

Fmr1

 

41 

KO mice, we show that FMRP associates with all subunits of the Cav3.1-Kv4.3-KChIP3 

42 

complex, and is critical to enabling calcium-dependent shifts in Kv4.3 inactivation to modulate A-

43 

type current. Specifically, upon depolarization Cav3 calcium influx activates dual specific 

44 

phosphatase 1/6 (DUSP1/6) to deactivate ERK1/2 (ERK) and lower phosphorylation of Kv4.3, a 

45 

signalling pathway that does not function in 

Fmr1

 KO cells. In 

Fmr1 

KO mouse tissue slices 

46 

cerebellar granule cells exhibit a hyperexcitable response to membrane depolarizations. Either 

47 

incubating 

Fmr1

 KO cells or in vivo administration of a tat-conjugated FMRP N-terminus 

48 

fragment (FMRP-N-tat) rescued Cav3-Kv4 function and granule cell excitability, with a decrease 

49 

in the level of DUSP6. Together these data reveal a Cav3-activated DUSP signalling pathway 

50 

critical to the function of a FMRP-Cav3-Kv4 complex that is misregulated in 

Fmr1

 KO conditions. 

51 

Moreover, FMRP-N-tat restores function of this complex to rescue calcium-dependent control of 

52 

neuronal excitability as a potential therapeutic approach to alleviating the symptoms of Fragile X 

53 

Syndrome.  

54 

 

55 

Significance Statement (116 words) 

56 

Changes in neuronal excitability and ion channel functions have been a focus in studies of 

57 

Fragile X Syndrome. Previous work identified ion channels that are regulated by FMRP through 

58 

either protein translation or direct protein-protein interactions. The current study reveals FMRP 

59 

as a constitutive member of a Cav3-Kv4 complex that is required for a Cav3-DUSP-ERK 

60 

signalling pathway to increase A-type current and reduce cerebellar granule cell excitability. In 

61 

Fmr1

 KO cells, Cav3-Kv4 function and calcium-dependent modulation of A-type current is lost, 

62 

leading to a hyperexcitable state of cerebellar granule cells. Pretreating with FMRP-N-tat 

63 

restores all Cav3-Kv4 function and granule cell excitability, providing support for FMRP-tat 

64 

peptide treatment as a potential therapeutic strategy for Fragile X Syndrome. 

 

65 

 

66 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

 

Introduction   (465 words)

 

67 

Fragile X Syndrome (FXS) arises through a CGG repeat expansion in the 

Fmr1

 gene that blocks 

68 

expression of Fragile X Messenger Ribonucleoprotein (FMRP), representing the leading 

69 

monogenic cause of autism spectrum disorders (ASD). Cell and circuit function in FXS is 

70 

disrupted because FMRP exerts vast influence over protein translation and modulation of ion 

71 

channels that control neuronal excitability (Contractor et al., 2015; Deng and Klyachko, 2021). 

72 

The cerebellum acts as an important sensory-motor interface that impacts the activity of cortical 

73 

systems that contribute to AS

(D’Mello and Stoodley, 2015; Gibson et al., 2023; Gallagher and 

74 

Hallahan, 2012; Liu et al., 2021)A prominent layer of granule cells receive a massive array of 

75 

mossy fibre input carrying sensory information that is processed to enable time coding, sensori-

76 

motor integration, and predictive expectation 

(D’Angelo and De Zeeuw, 2009; Garrido et al., 

77 

2013; Giovannucci et al., 2017; Sgritta et al., 2017; Wagner et al., 2017). Control over the 

78 

excitability of granule cells could then exert significant influence on higher levels of circuit 

79 

function relevant to ASD and FXS. 

80 

     Membrane excitability in granule cells is known to be highly sensitive to the availability of Kv4 

81 

potassium channel mediated “A-type” current (I

A

). Bursts of mossy fibre input to granule cells 

82 

was shown to reduce I

A

 through a mechanism that involves ERK1/2 (ERK), a kinase increasingly 

83 

recognized for its role in FXS and ASD (Curia et al., 2013; Osterweil et al., 2013; Asiminas et al., 

84 

2019; Murari et al., 2023). A resulting increase in the rate of spike firing then contributes to long-

85 

term potentiation of mossy fibre input (Zhan et al., 2020). Cerebellar granule cells also express a 

86 

Cav3-Kv4 complex that invokes calcium-dependent modulation of Kv4 availability through 

87 

association with a calcium-sensing KChIP3 protein (Anderson et al., 2010a; Heath et al., 2014; 

88 

Vierra and Trimmer, 2022). Recently FMRP was found to be closely associated with the Cav3-

89 

Kv4 complex (Zhan et al., 2020), yet the manner in which FMRP integrates into the complex, 

90 

and how ERK is involved in controlling I

A

 and membrane excitability is unknown. 

91 

The current study reveals a novel signalling pathway whereby Cav3.1 calcium influx activates 

92 

the phosphatase DUSP1/6 to reduce activated ERK and phosphorylation of subunits in the 

93 

complex that increases I

A

 availability. FMRP proves to be critical to calcium-dependent 

94 

modulation of Kv4.3 as well as the expression levels of DUSP6, where loss of FMRP in 

Fmr1

 

95 

KO mice leads to hyperexcitability in cerebellar granule cells. Yet all aspects of Cav3-Kv4 

96 

complex function and granule cell excitability are rescued in 

Fmr1 

KO cells within 24 hr of 

97 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

 

reintroducing a tat-conjugated N-terminal fragment of FMRP. The results thus identify a new 

98 

signalling pathway that depends on FMRP to control the influence of I

A

 on intrinsic excitability of 

99 

a key cell type in receipt of sensory input.  

100 

 

101 

Material and Methods: 

102 

 

103 

Cell lines  

104 

tsA-201 cells originally derived from a female were purchased from Sigma-Aldrich (Cat# 

105 

96121229) and maintained in DMEM supplemented with 10% heat inactivated foetal bovine 

106 

serum and 1% pen

–streptomycin at 37 °C (5% CO2). The calcium phosphate method was used 

107 

to transiently transfect cDNAs of heterologous proteins. Cells were washed with fresh medium 

108 

16 -18 hr after transfection and then transferred to 32 °C (5% CO2) and cultured for up to 36 hr 

109 

prior to tests. Previous work has determined that tsA-201 cells we use do not endogenously 

110 

express Cav3.1 or Kv4 channels (X. Zhan, unpublished observations), and have no expression 

111 

of KChIP3 (

Figure 1-1

). For different experiments, cells were transfected with different 

112 

combinations of human cDNA Cav3.1 (2.2 µg), Kv4.3 (1.5 µg), KChIP3 cDNA (1.5 µg) as 

113 

indicated in re

sults and figures. In addition, cells were transfected with eGFP cDNA (1 μg) and 

114 

human Kir2.1 cDNA (1 μg) for electrophysiology and high potassium stimulation experiments, 

115 

respectively. CRISPR-Cas9 was used to create an 

Fmr1 

knockout tsA-201 cell line (

Figure 1-2

). 

116 

For this three short guide oligonucleotides were synthesised, annealed and cloned into the 

117 

pSpCas9(BB)-2A-GFP (pX458) vector (Addgene), and constructs were then transfected into 

118 

tsA201 cells with Lipofectamine 2000 (Invitrogen). After transfection, GFP containing cells were 

119 

sorted into 96 well plates by flow cytometry. Western blotting and DNA sequencing were used to 

120 

confirm functional knockout of the 

Fmr1

 gene. All 

Fmr1

 knockout tsA-201 cells used in the 

121 

experiments were maintained from clone 7. To verify that knockout of 

Fmr1 

did not alter subunit 

122 

expression, we conducted Western blot on cells coexpressing Cav3.1-Kv4.3-KChIP3 and found 

123 

no significant difference for any of the subunits between WT and KO cells (

Figure 1-3

).  

124 

  

125 

Mouse lines  

126 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

 

Wild-type (Jackson Lab stock #004828, FVB.129P2-Pde6b+ Tyrc-ch/ AntJ, 

127 

https://www.jax.org/strain/004828) and 

Fmr1 

knockout (Jackson Lab stock #004624, 

128 

FVB.129P2-Pde6b+ Tyrc-ch 

Fmr1

tm1Cgr/J, https://www.jax.org/strain/004624) mice were 

129 

maintained in an Animal Resource Center of the University of Calgary in accordance with 

130 

guidelines of the Canadian Council of Animal Care. Animals had free access to water and food 

131 

with a temperature of 20 - 23 °C on a 12 hr light and dark cycle. 

132 

 

133 

Cerebellar slice preparation

   

134 

Sagittal cerebellar sections of 250 µm thickness were prepared from P21-P25 male mice as 

135 

previously described 

19

. Briefly, after isoflurane inhalation anaesthesia animals were decapitated 

136 

and the cerebella were dissected out and placed in ice-cold artificial cerebrospinal fluid (aCSF) 

137 

composed of (in mM): 125 NaCl, 25 NaHCO

3

, 25 D-glucose, 3.25 KCl, 1.5 CaCl

2

, 1.5 MgCl

2

 

138 

bubbled with carbogen (95% O

2

 and 5% CO

2

) gas. Tissue slices were cut by vibratome (Leica 

139 

VT1200 S) and recovered for 20 - 30 min at 37 ºC before storing at room temperature (25ºC) in 

140 

carbogen-bubbled aCSF before transferral to a recording chamber on the stage of an Olympus 

141 

BX51W1 microscope maintained at 32 ºC. Whole-cell recordings were obtained in granule cells 

142 

of lobule 9.  

143 

 

144 

Electrophysiology  

145 

Whole-cell patch recordings were obtained using a Multiclamp 700B amplifier, Digidata 1440A to 

146 

digitize at 40 kHz and analysed with pClamp 10.5 software. Glass pipettes of 1.5 mm O.D. (A-M 

147 

Systems) were pulled using a P-95 puller (Sutter Instruments; 4

–8 MΩ). For voltage clamp 

148 

recordings, series resistance was compensated to at least 70% and leak was subtracted offline 

149 

in pClamp software. Kv4 activation and inactivation plots were recorded from a holding potential 

150 

of −110 mV stepped in 10 mV (1000 ms) increments to 60 mV, followed by a return step to −30 

151 

mV (500 ms) as the test potential.

 

Inactivation curves were fitted according to the Boltzmann 

152 

equation: 

I

 /(

I

-

Imax

) = 1/(1 + exp((

Vh

-

V

)/

k

)), where 

Vh

 is the half inactivation potential and 

k

 is 

153 

the slope factor. Activation curves were fitted by the Boltzmann equation: 

G

 /(

G

-

Gmax

) = 1/(1 + 

154 

exp((

Va

-

V

)/

k

)), where 

G

 is calculated with 

G

 = 

I

/(

V

-

Vrev

). 

Va

 is the half activation potential and 

k

 

155 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

 

is the slope factor. Inactivation and activation plots were constructed using Origin 8.0 (OriginLab, 

156 

Northampton, MA).   

157 

tsA-201 cells:

 Recordings of Kv4.3 current expressed in tsA-201 cells that express FMRP (WT) 

158 

or in which 

Fmr1 

was knocked out by CRISPR-Cas9 (KO) (

Figure 1-2, 1-3

) were carried out at 

159 

room temperature with an external solution (pH adjusted to 7.3 with NaOH) composed of (mM): 

160 

125 NaCl, 3.25 KCl, 1.5 CaCl

2

, 1.5 MgCl

2

, 10 HEPES, 10 D-Glucose, and 2 TEA. Pipettes were 

161 

filled with a solution composed of (pH 7.3 with KOH, mM): 110 potassium gluconate, 30 KCl, 1 

162 

EGTA, 5 HEPES, and 0.5 MgCl

2

, with 5 di

–tris-creatine phosphate, 2 Tris-ATP, and 0.5 Na-GTP 

163 

added from fresh frozen stock each day. Where indicated, internal levels of calcium 

164 

concentration were adjusted according to MaxChelator calculations. Previous work (Turner et 

165 

al., 2016) and unpublished tests on the effects of exchanging internal electrolyte with drugs or a 

166 

buffered calcium concentration assure complete exchange of the effective internal levels of 

167 

calcium in 5-10 min of breaking into whole cell recording mode.  

168 

 

169 

Cerebellar granule cells: 

Current clamp recordings of granule cells from cerebellar sections 

170 

used an internal solution modified from Gall et al (Gall et al., 2003) composed of (mM): 126 K-

171 

gluconate, 4 NaCl, 15 Glucose, 5 HEPES, 1 MgSO

4

, 0.15 BAPTA, 0.05 CaCl

2

, pH 7.3 via KOH, 

172 

with 5 di

–tris-creatine phosphate, 2 Tris-ATP, and 0.5 Na-GTP added from fresh frozen stock 

173 

each day. Bath solution was carbogen-bubbled aCSF maintained at 32ºC. A holding current of 

174 

less than 10 pA was applied to maintain a holding potential of -70 mV.  Input resistance was 

175 

determined by hyperpolarizing cells with injections of 0 to -8 pA currents in five steps at an 

176 

increment of -2 pA. Cerebellar granule cell excitability was measured by depolarizing cells from -

177 

70 mV with 1 sec steps of currents of 0 - 16 pA in 2 pA increments. Spike events were detected 

178 

and analysed with pClamp 10.5 software (Axon, Molecular Devices).  

179 

 

180 

Chemicals and Proteins 

181 

Chemical compounds were obtained from Sigma-Aldrich unless otherwise indicated. Drugs were 

182 

either bath-applied or infused directly through the electrode with the 2PK+ Perfusion system 

183 

(ALA Scientific, Farmingdale, NY) (Zhan et al., 2020). Drugs were applied at the following 

184 

concentrations: 30 μM (E)-2-benzylidene-3-(cyclohexylamino)-2,3-dihydro- 1H-inden-1-one 

185 

(BCI), 0.1 μg/ml MEK1 activated extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 (pERK1/2) 

186 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

 

(Sign

alChem Biotech), 1 μM TTA-P2 (Alomone Labs), 1 μM Mibefradil (Sigma-Aldrich), and 3 

187 

nM Okadaic acid (Sigma-Aldrich). FMRP(1-297)-

tat

 was prepared as previously described (Zhan 

188 

et al., 2020), and was added to the external medium of KO cells for 7 - 8 hr, or delivered in vivo 

189 

by tail vein injection 24 hr before tests (Zhan et al., 2020).  

190 

 

191 

Immunoprecipitation (IP) and Co-Immunoprecipitation (co-IP)  

192 

Protein-protein associations and phosphorylation of the Cav3-Kv4 complex were tested at 

193 

different levels of [K]o with co-IP and IP as described previously (Zhan et al., 2020). Transfected 

194 

tsA-201 cells were washed with a low [K]o (LK) solution composed of (mM): 148 NaCl, 1 KCl, 10 

195 

HEPES, 3 CaCl

2

, 1 MgCl

2

, 10 Glucose, and equilibrated in LK solution for 10 min. Cells were 

196 

then exposed to a high [K]o (HK) solution composed of (mM): 148 NaCl, 50 KCl, 10 HEPES, 3 

197 

CaCl

2

 1 MgCl

2

, 10 Glucose for 5 min before being lysed in Lysis Buffer containing (mM): 150 

198 

NaCl, 50 Tris, 2.5 EGTA, 1% NP-40, pH 7.5, phosphatase inhibitor (Sigma-Aldrich, Cat. P5726) 

199 

and proteinase inhibitor (Roche, Cat. 04693124001). Lysates containing 500 µg total protein 

200 

were incubated at 4°C for 2 - 3 hr with one of the following antibodies: Rabbit anti-Cav3.1 (1:50, 

201 

custom made and lab verified (Molineux et al., 2006)), rabbit anti-Kv4.3 (1:50, Abcam, Cat. 

202 

ab65794, RRID:AB_1140929), mouse anti-KChIP3 (1:50, Neuromab, Cat. K66/38, 

203 

RRID:AB_2877337), rabbit normal IgG (as a control, Abcam, Cat. ab172730, 

204 

RRID:AB_2687931), mouse normal IgG (as a control, Abcam, Cat. ab37355, 

205 

RRID:AB_2665484), rabbit anti-P-MAPK substrate (1:50, Cell Signaling Technology, Cat. 

206 

14378s, RRID:AB_2798468), rabbit anti-P-MAPK/CDK substrate (1:40, Cell Signaling 

207 

Technology, Cat. 2325s, RRID:AB_331820). Background control (BC) was used as a negative 

208 

control by incubating lysate with normal IgG from the same species as the IP antibody. The 

209 

immuno-

complexes were then incubated with 30 μl protein G sepharose beads (GE healthcare, 

210 

17-0618-01), which were pre-equilibrated with Lysis Buffer, at 4°C overnight. After four washes 

211 

with Lysis Buffer, proteins were eluted from sepharose beads by boiling at 95 - 100 °C for 5 min 

212 

with 40 µl sample buffer diluted from 4x sample buffer (Bio-Rad, 1610747) with Lysis Buffer. IP 

213 

samples were then resolved and analyzed with Western blot. All commercially obtained 

214 

antibodies were verified by suppliers. Full western blot data sets are available for viewing on the 

215 

repository Figshare: https://figshare.com/s/402f8335aa1816cc35c4. 

216 

 

217 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

 

Western Blot 

218 

Cell lysates and

 

IP samples were loaded to 6 - 12% SDS-polyacrylamide gel and resolved with 

219 

SDS-

PAGE. Proteins were transferred to a 0.2 μm PVDF membrane (Millipore) and probed with 

220 

primary antibodies overnight at 4°C, followed by a goat anti-mouse (1:3000, Invitrogen, Cat.62-

221 

6520, RRID:AB_2533947) or donkey anti-rabbit IgG (1:5000, Cytiva, Cat.NA934-1ml, 

222 

RRID:RRID:AB_772206) HRP-conjugated secondary antibodies. Blot images were taken with a 

223 

ChemiDoc imager and band densities were analysed with Image Lab (Bio-Rad). Primary 

224 

antibodies used in this study include: Rabbit anti-FMRP (1:1000, Cell Signalling Technology, 

225 

Cat.7104s, RRID:AB_10950502), mouse anti-FMRP (1:1000, Abcam, Cat.ab230915, 

226 

RRID:AB_10950502), rabbit anti-pERK1/2 (1:1000, Cell Signalling Technology, Cat.4370s, 

227 

RRID:AB_2315112), rabbit anti-tERK1/2 (1:2000, Cell Signalling Technology, Cat.9102s, 

228 

RRID:AB_330744), mouse anti-GAPDH (1:2000, Invitrogen, Cat.39-8600, RRID:AB_2533438), 

229 

rabbit anti-DUSP6 (1:1000, Abcam, Cat.ab76310, RRID:AB_1523517), rabbit anti-

ɑTubulin 

230 

(1:2000, Abcam, Cat.ab176560, RRID:AB_2860019). 

 

231 

 

232 

Experimental Design and Statistical Analysis 

233 

When there were multiple samples in one experiment, samples were randomly chosen to 

234 

receive different treatments.  Experiments were performed with mouse genotypes and 

235 

experimental groups known to the persons who conducted them. No experimental data without 

236 

technical issues were excluded. Quantification of Western blot bands was conducted with 

237 

ImageLab software (Bio-

Rad) by normalising a target protein’s intensity to house-keeping 

238 

proteins. Patch-clamp recordings were analysed with pClamp 10.5 software. All figures were 

239 

prepared and statistical analyses performed with OriginPro 8 or GraphPad Prism 6, and Adobe 

240 

Illustrator CC 2021 software. Data normality was tested with the Shapiro-Wilk test. When 

241 

normally distributed, statistical significance was determined using two-

sample Student’s 

t

-test for 

242 

unpaired samples or Welch’s test (

t

-

test with Welch correction), and a paired sample Student’s 

t

-

243 

tests for the same samples under different conditions. When normality was rejected, the Mann-

244 

Whitney test was used for two sample comparisons.  

245 

 

246 

Results  

247 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

10 

 

 

Previous work established that A-type current is subject to modulation by Cav3 T-type 

248 

calcium current, with a primary effect of modulating the voltage for half inactivation (Vh) of Kv4 

249 

channels and thus the availability of A-type current (I

A

) (Anderson et al., 2010a; Heath et al., 

250 

2014). The calcium-dependence imparted on Kv4 channels is readily apparent when a reduction 

251 

of Cav3 channel conductance produces a negative shift in Kv4 Vh, a process that reduces the 

252 

amplitude of I

A

 (Anderson et al., 2010a, 2010b, 2013; Heath et al., 2014). In the case of 

253 

cerebellar granule cells the Cav3-Kv4-KChIP3 complex has been shown to increase spike 

254 

output in relation to long-term potentiation (LTP) of mossy fibre inputs (Heath et al., 2014; 

255 

Rizwan et al., 2016; Zhan et al., 2020).  

256 

 

FMRP was recently found to exhibit coimmunoprecipitation (co-IP) and FRET with both 

257 

Cav3.1 and Kv4.3 (Zhan et al., 2020), suggesting a direct association between FMRP and at 

258 

least these two members of the Cav3-Kv4-KChIP3 complex. Importantly, these protein-protein 

259 

interactions can be reproduced in tsA-201 cells by co-expressing cDNA for the principal subunits 

260 

of Cav3.1-Kv4.3-KChIP3 (Anderson et al., 2010a, 2010b, 2013). To further test the molecular 

261 

interactions between FMRP and subunits of the complex we first transiently transfected cDNA 

262 

for human Cav3.1, Kv4.3 and KChIP3 in native tsA-201 cells that express FMRP (WT) or cells in 

263 

which FMRP was knocked out by CRISPR-Cas9 technology (KO) (

Figures 1-2, 1-3

). Kv4.3 Vh 

264 

was measured using a series of step commands (1 sec) from a holding potential of -90 mV to 

265 

+60 mV in 10 mV increments followed by a step back to -30 mV (500 msec). 

266 

 

267 

Cav3.1 and FMRP regulate Kv4.3 availability

  

268 

 

 We verified the ability for calcium to modulate Kv4.3 Vh by first constructing voltage-

269 

inactivation plots for Kv4.3 current in a medium containing 0 calcium (

Fig. 1A

). Addition of 1.5 

270 

mM calcium to the bathing medium resulted in a positive shift in Kv4.3 Vh (0 Ca

2+

, -55.5 ± 1.9 

271 

mV; 1.5 Ca

2+

, -49.9 ± 1.8 mV; n = 6;  

p

 = 0.001, paired 

t

-test) and an average 142 ± 33.3% (n = 

272 

5; 

p

 = 0.013, paired 

t

-test) increase in current amplitude for a step of -40 mV to -30 mV (

Fig. 

273 

1A

). Both the calcium-induced shift in Kv4.3 Vh and increase in I

A

 amplitude were blocked by 

274 

omitting Cav3.1 cDNA from the transfection (

Fig. 1A

). Conversely, applying 1 µM TTA-P2 as a 

275 

selective Cav3 channel blocker in normal bathing medium containing 1.5 mM calcium negatively 

276 

shifted Kv4.3 Vh (control, -49.7 ± 1.0 mV; TTA-P2, -54.4 ± 1.7 mV; n = 9; 

p

 = 0.003, paired 

t

-

277 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

11 

 

test) without affecting Kv4.3 voltage for activation (Va) (n = 7,  

p

 = 0.124, paired 

t

-test) (

Fig. 1B

). 

278 

The effects of TTA-P2 on Kv4.3 Vh was further reflected in a 42 ± 7.4% (n = 9; 

p

 = 4.5 x 10

-4

279 

paired t-test) decrease in I

A

 amplitude for a step from -40 mV to -30 mV (

Fig. 1B

). The negative 

280 

shift in Kv4.3 Vh induced by TTA-P2 was comparable to that obtained in 1.5 mM calcium 

281 

medium for application of either 1 µM mibefradil or 300 µM Ni

2+

, with no significant effects on 

282 

Kv4.3 Va (

Fig. 1C

) (Anderson et al., 2010a).  

283 

 

We note that much of the work to date on the Cav3-Kv4-KChIP3 complex was conducted in 

284 

cerebellar granule cells or WT tsA-201 cells that express FMRP. To test the role of FMRP, we 

285 

used the 

Fmr1 

KO cell line. Using KO cells we found that in the absence of FMRP, the ability for 

286 

TTA-P2 application to induce a negative shift in Kv4.3 Vh in cells was lost (

Fig. 1D

). To further 

287 

test the effects of a loss of FMRP we recorded Kv4.3 current in KO cells coexpressing the 

288 

Cav3.1-Kv4.3-KChIP3 complex in standard internal electrode solution or in the presence of 3 nM 

289 

FMRP(1-297) in the recording electrode. In the presence of internal 3 nM FMRP(1-297), we 

290 

found no effect of applying 1 µM TTA-P2 on Kv4.3 Vh (

Fig. 1E

). We considered the possibility 

291 

that reinstating FMRP functions in KO cells might require more time than the 10-15 min typical of 

292 

whole-cell recordings. It was previously shown that attaching the cell permeating 

tat

-peptide 

293 

moiety to FMRP(1-297) (FMRP-N-

tat

) facilitates its passage across cell membranes (Zhan et al., 

294 

2020). We thus pretreated KO cells coexpressing Cav3.1-Kv4.3-KChIP3 with 70 nM FMRP-N-

tat

 

295 

in the cell medium and found variable levels of recovery at 4 hr, but full recovery at 7 hr. When 

296 

recordings were subsequently conducted in these cells, the Kv4.3 Vh was not changed between 

297 

FMRP-N-

tat

 pretreated cells to those without this treatment (

p

 = 0.07) (

Fig. 1D, F

). However, in 

298 

cells pretreated for the longer time frame with FMRP-N-

tat

, applying 1 µM TTA-P2 now induced 

299 

a significant negative shift in Kv4.3 Vh (KO, -48.1 ± 1.4 mV; KO post TTA-P2, -54.8 ± 2.1 mV, n 

300 

= 9; 

p

 = 0.012, paired 

t

-test) (

Fig. 1F

). 

301 

 

Together these tests are important in providing the first evidence that Cav3 calcium 

302 

conductance can induce a bidirectional shift in Kv4.3 Vh and I

A

 amplitude in cells expressing the 

303 

Cav3-Kv4-KChIP3 complex. Moreover, Cav3.1 calcium-dependent modulation of Kv4.3 Vh 

304 

unexpectedly 

depends 

on the expression of FMRP, identifying a key role for this molecule in the 

305 

complex. The ability for FMRP-N-

tat 

to rescue calcium-dependent modulation of Kv4.3 in KO 

306 

cells further indicates that the N-terminal portion of FMRP is sufficient to reinstate the normal 

307 

functions of the Cav3-Kv4 complex.  

308 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

12 

 

 

309 

Cav3.1 and KChIP3 are necessary to induce a calcium-dependent modulation of Kv4 Vh  

310 

 

It is known that KChIP molecules can act as the calcium sensor for Kv4 channels with 4 

311 

KChIP subunits present in an assembled channel (An et al., 2000; Vierra and Trimmer, 2022) 

312 

and EF hands 3 and 4 available to bind calcium. Yet the exact role for KChIP3 in Cav3-

313 

dependent modulation of Kv4 channels has not been determined. 

314 

 

To test the role of KChIP3 we first coexpressed Cav3.1 and Kv4.3 without KChIP3. In this 

315 

case applying TTA-P2 (1 µM) produced a very slight shift in Kv4.3 Vh (control, -48.6 ± 1.2 mV; 

316 

TTA-P2, -49.7 ± 1.1 mV; n = 10; 

p

 = 0.003, paired 

t

-test) (

Fig. 2A, B

). However, coexpressing 

317 

KChIP3 with Cav3.1-Kv4.3 restored the ability for TTA-P2 application to induce a much larger 

318 

negative shift in Kv4.3 Vh (-4.8 ± 3.4 mV, n = 9; 

p

 = 0.005; two-sample 

t

-test) (

Fig. 2B

). The 

319 

effect of TTA-P2 was lost if an interfering peptide 

tat

-

pp1 (10 μg/ml) that impedes the Kv4.3-

320 

KChIP3 interaction (Scannevin et al., 2004; Callsen et al., 2005) was pre-applied in the bath 

321 

solution (

Fig. 2B

).  We further tested the role of specific EF hands by coexpressing KChIP3 

322 

constructs that were mutated to block function in EF hand 3 (KChIP3

(E186Q)

), EF hand 4 

323 

(KChIP3

(E234Q)

), or both. Neither of the two single KChIP3 mutants expressed alone with Cav3.1-

324 

Kv4.3 fully prevented a TTA-P2-induced negative shift in Kv4.3 Vh (

Fig. 2C

). Coexpressing 

325 

Cav3.1-Kv4.3 and the double mutant KChIP3

(E186Q, E234Q)

 had no effect on the resting value of 

326 

Kv4.3 Vh (WT Cav3.1-Kv4.3-KChIP3 Vh, 

–49.7 ± 1.0 mV, n = 9; WT Cav3.1-Kv4.3-KChIP3

(E186Q, 

327 

E234Q) 

Vh, -48.5 ± 0.6 mV, n = 8,  

p

 

= 0.334, Welch’s test) but proved to fully block any effects of 

328 

applying TTA-P2 on Kv4.3 Vh (

Fig. 2C

). These data confirm that calcium sensitivity of the Cav3-

329 

Kv4 complex also requires the actions of EF hands 3 and 4 of KChIP3. 

330 

 

Previous work established that FMRP forms a link to both Cav3.1 and Kv4.3 (Zhan et al., 

331 

2020). To determine if FMRP forms a similar close relationship to KChIP3 as the calcium-

332 

sensing component of the complex, we conducted co-IP tests in WT cells. These experiments 

333 

established that FMRP also co-IPs with KChIP3 (

Fig. 2E; Figure 2-1

). To determine if 

334 

membrane depolarization and Cav3.1 calcium influx induced any calcium-dependent change in 

335 

the relationship between KChIP3 and other members of the complex we compared co-IPs 

336 

obtained in the presence of 1 mM [K]o (Low K; LK) or 50 mM [K]o (High K; HK) solution to 

337 

promote Cav3.1 calcium influx. HK solution promoted a selective and striking loss of the co-IP 

338 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

13 

 

between KChIP3 and FMRP (

Fig. 2E

) but not between KChIP3 and either Kv4.3 or Cav3.1 

339 

(

Figure 2-1

). 

340 

 

To explore the functional outcome of KChIP3 and FMRP on Kv4 Vh we tested the effects of 

341 

different levels of internal calcium concentration and with or without FMRP. By coexpressing 

342 

Kv4.3-KChIP3 in the absence of Cav3.1 and buffering internal calcium concentration to 0 µM 

343 

(Maxchelator) we determined that adding KChIP3 had no effect on the baseline value of Kv4 Vh 

344 

in either WT or KO cells (

Fig. 2F

). We then repeated these tests by coexpressing Kv4.3-KChIP3 

345 

and recorded with internal solutions that had calcium concentrations buffered to either 0 or 13 

346 

µM to compare Kv4 Vh. In WT cells a higher internal calcium concentration induced a significant 

347 

positive shift in Kv4 Vh (WT 0 calcium, -40.4 ± 1.5 mV, n = 10; 13 µM calcium, -16.9 ± 1.0 mV, n 

348 

= 7; 

p

 = 5.3E-9, two-sample 

t

-test) (

Fig. 2G

). However, repeating these tests in 

Fmr1 

KO cells 

349 

revealed no calcium-dependent shift in Kv4 Vh in the presence of elevated internal calcium (KO 

350 

0 calcium, -39.2 ± 2.0 mV, n = 8; 13 µM calcium, -41.2 ± 2.3 mV, n = 9; 

p

 = 0.64; two-sample 

t

 

351 

test) (

Fig. 2G

), indicating that FMRP is required to invoke a calcium-dependent positive shift in 

352 

Kv4 Vh.  

353 

 

Together these tests are important in indicating that Cav3 calcium-induced shifts in Kv4.3 Vh 

354 

and modulation of I

A

 amplitude depends on all of Cav3.1, KChIP3 and FMRP, with a selective 

355 

and dynamic change in the FMRP-KChIP3 association with an elevation of internal [Ca].  

356 

 

357 

Cav3.1 and FMRP regulate ERK phosphorylation

  

358 

 

We previously found that a negative shift in Kv4 channel Vh in cerebellar granule cells 

359 

invoked by mossy fibre stimulation could be prevented by PD-98059, an inhibitor of mitogen-

360 

activated protein kinase kinase (MEK) that phosphorylates and activates ERK (Rizwan et al., 

361 

2016). Yet the factors that control ERK activation and the potential target(s) for ERK 

362 

phosphorylation of subunits in the Cav3-Kv4-KChIP3 complex are unknown. ERK has been 

363 

shown to phosphorylate 3 different sites on Kv4.2 that can cause shifts in Vh or Va to regulate I

A

 

364 

availability (Adams et al., 2000; Schrader et al., 2002, 2006), but the potential actions of ERK on 

365 

Kv4.3 have not been reported. Interestingly, Cav3.1-mediated calcium influx has been reported 

366 

to decrease ERK activation in HEK293 cells (Choi et al., 2005).  

367 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

14 

 

To define any Cav3-mediated regulation of the complex by ERK we coexpressed Cav3.1-

368 

Kv4.3-KChIP3 in WT cells and used Western blots to detect the effects of membrane 

369 

depolarization and calcium conductance on ERK1/2 (ERK) activation. For this we used an 

370 

antibody that targets phosphorylated ERK (pERK) to identify the level of pERK in relation to total 

371 

ERK (tERK) (

Fig. 3A

). These tests established a baseline ratio of pERK / tERK in low [K]o (1.5 

372 

mM), and that application of high [K]o decreased the pERK / tERK ratio by 53.7% within 10 min 

373 

(high [K]o 0.46 ± 0.08, n = 7, 

p

 = 4.75E-4, paired 

t

-test ) (

Fig. 3A

). Moreover, this high [K]o-

374 

induced reduction in pERK was blocked by pre-incubation in 1 µM TTA-P2 (high [K]o 0.97 ± 

375 

0.28, n = 4, 

p

 = 0.927, paired 

t

-test )(

Fig. 3B

), indicating that a depolarization-induced reduction 

376 

of pERK depends on Cav3.1 calcium conductance. Repeating these tests in KO cells expressing 

377 

Cav3.1-Kv4.3-KChIP3 further revealed that the high [K]o-induced reduction in pERK levels was 

378 

lost in the absence of FMRP (KO high [K]o 0.91 ± 0.10, n = 4, 

p

 = 0.422, paired 

t

-test ) (

Fig. 3C

).   

379 

These data establish that Cav3.1 calcium conductance lowers the level of activated ERK, 

380 

and that this process requires the expression of FMRP. 

381 

 

382 

Cav3.1 activates DUSP to regulate ERK and set Kv4.3 availability    

 

383 

A Cav3.1-mediated reduction in pERK levels could contribute to a shift in Kv4.3 Vh and I

A

 

384 

availability. To test this we recorded from WT cells expressing Cav3.1-Kv4.3-KChIP3 with or 

385 

without 1 μM TTA-P2 in the bath and measured Kv4.3 Vh. For this Kv4.3 current was first 

386 

measured using a control internal electrolyte that was subsequently replaced by direct electrode 

387 

infusion with an electrolyte containing 0.2 µg/ml pERK (

Fig. 4A

). When Cav3.1 conductance 

388 

was blocked in the presence of 1 μM TTA-P2 in the bath, infusion of pERK induced a significant 

389 

negative shift in Kv4.3 Vh (n = 6, 

p

 = 0.011, paired 

t

-test) (

Fig. 4A

). However, when Cav3.1 

390 

conductance was intact (no TTA-P2 in medium), internal infusion of pERK had no significant 

391 

effect on Kv4.3 Vh (n = 3, 

p

 = 0.311, paired 

t

-test) (

Fig. 4A

). These results are important in 

392 

suggesting that Cav3.1 calcium conductance can occlude the actions of pERK even when added 

393 

directly to the electrolyte. To assess the requirement for FMRP in these results we coexpressed 

394 

the complex in KO cells in the presence of 1 μM TTA-P2 in the bath to prevent calcium 

395 

conductance, and found that recording with 0.2 µg/ml pERK in the electrode again significantly 

396 

negative shifted the Kv4.3 Vh (control -45.7 ± 1.8 mV,  n = 6; pERK1/2 -53.6 ± 1.5 mV, n = 8; 

p

 = 

397 

0.0069, two-sample 

t

-test) (

Fig. 4B

). Together these results indicate the ability for pERK to 

398 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

15 

 

induce a negative shift in Kv4.3 Vh through a process that is actively prevented or reduced by 

399 

Cav3.1 calcium conductance.  

400 

Cav3.1 calcium influx might reduce pERK levels by activating a phosphatase to 

401 

dephosphorylate ERK to reduce its actions on downstream targets at serine/threonine (Ser/Thr) 

402 

sites. The process of dephosphorylation is most often achieved by Ser/Thr phosphatases that 

403 

include PP1/PP2A (Narayanan et al., 2007). Indeed, Cav3 calcium conductance has been 

404 

associated with activation of PP2A (Ferron et al., 2011), and PP2A has been shown to 

405 

dephosphorylate all of FMRP (Narayanan et al., 2007), ERK (Kim et al., 2008) or S6K1 (Hahn et 

406 

al., 2010). To test the role of PP2A we coexpressed the Cav3.1-Kv4.3-KChIP3 complex in WT 

407 

cells in the presence of 3 nM okadaic acid to block PP1 and PP2A. We then applied 1 µM TTA-

408 

P2 to block Cav3.1 conductance and still found a negative shift in Kv4.3 Vh (control -46.8 ± 1.4 

409 

mV; TTA-P2 -52.2 ± 1.2 mV; n = 5; 

p

 = 4.98E-5, paired 

t

-test) (

Fig. 4C

).  

410 

A key factor that specifically controls pERK levels is the family of dual specificity 

411 

phosphatases (DUSP) that dephosphorylate phospho-threonine and -tyrosine residues on 

412 

MAPK (Caunt et al., 2008). To test the potential role of DUSPs we coexpressed the Cav3.1-

413 

Kv4.3-KChIP3 complex in WT cells and recorded in the presence of 30 µM BCI as an allosteric 

414 

inhibitor of DUSP1/6 (Molina et al., 2009). Under these conditions perfusion of 1 µM TTA-P2 had 

415 

no effect on Kv4.3 Vh (control -55.7 ± 1.7 mV; TTA-P2 -56.6 ± 1.6 mV; n = 7; 

p

 = 0.12, paired 

t

-

416 

test) (

Fig. 4D

), revealing that BCI occluded the effects of Cav3.1 conductance on Kv4.3. In 

417 

contrast, when Cav3.1-Kv4.3-KChIP3 was coexpressed in WT cells, 30 µM BCI application by 

418 

itself produced a significant negative shift in Kv4.3 Vh  (control -49.8 ± 0.7 mV; BCI -54.6 ± 1.0 

419 

mV; n = 9; 

p

 = 9.8E-6, paired 

t

-test) (

Fig. 4E

). In fact, the BCI-induced negative shift in Kv4.3 Vh 

420 

was not significantly different from that induced by TTA-P2 (BCI Vh shift, -4.8 ± 0.5 mV, n = 9; 

421 

TTA-P2 Vh shift, -4.8 ± 1.1 mV, n = 9, 

= 0.99). These results were important in revealing that a 

422 

Cav3.1-mediated positive shift in Kv4.3 Vh (cf.

 Fig. 1A

) involves Cav3.1 activation of DUSP1/6 

423 

and its influence on pERK. This conclusion was further verified using Western blots to repeat the 

424 

test of depolarizing WT cells using high [K]o medium (cf.

 Fig. 3

), which revealed that inhibiting 

425 

DUSP1/6 with 30 µM BCI prevented a high  [K]o-induced depolarization from reducing the 

426 

pERK/tERK ratio (

Fig. 4F

).  

427 

 We further explored the extent to which these results could be reproduced by an increase in 

428 

[Ca]i (

Fig. 4G

). Using whole-cell recordings in WT cells coexpressing only Kv4.3-KChIP3 we 

429 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

16 

 

buffered [Ca] in the electrode (MaxChelator) to either 0 or 13 µM. Cells recorded in the presence 

430 

of 13 µM internal calcium exhibited a positive shift in Kv4.3 Vh (

Fig. 4G

). However, no effect on 

431 

Kv4.3 Vh was detected under these conditions in the presence of 30 µM BCI to block DUSP1/6 

432 

(

Fig. 4G

). 

433 

  These results reveal that a Cav3.1-mediated activation of DUSP1/6 that downregulates the 

434 

level of pERK is accompanied by a positive shift in Kv4.3 Vh that will increase I

A

.  

435 

 

436 

Depolarization induces differential effects of phosphorylation of Kv4.3 and FMRP 

 

437 

While the previous data revealed that a Cav3.1-DUSP-ERK signalling pathway regulates 

438 

calcium dependence of the Cav3-Kv4 complex, the actual targets of ERK-mediated 

439 

phosphorylation in this process are unknown. The tests already conducted enable predictions on 

440 

what elements may be important. While regulation of Cav3 channel isoforms by ERK has been 

441 

reported in fibroblasts and cardiomyocytes (Sharma et al., 2023), we have not detected any 

442 

change in Cav3.1 density or voltage dependence in relation to stimuli that modulate the Cav3-

443 

Kv4 complex (Heath et al., 2014; Rizwan et al., 2016; Zhan et al., 2020). Several lines of 

444 

evidence implicate Kv4.3 as one important target for phosphorylation. Specifically, shifts in Kv4.3 

445 

Vh could be induced in WT cells by direct infusion of pERK in the presence of TTA-P2 to block 

446 

Cav3.1 conductance (

Fig. 4A

), or with a direct increase in [Ca]i in the absence of Cav3.1 

447 

expression (

Fig. 4G

). A negative shift in Kv4.3 Vh could also be induced by internal pERK 

448 

infusion in WT cells expressing only Cav3.1-Kv4.3 (

Fig. 4A

), suggesting that KChIP3 is not 

449 

required as an ERK target to enable the calcium-dependent effects studied here. In KO cells 

450 

coexpressing Cav3.1-Kv4.3-KChIP3 and that lack FMRP, both the calcium-dependent negative 

451 

shift in Kv4.3 Vh (

Fig. 2G

) and a high [K]o-induced reduction in pERK levels (

Fig. 3C

) were lost, 

452 

but the effects of pERK on Kv4.3 Vh remained (

Fig. 4C

). These results indicate that pERK 

453 

actions on Kv4.3 can be sufficient to modulate Kv4.3 Vh but that FMRP is also required for 

454 

regulating the actions of ERK that promote a calcium-dependent shift in Kv4.3 Vh. 

455 

ERK is a member of the MAPK family that can phosphorylate targets at either Serine 

456 

(PXS*P) or Threonine (PXpTP) motifs (Rubinfeld and Seger, 2005). To identify targets for 

457 

MAPK-mediated phosphorylation, WT cells coexpressing Cav3.1-Kv4.3-KChIP3 were 

458 

depolarized using high [K]o medium (HK). Cells were then processed for Western blot analysis 

459 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

17 

 

for IP between proteins reactive for antibodies specific to MAPK phosphorylated Serine (pSer) or 

460 

Threonine (pThr) motifs with each of Cav3.1, Kv4.3, KChIP3, and FMRP proteins (

Fig. 5

). These 

461 

tests revealed pThr sites on FMRP in LK conditions but no detectable difference in 

462 

phosphorylation levels between LK and HK conditions (

Fig. 5A, B

). No consistent pThr labelling 

463 

was detected for any of Cav3.1, Kv4.3 or KChIP3 (

Fig. 5A, B

). Tests of immunoprecipitation for 

464 

Serine motifs revealed pSer labelling for both FMRP and Kv4.3 under resting conditions of LK 

465 

medium (

Fig. 5C, D

). Exposure of cells to HK medium produced an increase in pSer labelling on 

466 

FMRP and a marked decrease in phosphorylation of Kv4.3 (

Fig. 5C, D

). Repeating tests for the 

467 

pSer motif of Kv4.3 further revealed that the reduction of Kv4.3 phosphorylation in HK medium 

468 

was prevented if cells were preincubated with either 1 µM TTA-P2 (

Fig. 5E

) or 30 µM BCI (

Fig. 

469 

5F

). The increase in FMRP phosphorylation was also correlated to Cav3.1 calcium influx 

470 

although the exact mediator for phosphorylation is unknown since depolarization also lowers the 

471 

levels of pERK (

Fig. 3A

).  

472 

These data reveal that FMRP is phosphorylated at both pSer and pThr sites, and that 

473 

depolarization increases the pSer labelling. pSer labelling on Kv4.3 is instead reduced upon 

474 

depolarizing cells, a process that involves Cav3.1 activation of DUSP1/6 and its ability to 

475 

dephosphorylate ERK. The data thus suggest that Cav3.1 activation of DUSP1/6 and modulation 

476 

of FMRP and Kv4.3 phosphorylation enable KChIP3 to induce a depolarizing shift in Kv4.3 Vh 

477 

that increases I

A

 in a calcium-dependent manner (cf. 

Fig. 1A

).  

478 

 

479 

Hyperexcitability of cerebellar granule cells in Fmr1 KO mice is rescued by FMRP-N-tat  

480 

  

Several aspects of excitability of cerebellar granule cells and their response to synaptic input 

481 

have been shown to depend on the Cav3.1-Kv4-KChIP3 complex (Heath et al., 2014; Rizwan et 

482 

al., 2016; Zhan et al., 2020). To further test the effects of FMRP-N-tat on excitability of neurons 

483 

we recorded from lobule 9 granule cells from P22 - 24 WT and 

Fmr1 

KO mice in cerebellar 

484 

slices prepared 1 day following tail vein injection of either vehicle or 1 mg/kg FMRP-N-

tat

485 

Whole-cell recordings were used to deliver 1 sec current pulses to map the current-frequency 

486 

relationship of sodium spike discharge. In WT mice injected with vehicle alone, granule cells 

487 

fired with an initial frequency of 0.5 ± 0.54 Hz, showing a linear increase in firing with increments 

488 

of current injection up to 42.2 ± 8.7 Hz (n = 9) (

Fig. 6A, B

). The maximum firing frequency 

489 

reached during 16 pA current injection increased by 86% in 

Fmr1 

KO granule cells compared to 

490 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

18 

 

WT cells, further indicating a state of hyperexcitability (

Fig. 6C

). An increased sensitivity to 

491 

depolarizations was also apparent in a decrease in the rheobase to evoke spike firing in vehicle 

492 

injected 

Fmr1 

KO mice compared to WT mice (

Fig. 6D

). Finally, the increased spike frequency 

493 

was associated with a significant decrease in the decay tau (rate of repolarization) of evoked 

494 

spikes 

(Fig. 6E

). By comparison there was no significant difference in the input resistance of 

495 

granule cells between WT and 

Fmr1 

KO mice (WT 1.05 ± 0.10 GΩ, n = 9; 

Fmr1 

KO 1.30 ± 0.17 

496 

GΩ, n = 7; 

p

 = 0.24, two-sample 

t

-test). We then injected 

Fmr1 

KO mice with 1 mg/kg FMRP-N-

497 

tat

 and prepared tissue slices 24 hr later, a time previously shown to be sufficient for this 

498 

compound to distribute throughout the cerebellum for uptake by granule and Purkinje cells (Zhan 

499 

et al., 2020). Here we found complete rescue of the elevated firing rate of 

Fmr1 

KO compared to 

500 

WT granule cells over the full range of a current-frequency plot, with similar effects on rheobase 

501 

and rate of spike repolarization (

Fig. 6A-E

). These effects by FMRP-N-tat are important in that I

A

 

502 

has previously been shown in granule cells to shape each of the parameters tested here (Heath 

503 

et al., 2014; Zhan et al., 2020).  

504 

  

505 

An imbalance in expression levels of DUSP in Fmr1 KO cells is rescued by FMRP-N-tat  

506 

The function of the Cav3.1-DUSP-ERK signalling pathway here was defined primarily using WT 

507 

or KO tsA-201 cells. To explore the prevalence of DUSP6 expression 

in situ

, we conducted 

508 

immunocytochemical labelling for DUSP6 in the cerebellum of P60 male mice. These tests 

509 

confirmed a widespread expression of this phosphatase in granule cells (

Fig. 7A

). The DUSP 

510 

family is interesting in establishing a reciprocal inhibitory system with pERK that will activate 

511 

nuclear transcription factors that modify DUSP levels (Rubinfeld and Seger, 2005; Cagnol and 

512 

Rivard, 2013; Caunt and Keyse, 2013). We used Western blot analysis to explore the potential 

513 

for a loss of FMRP to affect the levels of DUSP protein. This was first tested in WT and KO tsA-

514 

201 cells exposed in culture medium to either vehicle alone or FMRP-N-tat (70 nM) for 7 hr (

Fig. 

515 

7B

). These tests revealed a significant decrease in the level of DUSP6 in KO cells compared to 

516 

WT cells. However, the lower levels of DUSP6 in KO cells were rescued by pretreating cells with 

517 

70 nM FMRP-N-tat for 7 hr (

Fig. 7B

), a timeline that proved to overlap that required for FMRP-N-

518 

tat to rescue Cav3.1 modulation of Kv4.3 in 

Fmr1 

KO cells (cf. 

Fig. 1F

).  

519 

 

We then compared these results to the levels of DUSP detected in homogenates of whole 

520 

cerebellum from WT and 

Fmr1 

KO mice 24 hr following tail vein injection of either vehicle or 

521 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

19 

 

FMRP-N-tat (

Fig. 7C

). In this case we found that the level of DUSP6 in cerebellum was 

522 

significantly reduced in 

Fmr1 

KO mice compared to WT mice (

Fig. 7B

). Yet once again, tail vein 

523 

injection of 

Fmr1 

KO mice with 1 mg/kg FMRP-N-tat promoted a rescue of the level of DUSP6 in 

524 

the cerebellum when tested 24 hr later (

Fig. 7C

).  

525 

 

These data are important in identifying dual actions of FMRP-N-tat in reassociating with the 

526 

Cav3-Kv4 complex at the plasma membrane to restore calcium-dependent regulation (

Fig. 6

) as 

527 

well as restoring a disrupted level of DUSP (

Fig. 7

) that is critical to the function of the Cav3-Kv4 

528 

complex.  

529 

 

530 

Discussion (1488 words) 

531 

 

Cav3 calcium channels form a nandomain association with a Kv4-KChIP complex to confer 

532 

calcium-dependent modulation of I

A

 that can influence signal processing (Vierra and Trimmer, 

533 

2022). Despite our knowledge of the functional outputs of the Cav3-Kv4 complex, the molecular 

534 

mechanisms underlying calcium-dependent control of Kv4 channels had not been fully explored. 

535 

The current study identified a critical role for FMRP in enabling a new Cav3-DUSP signalling 

536 

pathway to regulate ERK-mediated phosphorylation in the complex. The physiological relevance 

537 

of FMRP to Cav3-Kv4 function was further shown by the rescue of a hyperexcitable state and 

538 

DUSP levels in cerebellar granule cells in the 

Fmr1 

KO mouse model for 24 hr by

 

in vivo 

539 

administration of FMRP-N-tat.  

540 

 

541 

FMRP as a member of the Cav3-Kv4-KChIP complex 

542 

 

An association between Kv4 potassium channels and KChIP proteins as a potential calcium-

543 

sensing element has long been recognized (An et al., 2000; Jerng et al., 2005; Pioletti et al., 

544 

2006; Wang et al., 2007), followed by recognition of Cav3 calcium channels as a component of 

545 

the complex (Molineux et al., 2005). The role of FMRP as a critical element tightly associated 

546 

with this complex was identified through co-IP or FRET imaging. Thus, FMRP co-IPs with each 

547 

of Cav3.1, Kv4.3, and KChIP3 (

Figs. 2, 2-1

) and exhibits FRET with both Cav3.1 and Kv4.3 

548 

(Zhan et al., 2020). The FMRP-KChIP3 association proves to be unique in exhibiting a calcium-

549 

dependent loss of co-IP (i.e. dissociation) (

Fig. 2

), a result not apparent for the co-IP between 

550 

FMRP and either Cav3.1 or Kv4.3 (

Figure 2-1

). The current work using a 

Fmr1 

KO tsA-201 cell 

551 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

20 

 

line provides evidence that modulation of Kv4.3 also involves Cav3.1 calcium-dependent 

552 

activation of DUSP to control the levels of pERK-mediated phosphorylation. It is interesting to 

553 

note that several studies have been carried out on how the Cav3-Kv4 complex shapes the 

554 

postsynaptic response of cerebellar stellate and granule cells (Molineux et al., 2005; Anderson 

555 

et al., 2010a, 2010b, 2013; Heath et al., 2014; Rizwan et al., 2016; Zhan et al., 2020). A 

556 

retrospective analysis indicates that the new findings of a role for FMRP in the Cav3-Kv4 

557 

complex do not conflict in any way with results of these studies. Rather, FMRP proves to have 

558 

been a hidden component that is central to the entire process by which Kv4 channels achieve 

559 

calcium-dependent regulation.  

560 

 

561 

Calcium-dependent control of Kv4 and I

A

 availability  

562 

 

  Our available data supports a working model of actions that underlie calcium-dependent 

563 

regulation of Kv4.3 for the combination of FMRP, Cav3.1, Kv4.3 and KChIP3 (

Fig. 8

). Under 

564 

normal conditions FMRP is associated with each of the protein subunits of the Cav3.1-Kv4.3-

565 

KChIP3 complex, with some resting level of phosphorylation of both Kv4.3 and FMRP at MAPK 

566 

consensus sites that maintains a relatively low amplitude I

A

 (

Fig. 8A

). Membrane depolarization 

567 

induces Cav3.1-mediated calcium entry that activates DUSP1/6 to dephosphorylate ERK. The 

568 

decrease in pERK levels is then reflected in a reduction in phosphorylation of Kv4.3 along with 

569 

an increase in phosphorylation of FMRP. Associated with calcium influx is a dissociation of 

570 

FMRP-KChIP3, and a KChIP3-induced positive shift in Kv4.3 Vh that increases I

A

 amplitude to 

571 

reduce membrane excitability (

Fig. 8B

). The converse effect of a hyperpolarizing shift in Kv4.3 

572 

Vh can be revealed by reducing Cav3.1 calcium conductance, decreasing [Ca]i, or by direct 

573 

intracellular infusion of pERK. In the 

Fmr1 

KO mouse cerebellum, the level of DUSP6 is 

574 

reduced, indicating a role for FMRP in regulating translation and expression of a phosphatase 

575 

important to Cav3-Kv4 function (

Fig. 8C

). The lack of FMRP further removes the ability to 

576 

phosphorylate FMRP and its dissociation from KChIP3, which together blocks all calcium-

577 

dependent regulation of Kv4.3 Vh and I

A

 amplitude (

Fig. 8C

). Thus it appears that FMRP is 

578 

required for KChIP3 to carry out its role of producing calcium-dependent shifts in Kv4.3 Vh. This 

579 

model helps account for the sensitivity of Kv4 channels to fluctuations of calcium conductance 

580 

that provides a bidirectional control over subunit phosphorylation by ERK and I

availability. 

581 

 

582 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

21 

 

Distinct pathways to modulate I

A

 and membrane excitability  

583 

 

It is well established that mGluR/NMDAR activation provides a source of calcium influx to 

584 

trigger the interplay between ERK, PP2A and S6K1 to modify the phosphorylation state of FMRP 

585 

(Bagni and Greenough, 2005; D’Incal et al., 2022). Bursts of mossy fiber input to stimulate 

586 

mGluR/NMDARs on  granule cells was also shown to activate ERK that reduced I

A

 to increase 

587 

spike output as part of mossy fiber LTP (Rizwan et al., 2016). Yet the current work reveals a new 

588 

Cav3.1 channel-activated signalling pathway that does not involve PP2A and instead 

589 

deactivates ERK to increase I

A

.  

590 

 

The data thus suggest the existence of two pathways that can separately employ ERK to 

591 

modulate I

A

 availability. One is intrinsic to the cell in being triggered by Cav3.1 calcium influx to 

592 

activate DUSP and reduce pERK and phosphorylation of Kv4.3. This Cav3-dependent process 

593 

also depends on a dynamic change in an FMRP-KChIP3 association, with the net effect of 

594 

inducing a depolarizing shift of Kv4.3 Vh to increase I

A

 and reduce spike frequency. The second 

595 

pathway requires an mGluR/NMDAR stimulus that activates ERK to induce a hyperpolarizing 

596 

shift in Kv4 Vh to decrease I

A

 and promote a long term increase in excitability in a manner that is 

597 

also FMRP-dependent. At this time the exact means by which mGluR/NMDA activation results in 

598 

a pERK-mediated increase in excitability is unknown but is expected to involve both pre- and 

599 

postsynaptic mechanisms (Zhan et al., 2020). However, both the intrinsic and synaptically 

600 

evoked process depend on calcium-dependent modulation of Kv4 Vh that in turn relies on 

601 

FMRP.  

602 

 

603 

Rescue of FMRP function in FXS 

604 

A number of strategies have been developed to reduce the symptoms of FXS through 

605 

pharmacology (Yamasue et al., 2019), reactivating FMRP expression (Xie et al., 2016; Graef et 

606 

al., 2019; Yrigollen and Davidson, 2019; Shah et al., 2023), or inducing FMRP expression 

607 

through delivery of viral constructs (Hampson et al., 2019). It was recently found that 

608 

reintroducing the N-terminus of FMRP as a tat conjugate peptide achieved rapid transport 

609 

across the BBB, rescuing circuit functions and alleviating symptoms of 

Fmr1 

KO mice (Zhan et 

610 

al., 2020). The current work now shows that a loss of FMRP and its actions in the Cav3-Kv4 

611 

complex increases the intrinsic excitability of cerebellar granule cells to promote a 

612 

hyperexcitable state of postsynaptic spike discharge. Tail vein injection of FMRP-N-tat fully 

613 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

22 

 

rescued granule cell excitability in terms of postsynaptic spike properties and the level of DUSP 

614 

even 24 hr after tail vein injection. It is striking that FMRP-N-tat is able to restore the actions of 

615 

FMRP both within an ion channel complex at the membrane while also modifying the expression 

616 

level of a phosphatase that is key to calcium-dependent modulation of I

A

. It is important to note 

617 

that the N-terminal region of FMRP has also been shown to restore GABAergic inhibition from 

618 

basket cells to Purkinje cells in 

Fmr1 

KO mice (Yang et al., 2018). Conditional expression of 

619 

FMRP in Purkinje cells of global 

Fmr1 

KO mice further restores Purkinje cell excitability 

620 

(Stoodley et al., 2017; Gibson et al., 2023). The potential thus exists for FMRP fragments to 

621 

exert therapeutic actions on several different parameters of cerebellar circuit dysfunction in FXS.  

622 

 

623 

Cerebellar role in ASD in FXS  

624 

 

The behavioural and cognitive functions affected in FXS fall into the realm of ASD. The 

625 

cerebellum is highly implicated given its established role in higher levels of cognition 

(D’Mello 

626 

and Stoodley, 2015; Stoodley et al., 2017; Mapelli et al., 2022; Gibson et al., 2023). Indeed, a 

627 

change in the output of cerebellar Purkinje cells in the right Crus I/II region has been shown to 

628 

account for a range of ASD symptoms that include hypersensitivity to sensory stimuli (Tsai et al., 

629 

2012, 2018; D’Mello and Stoodley, 2015; Cupolillo et al., 2016; Peter et al., 2016; Stoodley et 

630 

al., 2017; Sundberg et al., 2018; Gibson et al., 2023). A loss of FMRP has also been shown to 

631 

alter the activity of granule (Zhan et al., 2020), Purkinje (Koekkoek et al., 2005; Gibson et al., 

632 

2023; Martín et al., 2023), and basket cells (Yang et al., 2018). Our work was conducted on 

633 

granule cells in the vermis of lobule 9 in the posterior cerebellum, a region that has a role in 

634 

processing multiple sensory inputs and exhibits functional connectivity with limbic structures 

635 

(Sang et al., 2012; Markwalter et al., 2019). To our knowledge a direct link between granule cell 

636 

activity and ASD symptoms in FXS has not yet been defined as for Purkinje cells and ASD. Yet, 

637 

a change in the intrinsic excitability of granule cells will alter signal processing at the first stage 

638 

of mossy fiber input to the cerebellum that will affect cerebellar cortical activity, and finally the 

639 

output to neocortical regions that are predicted to contribute to ASD. 

640 

 

641 

Author Contributions

.  X.Z. and R.W.T. designed the experiments, X.Z. acquired and analysed 

642 

electrophysiology and protein biochemical data, P.P. designed and provided KChIP3 EF hand 

643 

mutant cDNA, and H.A. contributed protein biochemistry. R.W.T. and X.Z. supervised the study 

644 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

23 

 

and wrote the manuscript. R.W.T. and X.Z. have direct access and verified all data reported in 

645 

the manuscript. All authors approved the final version of the submitted manuscript. 

 

646 

 

647 

 

 

648 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

24 

 

Figure Legends 

649 

 

650 

Figure 1.

 

Cav3.1-induced shifts in Kv4.3 Vh are bidirectional and depend on the 

651 

expression of FMRP. 

Shown in this and subsequent figures are mean voltage-inactivation or 

652 

voltage-activation plots for Kv4.3 in 

Fmr1 

WT cells that express FMRP or in 

Fmr1 

KO cells in 

653 

which FMRP was knocked out by CRISPR-Cas9. The proteins coexpressed in each test are 

654 

indicated above the plots. 

Insets 

in (

A, B

) show superimposed records of Kv4.3 current evoked 

655 

by a step from -40 mV to -30 mV before and after the indicated tests. 

A,

 Raising external 

656 

calcium from 0 to 1.5 mM induces a positive shift of Kv4.3 Vh (

arrow

) and an increase in Kv4.3 

657 

current amplitude that does not occur in the absence of Cav3.1 expression. 

B

, Blocking Cav3.1 

658 

conductance with 1 µM TTA-P2 induces a negative shift of Kv4.3 Vh (

arrow

), but does not affect 

659 

the steady state activation of Kv4.3. 

C,

 Mean bar plots comparing the effects of three Cav3 

660 

channel blockers (1 µM mibefradil, 300 µM Ni

2+

, 1 µM TTA-P2) establish the ability to selectively 

661 

induce a negative shift of Kv4.3 Vh but not Va when applied in a bathing medium containing 1.5 

662 

mM calcium. 

D, 

In 

Fmr1 

KO cells TTA-P2 (1 µM) fails to shift Kv4.3 Vh. 

E, F, 

A TTA-P2-induced 

663 

negative shift in Kv4.3 Vh is not enabled in 

Fmr1 

KO cells by including 3 nM FMRP(1-297) in the 

664 

pipette (

E

) but is produced by long term pre-incubation (4 - 8 hr) with 70 nM FMRP-N-

tat

 (

F

). 

665 

Average values are mean ± S.E.M. with sample values (n) indicated on plots. n.s., not 

666 

significant, ** 

p

 < 0.01, paired sample 

t

-test. See also 

Figure 1-1, 1-2, 1-3

.

 

667 

 

668 

Figure 2.

 

 KChIP3 and FMRP are required to enable a calcium-dependent shift in Kv4 Vh. 

669 

Shown are the effects of TTA-P2 application (

A-D

) on 

Fmr1 

WT cells coexpressing the indicated 

670 

subunits. 

A, B,

 In the absence of KChIP3 coexpression TTA-P2 has only a small effect on Kv4.3 

671 

Vh (

A, B

). Coexpressing KChIP3 restores a larger TTA-P2-induced negative shift in Kv4.3 Vh 

672 

that is lost if preincubated cells with a 

tat

-pp1 peptide that interferes with the KChIP3-Kv4.3 

673 

binding site (

B

). 

C, D, 

Mean bar plots showing a TTA-P2-induced shift in Kv4.3 Vh is partially 

674 

blocked in cells expressing either EF hand mutant, and fully blocked upon expression of a dual 

675 

KChIP3 EF hand mutant. 

E, 

Western blot and mean bar plots showing co-IP between KChIP3 

676 

and FMRP in 

Fmr1 

WT cells expressing all subunits of the Cav3-Kv4 complex. The KChIP3-

677 

FMRP co-IP detected in the presence of 1.5 mM [K]o (LK) is lost in the presence of 50 mM [K]o 

678 

(HK) medium to promote Cav3.1 calcium influx. 

F, 

Coexpressing Kv4.3-KChIP3 in the absence 

679 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

25 

 

of Cav3.1 has no effect on Kv4.3 Vh in 

Fmr1 

WT or 

Fmr1 

KO cells (0 µM internal free calcium, 

680 

Maxchelator). 

G, 

Coexpressing Kv4.3-KChIP3 in the absence of Cav3.1 reveals that recording in 

681 

the presence of 13 µM calcium in the electrode induces a positive shift in Kv4 Vh in 

Fmr1 

WT 

682 

cells but not in 

Fmr1 

KO cells (

G

). BC, background control. Average values are mean ± S.E.M. 

683 

with sample sizes (n) indicated in brackets.  n.s., not significant, * 

p

 < 0.05, ** 

p

 < 0.01, *** 

p

 < 

684 

0.001; Paired-sample 

t

-test (

C, D

) and Two-sample 

t

-test (

B, F, G

). See also 

Figure 2-1.

 

685 

 

686 

Figure 3. A Cav3.1-dependent reduction in phosphorylated ERK is impaired in Fmr1 KO 

687 

cells

. Shown are the levels of phosphorylated ERK1/2 (pERK) in relation to total ERK1/2 (tERK) 

688 

at rest and upon depolarization in tsA-201 cells expressing Cav3.1-Kv4.3-KChIP3. pERK levels 

689 

are quantified by Western blot and mean bar plots in the presence of 1.5 mM [K]o (LK) or 50 mM 

690 

[K]o (HK) medium. 

A,

 In

 

WT cells a resting level of pERK is detected in LK medium. The pERK / 

691 

tERK ratio  is reduced over 10 min upon depolarization in HK medium.

 B,

 The decrease in pERK 

692 

/ tERK with HK-induced depolarization is prevented if Cav3.1 conductance is blocked by pre-

693 

incubation in 1 µM TTA-P2.

 C,

 The HK-induced reduction of pERK levels is absent in 

Fmr1 

KO 

694 

cells. All cells in (

A, B, C

) were also transfected with 0.7µg Kir2.1 to maintain a negative resting 

695 

potential. Average values are mean ± S.E.M. with sample sizes (n) indicated in bar plots.  n.s., 

696 

not significant, *** 

p

 

< 0.001; Student’s paired sample 

t

-test.  

697 

 

698 

Figure 4. Cav3.1 calcium influx activates DUSP to regulate pERK actions on Kv4.3 Vh. 

 

699 

Shown are results from whole-cell recordings and Western blots from 

Fmr1 

WT or KO cells 

700 

expressing the indicated subunits.

 A, B,

 The effects of direct pERK infusion through the 

701 

electrode in 

Fmr1 

WT (

A

) or 

Fmr1 

KO cells (

B

) with Cav3.1-Kv4.3-KChIP3 subunits 

702 

coexpressed. With 1 µM TTA-P2 in the bath to block T-type current, direct infusion of pERK 

703 

results in a negative shift in Kv4 Vh in both 

Fmr1 

WT and KO cells. However, pERK has no 

704 

effect in the absence of TTA-P2 to retain Cav3.1 conductance (

A

). 

C-E,

 The effects of 

705 

phosphatase blockers on Kv4.3 Vh. Bath application of 1 µM TTA-P2 induces a negative shift in 

706 

Kv4.3 Vh in the presence of 3 nM okadaic acid to block PP1/PP2A phosphatases (

C

), but not in 

707 

the presence of 30 µM BCI to block DUSP1/6 (

D

). Recordings in the presence of 30 µM BCI also 

708 

exhibit a negative shift in Kv4.3 Vh (

E

). 

F, 

Western blots indicating that BCI (30 µM) in the bath 

709 

blocks a reduction of pERK normally stimulated by a high [K]o-mediated depolarization (HK) in 

710 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

26 

 

Fmr1 

WT cells expressing the complex (cf. 

Fig. 3A

). 

G,

 The effects of blocking DUSP1/6 on 

711 

Kv4.3 Vh in the absence of Cav3.1 expression and direct manipulation of internal calcium 

712 

concentration in the electrode. Recording with a high level of buffered internal calcium (13 µM, 

713 

MaxChelator) in the electrode produces a positive shift in Kv4.3 Vh that is blocked in the 

714 

presence of 30 µM BCI in the bath to block DUSP1/6. Average values are mean ± S.E.M. with 

715 

sample sizes (n) indicated in bar plots. n.s., not significant, * 

p

 < 0.05;  *** 

p

 

< 0.001; Student’s 

716 

paired sample 

t

-test (

A, C-F

) and Student’s two sample 

t

-test (

B, G

). 

717 

 

718 

 

719 

Figure 5.  Cav3.1 calcium influx reduces Kv4.3 phosphorylation through a DUSP-ERK 

720 

pathway.  

721 

Shown are the effects of testing

 Fmr1 

WT cells coexpressing Cav3.1-Kv4.3-KChIP3 in either low 

722 

[K]o (LK) or high [K]o (HK) on phosphorylation of the indicated subunits. Results are shown in 

723 

Western blots (

A, C, E

) and mean bar plots (

B, D, F

) of the indicated proteins after 

724 

immunoprecipitation with different ERK substrate antibodies. 

A,

 

B, 

An anti-PXpTP motif (pThr) 

725 

antibody detects phosphorylation of FMRP (

A

), but the level of phosphorylated FMRP is not 

726 

affected by HK treatment (

B

). 

C, D, 

An anti PXS*P or S*PXR/K motif (pSer) antibody detects 

727 

phosphorylation of both Kv4.3 and FMRP (

C

), with HK stimulation increasing the level of pSer on 

728 

FMRP and decreasing the level on Kv4.3 (

D

). 

E,

 

F,

 Representative western blots (

E

) and mean 

729 

bar plots of the extent of phosphorylation at pSer sites in LK vs HK conditions (

F

). Pretreating 

730 

cells with 1 µM TTA-P2 or 30 µM BCI blocks the HK-induced reduction of Kv4.3 phosphorylation. 

731 

Abbreviations: LK, low potassium; HK, high potassium; BC, background control; IP, 

732 

immunoprecipitation; IB, immunoblotting. Average values are mean ± S.E.M. with sample sizes 

733 

(n) indicated in bar plots. n.s., not significant, * 

p

 

< 0.05; Student’s paired sample t-test. 

734 

 

735 

Figure 6. FMRP regulates excitability in cerebellar granule cells.

  The effects on spike 

736 

output of cerebellar granule cells in tissue slices of P22 -24 male WT and 

Fmr1 

KO mice 24 hr 

737 

following tail vein injection of vehicle or 1.0 mg/kg FMRP-N-tat. 

A

, Representative whole-cell 

738 

recordings indicate that tonic firing frequency in response to current injection is markedly 

739 

elevated in vehicle injected 

Fmr1 

KO mice compared to WT mice. Firing frequency is rescued in 

740 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

27 

 

granule cells of 

Fmr1 

KO mice 24 hr after FMRP-N-tat injection. 

B, 

Mean frequency-current (F/I) 

741 

plots of spike output for 1 sec long current injections. 

C

, Bar plots of mean maximal firing 

742 

frequency measured from the first 4 spike outputs with 16 pA current injection. 

D

, Bar plots of 

743 

rheobase current required to reach spike firing threshold. 

E

, Bar plots of mean decay tau of 

744 

spike output as a measure of the rate of repolarization with the rheobase current injection 

745 

required to trigger spike firing. Average values are mean ± S.E.M. with sample sizes (n) 

746 

indicated in brackets. n.s.; not significant; * 

p

 < 0.05, ** 

p

 < 0.01, and *** 

p

 < 0.001 (

C, D, E

); # 

p

 

747 

< 0.05 for 

Fmr1 

KO vehicle vs FMRP-N-tat injected firing rate (

B

);  Student’s two sample 

t

-test.  

748 

 

749 

Figure 7. DUSP6 expression in cerebellum is disrupted in Fmr1 KO cells but rescued by 

750 

reintroducing FMRP-N-tat

A,

 Low power immunolabel images for MAP-2 as a structural label 

751 

and DUSP6 in tissue sections of P60 WT mouse lobule 9 cerebellum showing DUSP6 

752 

expression in granule cells. 

B, C,

 Two representative Western blots of the relative expression 

753 

levels of DUSP6 in homogenates of 

Fmr1 

WT and KO tsA-201 cells (

B

) and P24-26 mouse 

754 

cerebellar WT and 

Fmr1 

KO tissue (

C

). Protein levels are normalized to levels of GAPDH (

B

755 

and 

𝛂

-tubulin (

C

). DUSP6 levels are lower in tsA-201 

Fmr1 

KO cells (

B

) and 

Fmr1 

KO 

756 

cerebellum compared to WT (

C

). Direct application of 70 nM FMRP-N-tat in tsA-201 culture cell 

757 

medium restores the level of DUSP6 (

B

), as found in 

Fmr1 

KO cerebellar tissue 24 hr after tail 

758 

vein injection of 1.0 mg/kg FMRP-N-tat (

C

). Average values are mean ± S.E.M. with sample 

759 

sizes (n) indicated in bar plots. n.s., not significant, * 

p

 < 0.05, ** 

p

 

< 0.01. Student’s two sample 

760 

t

-test. Mol, molecular layer; PCL, Purkinje cell layer; GCL, granule cell layer. Scale bars (

A

), 50 

761 

µm.  

762 

 

763 

 

764 

Figure 8.

  

Model of FMRP regulation of calcium-dependent modulation of Kv4 channels 

765 

via a DUSP-ERK pathway.

 Interactions shown are relevant to mouse cerebellar lobule 9 

766 

granule cells where Cav3.1, Kv4.3, KChIP3 and FMRP form a tight association at the plasma 

767 

membrane. 

A-C,

 Shown are interactions found at rest and in response to depolarization in WT 

768 

cells (

A, B

), and the effects of depolarization in the case of a loss of FMRP in FXS (

C

). 

A,

 Under 

769 

resting conditions, a low Cav3.1 conductance provides little activation of DUSP1/6 that leads to 

770 

an elevation of pERK. Both FMRP and Kv4.3 exhibit phosphorylation at MAPK consensus 

771 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

28 

 

sequence sites, promoting a hyperpolarizing shift in Kv4.3 Vh  (

white arrow

) that reduces IA 

772 

amplitude. 

B,

 Upon membrane depolarization Cav3.1 calcium conductance increases, activating 

773 

DUSP1/6 to reduce levels of pERK and MAPK phosphorylation of Kv4.3 at a pSer site, and an 

774 

increase in phosphorylation at a pSer site on FMRP. Accompanying this is a reduction of the 

775 

FMRP-KChIP3 association (

white arrow

) and a depolarizing shift in Kv4.3 Vh (

red filled arrow

776 

that increases IA amplitude. 

C, 

In Fragile X Syndrome a loss of FMRP from the complex and its 

777 

interactions with KChIP3 prevents all calcium-dependent regulation of Kv4.3 Vh and IA 

778 

amplitude (double arrows marked by X). In the 

Fmr1 

KO cerebellum the level of DUSP6 is 

779 

reduced but rescued along with function of the Cav3-Kv4 complex upon reintroducing the 

780 

FMRP(1-297) fragment as a tat-conjugated peptide. 

 

781 

 

782 

 

783 

 

784 

 

785 

 

786 

 

787 

 

788 

 

 

789 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

29 

 

 

790 

References 

791 

Adams JP, Anderson AE, Varga AW, Dineley KT, Cook RG, Pfaffinger PJ, Sweatt JD (2000) 

792 

The A-type potassium channel Kv4.2 is a substrate for the mitogen-activated protein kinase 

793 

ERK. J Neurochem 75:2277

–2287. 

794 

Anderson D, Engbers JD, Heath NC, Bartoletti TM, Mehaffey WH, Zamponi GW, Turner RW 

795 

(2013) The Cav3-Kv4 complex acts as a calcium sensor to maintain inhibitory charge 

796 

transfer during extracellular calcium fluctuations. J Neurosci 33:7811

–7824. 

797 

Anderson D, Mehaffey WH, Iftinca M, Rehak R, Engbers JD, Hameed S, Zamponi GW, Turner 

798 

RW (2010a) Regulation of neuronal activity by Cav3-Kv4 channel signaling complexes. Nat 

799 

Neurosci 13:333

–337. 

800 

Anderson D, Rehak R, Hameed S, Mehaffey WH, Zamponi GW, Turner RW (2010b) Regulation 

801 

of the KV4.2 complex by CaV3.1 calcium channels. Channels 4:163

–167. 

802 

An WF, Bowlby MR, Betty M, Cao J, Ling HP, Mendoza G, Hinson JW, Mattsson KI, Strassle 

803 

BW, Trimmer JS, Rhodes KJ (2000) Modulation of A-type potassium channels by a family of 

804 

calcium sensors. Nature 403:553

–556. 

805 

Asiminas A, Jackson AD, Louros SR, Till SM, Spano T, Dando O, Bear MF, Chattarji S, 

806 

Hardingham GE, Osterweil EK, Wyllie DJA, Wood ER, Kind PC (2019) Sustained correction 

807 

of associative learning deficits after brief, early treatment in a rat model of Fragile X 

808 

Syndrome. Sci Transl Med 11(494):eaao0498. 

809 

Bagni C, Greenough WT (2005) From mRNP trafficking to spine dysmorphogenesis: the roots of 

810 

fragile X syndrome. Nat Rev Neurosci 6:376

–387. 

811 

Cagnol S, Rivard N (2013) Oncogenic KRAS and BRAF activation of the MEK/ERK signaling 

812 

pathway promotes expression of dual-specificity phosphatase 4 (DUSP4/MKP2) resulting in 

813 

nuclear ERK1/2 inhibition. Oncogene 32:564

–576. 

814 

Callsen B, Isbrandt D, Sauter K, Hartmann LS, Pongs O, Bähring R (2005) Contribution of N- 

815 

and C-terminal Kv4.2 channel domains to KChIP interaction. J Physiol 568:397

–412. 

816 

Caunt CJ, Armstrong SP, Rivers CA, Norman MR, McArdle CA (2008) Spatiotemporal regulation 

817 

of ERK2 by dual specificity phosphatases. J Biol Chem 283:26612

–26623. 

818 

Caunt CJ, Keyse SM (2013) Dual-specificity MAP kinase phosphatases (MKPs): shaping the 

819 

outcome of MAP kinase signalling. FEBS J 280:489

–504. 

820 

Choi J, Park JH, Kwon OY, Kim S, Chung JH, Lim DS, Kim KS, Rhim H, Han YS (2005) T-type 

821 

calcium channel trigger p21ras signaling pathway to ERK in Cav3.1-expressed HEK293 

822 

cells. Brain Res 1054:22

–29. 

823 

Contractor A, Klyachko VA, Portera-Cailliau C (2015) Altered Neuronal and Circuit Excitability in 

824 

Fragile X Syndrome. Neuron 87:699

–715. 

825 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

30 

 

Cupolillo D, Hoxha E, Faralli A, De Luca A, Rossi F, Tempia F, Carulli D (2016) Autistic-Like 

826 

Traits and Cerebellar Dysfunction in Purkinje Cell PTEN Knock-Out Mice. 

827 

Neuropsychopharmacology 41:1457

–1466. 

828 

Curia G, Gualtieri F, Bartolomeo R, Vezzali R, Biagini G (2013) Resilience to audiogenic 

829 

seizures is associated with p-ERK1/2 dephosphorylation in the subiculum of Fmr1 knockout 

830 

mice. Front Cell Neurosci 7(46):1-13. 

831 

D’Angelo E, De Zeeuw CI (2009) Timing and plasticity in the cerebellum: focus on the granular 

832 

layer. Trends Neurosci 32:30

–40. 

833 

Deng P-Y, Klyachko VA (2021) Channelopathies in fragile X syndrome. Nat Rev Neurosci 

834 

22:275

–289. 

835 

D’Incal C, Broos J, Torfs T, Kooy RF, Vanden Berghe W (2022) Towards Kinase Inhibitor 

836 

Therapies for Fragile X Syndrome: Tweaking Twists in the Autism Spectrum Kinase 

837 

Signaling Network. Cells 11(8):1325, 1-45. 

838 

D’Mello AM, Stoodley CJ (2015) Cerebro-cerebellar circuits in autism spectrum disorder. Front 

839 

Neurosci 9(408):1-18. 

840 

Ferron L, Ruchon Y, Renaud J-F, Capuano V (2011) T-type Ca

2

+ signalling regulates 

841 

aldosterone-induced CREB activation and cell death through PP2A activation in neonatal 

842 

cardiomyocytes. Cardiovasc Res 90:105

–112. 

843 

Gallagher A, Hallahan B (2012) Fragile X-associated disorders: a clinical overview. J Neurol 

844 

259:401

–413. 

845 

Gall D, Roussel C, Susa I, D’Angelo E, Rossi P, Bearzatto B, Galas MC, Blum D, Schurmans S, 

846 

Schiffmann SN (2003) Altered neuronal excitability in cerebellar granule cells of mice 

847 

lacking calretinin. J Neurosci 23:9320

–9327. 

848 

Garrido JA, Ros E, D’Angelo E (2013) Spike timing regulation on the millisecond scale by 

849 

distributed synaptic plasticity at the cerebellum input stage: a simulation study. Front 

850 

Comput Neurosci 7:64. 

851 

Gibson JM, Vazquez AH, Yamashiro K, Jakkamsetti V, Ren C, Lei K, Dentel B, Pascual JM, Tsai 

852 

PT (2023) Cerebellar contribution to autism-relevant behaviors in fragile X syndrome 

853 

models. Cell Rep 42(113533):1-17. 

854 

Giovannucci A, Badura A, Deverett B, Najafi F, Pereira TD, Gao Z, Ozden I, Kloth AD, 

855 

Pnevmatikakis E, Paninski L, De Zeeuw CI, Medina JF, Wang SS (2017) Cerebellar granule 

856 

cells acquire a widespread predictive feedback signal during motor learning. Nat Neurosci 

857 

20(5):727-734. 

858 

Graef JD, Wu H, Ng C, Sun C, Villegas V, Qadir D, Jesseman K, Warren ST, Jaenisch R, 

859 

Cacace A, Wallace O (2019) Partial FMRP expression is sufficient to normalize neuronal 

860 

hyperactivity in Fragile X neurons. Eur J Neurosci. 51(10):2143-2157. 

861 

Hahn K, Miranda M, Francis VA, Vendrell J, Zorzano A, Teleman AA (2010) PP2A regulatory 

862 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

31 

 

subunit PP2A-

B’ counteracts S6K phosphorylation. Cell Metab 11:438–444. 

863 

Hampson DR, Hooper AWM, Niibori Y (2019) The Application of Adeno-Associated Viral Vector 

864 

Gene Therapy to the Treatment of Fragile X Syndrome. Brain Sci 9(2):32, 1-15. 

865 

Heath NC, Rizwan AP, Engbers JD, Anderson D, Zamponi GW, Turner RW (2014) The 

866 

expression pattern of a Cav3-Kv4 complex differentially regulates spike output in cerebellar 

867 

granule cells. J Neurosci 34:8800

–8812. 

868 

Jerng HH, Kunjilwar K, Pfaffinger PJ (2005) Multiprotein assembly of Kv4.2, KChIP3 and DPP10 

869 

produces ternary channel complexes with ISA-like properties. J Physiol 568:767

–788. 

870 

Kim SH, Markham JA, Weiler IJ, Greenough WT (2008) Aberrant early-phase ERK inactivation 

871 

impedes neuronal function in fragile X syndrome. Proc Natl Acad Sci U S A 105:4429

–4434. 

872 

Koekkoek SK et al. (2005) Deletion of FMR1 in Purkinje cells enhances parallel fiber LTD, 

873 

enlarges spines, and attenuates cerebellar eyelid conditioning in Fragile X syndrome. 

874 

Neuron 47:339

–352. 

875 

Liu X, Kumar V, Tsai N-P, Auerbach BD (2021) Hyperexcitability and Homeostasis in Fragile X 

876 

Syndrome. Front Mol Neurosci 14:805929. 

877 

Mapelli L, Soda T, D’Angelo E, Prestori F (2022) The Cerebellar Involvement in Autism 

878 

Spectrum Disorders: From the Social Brain to Mouse Models. Int J Mol Sci 23(7):3894, 1-

879 

34. 

880 

Markwalter KH, Yang Y, Holy TE, Bonni A (2019) Sensorimotor Coding of Vermal Granule 

881 

Neurons in the Developing Mammalian Cerebellum. J Neurosci 39:6626

–6643. 

882 

Martín R, Suárez-Pinilla AS, García-Font N, Laguna-Luque ML, López-Ramos JC, Oset-Gasque 

883 

MJ, Gruart A, Delgado-García JM, Torres M, Sánchez-Prieto J (2023) The activation of 

884 

mGluR4 rescues parallel fiber synaptic transmission and LTP, motor learning and social 

885 

behavior in a mouse model of Fragile X Syndrome. Mol Autism 14(14):1-21. 

886 

Molina G, Vogt A, Bakan A, Dai W, Queiroz de Oliveira P, Znosko W, Smithgall TE, Bahar I, 

887 

Lazo JS, Day BW, Tsang M (2009) Zebrafish chemical screening reveals an inhibitor of 

888 

Dusp6 that expands cardiac cell lineages. Nat Chem Biol 5:680

–687. 

889 

Molineux ML, Fernandez FR, Mehaffey WH, Turner RW (2005) A-type and T-type currents 

890 

interact to produce a novel spike latency-voltage relationship in cerebellar stellate cells. J 

891 

Neurosci 25:10863

–10873. 

892 

Molineux ML, McRory JE, McKay BE, Hamid J, Mehaffey WH, Rehak R, Snutch TP, Zamponi 

893 

GW, Turner RW (2006) Specific T-type calcium channel isoforms are associated with 

894 

distinct burst phenotypes in deep cerebellar nuclear neurons. Proc Natl Acad Sci U S A 

895 

103:5555

–5560. 

896 

Murari K, Abushaibah A, Rho JM, Turner RW, Cheng N (2023) A clinically relevant selective 

897 

ERK-pathway inhibitor reverses core deficits in a mouse model of autism. EBioMedicine 

898 

91(104565):1-17. 

899 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

32 

 

Narayanan U, Nalavadi V, Nakamoto M, Pallas DC, Ceman S, Bassell GJ, Warren ST (2007) 

900 

FMRP phosphorylation reveals an immediate-early signaling pathway triggered by group I 

901 

mGluR and mediated by PP2A. J Neurosci 27:14349

–14357. 

902 

Osterweil EK, Chuang SC, Chubykin AA, Sidorov M, Bianchi R, Wong RK, Bear MF (2013) 

903 

Lovastatin corrects excess protein synthesis and prevents epileptogenesis in a mouse 

904 

model of fragile X syndrome. Neuron 77:243

–250. 

905 

Peter S, Ten Brinke MM, Stedehouder J, Reinelt CM, Wu B, Zhou H, Zhou K, Boele H-J, 

906 

Kushner SA, Lee MG, Schmeisser MJ, Boeckers TM, Schonewille M, Hoebeek FE, De 

907 

Zeeuw CI (2016) Dysfunctional cerebellar Purkinje cells contribute to autism-like behaviour 

908 

in Shank2-deficient mice. Nat Commun 7(12627):1-14. 

909 

Pioletti M, Findeisen F, Hura GL, Minor DL Jr (2006) Three-dimensional structure of the KChIP1-

910 

Kv4.3 T1 complex reveals a cross-shaped octamer. Nat Struct Mol Biol 13:987

–995. 

911 

Rizwan AP, Zhan X, Zamponi GW, Turner RW (2016) Long-term potentiation at the mossy fiber-

912 

granule cell relay invokes postsynaptic second-messenger regulation of Kv4 channels. J 

913 

Neurosci 36:11196

–11207. 

914 

Rubinfeld H, Seger R (2005) The ERK cascade: a prototype of MAPK signaling. Mol Biotechnol 

915 

31:151

–174. 

916 

Sang L, Qin W, Liu Y, Han W, Zhang Y, Jiang T, Yu C (2012) Resting-state functional 

917 

connectivity of the vermal and hemispheric subregions of the cerebellum with both the 

918 

cerebral cortical networks and subcortical structures. Neuroimage 61:1213

–1225. 

919 

Scannevin RH et al. (2004) Two N-terminal domains of Kv4 K(+) channels regulate binding to 

920 

and modulation by KChIP1. Neuron 41:587

–598. 

921 

Schrader LA, Anderson AE, Mayne A, Pfaffinger PJ, Sweatt JD (2002) PKA modulation of 

922 

Kv4.2-encoded A-type potassium channels requires formation of a supramolecular complex. 

923 

J Neurosci 22:10123

–10133. 

924 

Schrader LA, Birnbaum SG, Nadin BM, Ren Y, Bui D, Anderson AE, David Sweatt J (2006) 

925 

ERK/MAPK regulates the Kv4.2 potassium channel by direct phosphorylation of the pore-

926 

forming subunit. American Journal of Physiology-Cell Physiology 290:C852

–C861. 

927 

Sgritta M, Locatelli F, Soda T, Prestori F, D’Angelo EU (2017) Hebbian Spike-Timing Dependent 

928 

Plasticity at the Cerebellar Input Stage. J Neurosci 37:2809

–2823. 

929 

Shah S, Sharp KJ, Raju Ponny S, Lee J, Watts JK, Berry-Kravis E, Richter JD (2023) Antisense 

930 

oligonucleotide rescue of CGG expansion-dependent FMR1 mis-splicing in fragile X 

931 

syndrome restores FMRP. Proc Natl Acad Sci U S A 120(e2302534120):1-11. 

932 

Sharma A, Rahman G, Gorelik J, Bhargava A (2023) Voltage-Gated T-Type Calcium Channel 

933 

Modulation by Kinases and Phosphatases: The Old Ones, the New Ones, and the Missing 

934 

Ones. Cells 2(3):461, 1-123. 

935 

Stoodley CJ, D’Mello AM, Ellegood J, Jakkamsetti V, Liu P, Nebel MB, Gibson JM, Kelly E, 

936 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

33 

 

Meng F, Cano CA, Pascual JM, Mostofsky SH, Lerch JP, Tsai PT (2017) Altered cerebellar 

937 

connectivity in autism and cerebellar-mediated rescue of autism-related behaviors in mice. 

938 

Nat Neurosci 20:1744

–1751. 

939 

Sundberg M, Tochitsky I, Buchholz DE, Winden K, Kujala V, Kapur K, Cataltepe D, Turner D, 

940 

Han M-J, Woolf CJ, Hatten ME, Sahin M (2018) Purkinje cells derived from TSC patients 

941 

display hypoexcitability and synaptic deficits associated with reduced FMRP levels and 

942 

reversed by rapamycin. Mol Psychiatry 23:2167

–2183. 

943 

Tsai PT, Hull C, Chu Y, Greene-Colozzi E, Sadowski AR, Leech JM, Steinberg J, Crawley JN, 

944 

Regehr WG, Sahin M (2012) Autistic-like behaviour and cerebellar dysfunction in Purkinje 

945 

cell Tsc1 mutant mice. Nature 488:647

–651. 

946 

Tsai PT, Rudolph S, Guo C, Ellegood J, Gibson JM, Schaeffer SM, Mogavero J, Lerch JP, 

947 

Regehr W, Sahin M (2018) Sensitive Periods for Cerebellar-Mediated Autistic-like 

948 

Behaviors. Cell Rep 25:357

–367.e4. 

949 

Turner RW, Asmara H, Engbers JDT, Miclat J, Rizwan AP, Sahu G, Zamponi GW (2016) 

950 

Assessing the role of IKCa channels in generating the sAHP of CA1 hippocampal pyramidal 

951 

cells. Channels 10:313

–319. 

952 

Vierra NC, Trimmer JS (2022) Ion Channel Partnerships: Odd and Not-So-Odd Couples 

953 

Controlling Neuronal Ion Channel Function. Int J Mol Sci 23:1-19  

954 

Wagner MJ, Kim TH, Savall J, Schnitzer MJ, Luo L (2017) Cerebellar granule cells encode the 

955 

expectation of reward. Nature 544:96

–100. 

956 

Wang H, Yan Y, Liu Q, Huang Y, Shen Y, Chen L, Chen Y, Yang Q, Hao Q, Wang K, Chai J 

957 

(2007) Structural basis for modulation of Kv4 K+ channels by auxiliary KChIP subunits. Nat 

958 

Neurosci 10:32

–39. 

959 

Xie N, Gong H, Suhl JA, Chopra P, Wang T, Warren ST (2016) Reactivation of FMR1 by 

960 

CRISPR/Cas9-Mediated Deletion of the Expanded CGG-Repeat of the Fragile X 

961 

Chromosome. PLoS One 11(e0165499):1-12. 

962 

Yamasue H, Aran A, Berry-Kravis E (2019) Emerging pharmacological therapies in fragile X 

963 

syndrome and autism. Curr Opin Neurol 32:635

–640. 

964 

Yang Y-M, Arsenault J, Bah A, Krzeminski M, Fekete A, Chao OY, Pacey LK, Wang A, Forman-

965 

Kay J, Hampson DR, Wang L-Y (2018) Identification of a molecular locus for normalizing 

966 

dysregulated GABA release from interneurons in the Fragile X brain. Mol Psychiatry 

967 

25(9):2017-2035. 

968 

Yrigollen CM, Davidson BL (2019) CRISPR to the Rescue: Advances in Gene Editing for the 

969 

FMR1 Gene. Brain Sci 9(1):17, 1-14. 

970 

Zhan X, Asmara H, Cheng N, Sahu G, Sanchez E, Zhang F-X, Zamponi GW, Rho JM, Turner 

971 

RW (2020a) FMRP(1-297)-tat restores ion channel and synaptic function in a model of 

972 

Fragile X syndrome. Nat Commun 11(2755):1-16. 

973 

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

JNeurosci Accepted Manuscript

JNEUROSCI.0136-24.2024.full-html.html
background image

JNeurosci Accepted Manuscript