background image

© The Author(s) 2024. Published by Oxford University Press  on beha lf of the Gua ra ntors of Bra in. All rights 

reserved. For commercia l re-use, plea se conta ct reprints@oup.com for reprints a nd tra nsla tion rights for 

reprints. All  other permissions ca n be obta ined through our RightsLink service via  the Permissions link  on the 

a rticle pa ge on our site—for further informa tion plea se conta ct journa ls.permissions@oup.com. This a rticle is 

published a nd distributed under the terms of the Oxford University Press, Sta n da rd Journa ls Publica tion Model 

(https://aca demic.oup.com/pa ges/sta nda rd-publica tion-reuse-rights) 

Hippocampal excitation-inhibition balance underlies the 

5-HT

2C

 receptor in modulating depressive behaviours

 

Hu-Jiang Shi,

1,2,†

 Yi-Ren Xue,

1,† 

Hua Shao,

1,†

 Cheng Wei,

3,†

 Ting Liu,

1

 Jie He,

1

 Yu-Hao 

Yang,

1

 Hong-Mei Wang,

1

 Na Li,

Si-Qiang Ren,

3

 Lei Chang,

4

 Zhen Wang

2

 and Li-Juan Zhu

1,2

 

These authors contributed equally to this work. 

Abstract 

The  implication  of  5-hydroxytryptamine  2C  receptor  (5-HT

2C

R)  in  depression  is  a  topic  of 

debate,  and  the  underlying  mechanisms  remain  largely  unclear.  We  now  elucidate 

hippocampal  excitation-inhibition  (E/I)  balance  underlies  the  regulatory  effects  of  5-HT

2C

in depression.  

10 

Molecular biological analyses showed that chronic mild  stress (CMS) reduced the expression 

11 

of 5-HT

2C

R in hippocampus. We revealed that inhibition of 5-HT

2C

R induced depressive-like 

12 

behaviors,  reduced  GABA  release  and  shifted  the  E/I  balance  toward s  excitation  in  CA3 

13 

pyramidal  neurons  by  using  behavioral  analyses,  microdialysis  coupled  with mass spectrum, 

14 

and  electrophysiological  recording.  Moreover,  5-HT

2C

R  modulated  neuronal  nitric  oxide 

15 

synthase  (nNOS)-carboxy-terminal  PDZ  ligand  of  nNOS  (CAPON)  interaction  through 

16 

influencing  intracellular  Ca

2+ 

release,  as  determined  by  fiber  photometry  and 

17 

coimmunoprecipitation.  Notably,  disruption  of  nNOS-CAPON  by  specific  small  molecule 

18 

compound  ZLc-002  or  AAV-CMV-CAPON-125C-GFP,  abolished  5-HT

2C

R  inhibition-

19 

induced  depressive-like  behaviors,  as  well  as  the  impairment  in  soluble  N-ethylmaleimide-

20 

sensitive  factor  attachment  protein  receptor  (SNARE)  complex  assembly-mediated  GABA 

21 

vesicle  release  and  a  consequent  E/I  imbalance.  Importantly,  optogenetic  inhibition  of CA3 

22 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

GABAergic  neurons prevented the effects of AAV-CMV-CAPON-125C-GFP on depressive 

behaviors in the presence of 5-HT

2C

R antagonist. 

Conclusively,  our  findings  disclose  the  regulatory  role  of  5-HT

2C

R  in  depressive-like 

behaviors and highlight the hippocampal nNOS-CAPON coupling-triggered E/I imbalance as 

a pivotal cellular  event underpinning the behavioral consequences of 5-HT

2C

R inhibition. 

 

Author affiliations: 

1  Key  Laboratory  of  Developmental  Genes  and  Human  Diseases,  MOE,  Department  of 

Histology  and  Embryology,  Department  of  Pharmacy,  Zhongda  Hospital,  School  of 

Medicine, Southeast University, Nanjing, Jiangsu, 210009, China 

10 

2  Shanghai  Mental  Health  Center,  Shanghai  Jiao  Tong  University  School  of  Medicine, 

11 

Shanghai, 201108, China 

12 

3  Guangdong-Hong  Kong-Macao  Greater  Bay  Area  Center  for  Brain  Science  and  Brain-

13 

Inspired  Intelligence;  Key  Laboratory  of  Mental  Health  of  the  Ministry  of  Education; 

14 

Guangdong Province Key Laboratory of Psychiatric Disorders, Southern Medical University, 

15 

Guangzhou, 510515, Guangdong, China  

16 

4  Department  of  Pharmacology,  School  of  Pharmacy,  Nanjing  Medical University, Nanjing, 

17 

Jiangsu, 210009, China 

18 

 

19 

Correspondence to: Li-Juan Zhu 

20 

Key  Laboratory  of  Developmental  Genes  and  Human  Diseases,  MOE,  Department  of 

21 

Histology  and  Embryology,  Department  of  Pharmacy,  Zhongda  Hospital,  School  of 

22 

Medicine, Southeast University, Nanjing, Jiangsu, 210009, China 

23 

E-mail:  zhulj@seu.edu.cn 

24 

 

25 

Correspondence may also be addressed to: Zhen Wang

  

26 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

Shanghai  Mental  Health  Center,  Shanghai  Jiao  Tong  University  School  of  Medicine, 

Shanghai, 201108, China

 

E-mail:  wangzhen@smhc.org.cn 

 

Running title

:  5-HT

2C

R regulated E/I balance in depression

 

Keywords: 

5-HT

2C

  receptor;  depression;  excitation-inhibition  balance;  neurotransmitter 

release;  nNOS-CAPON coupling 

 

Introduction 

According to the Global Burden of Diseases, Injuries, and Risk Factors Study (GBD) 2019, 

10 

depressive disorder is one of the most disabling mental disorders, with ranking among top 25 

11 

leading causes of global burden of disease.

1

 Moreover, the COVID-19 pandemic in 2020 has 

12 

led to a 27.6% increase in the prevalence of depression,

2

 further increasing the economic and 

13 

social  burden  on  society.  Unfortunately,  the  understanding  of  the  pathophysiological 

14 

mechanisms  underlying the depressive disorder remains elusive; meanwhile there is currently 

15 

lack  of  effective  and  safe  drugs  in  clinic.  Since  the  proposal of the serotonin hypothesis of 

16 

depression,  abnormal  serotonergic  signalling  has  been  considered  as  a  risk  factor  for  the 

17 

pathogenesis  of  depressive  disorder.

3

 Among the numerous serotonin (5-hydroxytryptamine, 

18 

5-HT)  receptors,  the  involvement  of  5-HT

2C

  receptor  (5-HT

2C

R)  in  depression  is  of  great 

19 

interest.

4

  

20 

A majority of the literature about 5-HT

2C

R in depression extends from the investigations in 

21 

the  postmortem  brains  of  patients with major depressive disorder and the animal researches. 

22 

Clinical discoveries have revealed the down-regulated 

HTR2C

 expression within the brains of 

23 

patients  with  depression.

5,6

  Moreover,  a  notable  increase  of  the  dysfunctional  5-HT

2C

24 

isoforms  generated  by  pre-mRNA  editing,  which  could  reduce  receptor  activity  primarily 

25 

through diminishing both agonist potency and G-protein coupling activity, has been observed 

26 

in  the  brains  of  depressed  suicide  individuals.

5

 However, there are also studies reported the 

27 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

inconsistent  findings,  such  as  increased 

HTR2C

  expression  in  the  frontal  cortex  of  suicidal 

individuals  or  unchanged  5-HT

2C

R  pre-mRNA  editing  in  the  frontal  cortex  of  individuals 

with  major  depression.

5,7

  Animal  studies  have  also  demonstrated  inconsistent  findings 

regarding  the  role  of  5-HT

2C

R  in  depressive  behaviors  when  using  its  agonists  or 

antagonists.

5

  Although  these  findings  evidence  a  close  association  between  5-HT

2C

R  and 

depressive  disorder,  the  precise  effect  and  underlying  mechanisms  of  5-HT

2C

R  in  the 

modulation of depressive behaviors remain  to be elucidated.  

Extensive  studies  have  emphasized  the  importance  of  the  excitation-inhibition  (E/I) 

balance,  orchestrated  by  the  neurotransmitters  glutamate  and  GABA  in  maintaining  the 

normal  function  of  the  brain.

8

  Disruption  of  the  E/I  balance  is  thought  to  be  a  pivotal 

10 

pathological  basis  of  depressive  disorder.

8

  Studies  have  shown  that  5-HT  regulates  E/I 

11 

balance  in  cortical  pyramidal  neurons,  with  different  modulation  observed  across  various 

12 

subtypes  of  5-HT  receptors.

9,10

  Notably,  the  blockade  of  5-HT

2A

  receptors  produced  the 

13 

opposite  effects  on  the  E/I  balance  of  cortical  pyramidal  neurons  in  layer  2/3  and  layer  6, 

14 

respectively.  Conversely,  blocking  5-HT

3

  receptors  led  to  a  shift  of  the  E/I  balance  toward 

15 

excitation in layer 2/3.

9

 Additionally, there is study reported that optogenetic activation of 5-

16 

HT

2C

R-coupled  G

q

  signals  in  GABAergic  neurons  in  dorsal  raphe  nucleus  (DRN)  reduced 

17 

local  serotonergic  firing and alleviated the anxiety-like behaviors.

11

 However, the effect and 

18 

underlying mechanisms  of 5-HT

2C

R on hippocampal E/I balance are unknown.  

19 

Evidence indicated that the abnormal vesicle release of GABA and glutamate is implicated 

20 

in  E/I  imbalance.

8

  Soluble  N-ethylmaleimide-sensitive  factor  attachment  protein  receptor 

21 

(SNARE)  complex,  formed  by  the  assembly  of  v-SNARE  (synaptobrevin/VAMP)  on 

22 

synaptic  vesicles  and  t-SNARE  (syntaxin 1 and SNAP-25) on the presynaptic membrane, is 

23 

crucial  in  synaptic  vesicle  fusion  and  neurotransmitter  exocytosis.

12

  Therefore,  we  here 

24 

sought  to  explore  whether  5-HT

2C

R  regulates  the  E/I  balance  by  affecting  the  SNARE 

25 

assembly-mediated neurotransmitter release.   

26 

Notably,  we  recently  reported  that  hippocampal  neuronal  nitric  oxide  synthase  (nNOS)-

27 

carboxy-terminal  PDZ  ligand  of  nNOS  (CAPON)  association  mediates  synaptogenic  and 

28 

anxiety-behaviors.

13-15

 Here, we confirmed that 5-HT

2C

R modulates the hippocampal nNOS-

29 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

CAPON  coupling  via  affecting  intracellular Ca

2+

 release. Additionally, we also investigated 

whether  nNOS-CAPON  coupling  is  involved  in  5-HT

2C

R-modulated  SNARE  assembly-

mediated  neurotransmitters  vesicle  release  and  E/I  balance,  as  well  as  depressive-like 

behaviors.  Collectively,  our  findings  identify  that  hippocampal  nNOS-CAPON  coupling 

induced-E/I imbalance underlies the behavioral consequences of 5-HT

2C

R inhibition. 

 

Materials and methods 

Animals 

Young  adult  C57BL/6J  male  mice  (6 weeks, 18-22g) (RRID: IMSR_JAX:000664, from the 

GemPharmatech Co., Ltd., Jiangsu, China) and ICR male mice (6–7 weeks, 22-26g) (RRID: 

10 

MGI:2160272,  from  Shanghai  SLAC  Laboratory Animal  Co.,  Ltd.,  Shanghai,  China)  were 

11 

housed  in  a  12  h  light/dark  cycle  with  access to food and water 

ad libitum

. ICR male mice 

12 

were  used for chronic mild stress (CMS) model. All procedures involving the use of animals 

13 

were approved by the Institutional Animal Care and Use Committee of Southeast University 

14 

(IACUC-20210307011). 

 

15 

Drugs 

16 

5-HT

2C

R  antagonist  SB242084  (Cat#  HY-13409A),  RS-102221  (Cat#  HY-101365A)  and 

17 

agonist  CP809101  (Cat#  HY-15543A),  Calcimycin  (A-23187,  Cat#  HY-N6687)  and 

18 

Xestospongin  C  (Cat#  HY-103312)  were  purchased  from  MedChemExpress  (New  Jersey, 

19 

USA)  and  were  dissolved  in saline. ZLc-002, a small molecular inhibitor of nNOS-CAPON 

20 

interaction,  was  designed  and  synthesized  in  our  laboratory.

15

  SB242084  (1  mg/kg),  RS-

21 

102221  (2  mg/kg)  and  CP809101  (1  mg/kg)  were  injected  into  mice intraperitoneally. ZLc-

22 

002  (10  µM),  A-23187  (5  µM)  and  Xestospongin  C  (5  µM)  were  delivered  into  the 

23 

hippocampus  of  mice  by  microinjection  as  described  previously.

14,15

  Tamoxifen  (75  mg/kg, 

24 

Cat#  T5648,  Sigma  Aldrich,  Missouri,  USA)  was  given  as  a  solution  in  corn  oil  (Cat# 

25 

C116023, Aladdin, Shanghai, China) to mice intraperitoneally for 7 consecutive days. 

26 

Virus vectors, surgery and intrahippocampal injection 

27 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

Adeno-associated  virus  (AAV)-cytomegalovirus  (CMV)-CAPON-125C-GFP-3Flag  (1  μl, 

titer  2.14×10

13 

vg/ml)  was  generated  by  GeneChem Co, Ltd (Shanghai, China).  The rAAV-

EF1a-DIO-TeNT(tettoxlc)-P2A-EGFP-WPREs  (PT-2434,  300  nl,  titer  5.94×10

12 

vg/ml), 

rAAV-hsyn-creERT2-WPRE-hGH pA (PT-1868, 300 nl, titer 5.00×10

12 

vg/ml), rAAV-mDLx-

eNpHR3.0-EYFP-WPRE-hGH pA (PT-0337, 200 nl, titer 5.87×10

12 

vg/ml) and rAAV-hsyn-

GCaMP6s-WPRE-hGH  pA  (PT-0145,  300  nl,  titer  5.27×10

12 

vg/ml)  were  purchased  from 

BrainVTA Co, Ltd (Wuhan, China).  

Surgeries  were  performed  as previously described.

13,14,16

 Briefly, the animals were placed 

in  the  stereotaxic  instrument  (Cat#  68030,  RWD  Life  Science,  Shenzhen,  China)  and  kept 

anesthetized  with  isoflurane  (1%)  during  virus  injection.  The  skull  above  the targeted areas 

10 

was  opened  with  a  dental  drill  carefully.  Injections  were  performed  via  Hamilton  syringe 

11 

(Cat#  87925,  Hamilton,  Germany)  connected  to  a  syringe  pump  (Cat#  78-3180,  LEGATO 

12 

130,  KD  Scientific,  USA).  The  virus  was  directly  delivered  into the hippocampal DG (AP: 

13 

−2.3  mm;  ML:  ±1.4  mm;  DV:  −2.0  mm)  or  CA3  (AP:  −2.3  mm;  ML:  ±2.6  mm;  DV:  −2.5 

14 

mm)  at  a  rate  of  50  nl/min.  The  bilateral  guide  cannulas  (O.D.  0.48  mm  ×  I.D.  0.34 

15 

mm/M3.5,  C  =  2.0  mm,  Cat#  62003;  O.D.  0.3  mm/M3.5,  G  =  0,  Cat#  62102,  RWD  Life 

16 

Science) for intrahippocampal infusion and , optical fibers (O.D. 200 μm, NA = 0.37; length 

17 

2.0  mm, Inper, Hangzhou, China) for fiber photometry recordings were implanted above the 

18 

DG  (AP:  −2.3  mm;  ML:  ±1.4  mm;  DV:  −1.8  mm),  and  optical fibers (O.D. 200 μm, NA = 

19 

0.37;  length  2.0  mm,  Inper,  Hangzhou,  China)  for  optogenetic  inhibition  were  implanted 

20 

above the CA3 (AP: −2.3 mm; ML: ±2.6 mm; DV: −2.1 mm). The cannulas and optical fibers 

21 

were secured to the skull using dental cement. 

22 

Chronic mild stress and behavioral tests 

23 

The  CMS  procedure  and  behavioral  tests  were  performed  as  described  in  our  previous 

24 

studies.

13,14,17

  

25 

In  detail,  the  open  field  test  (OFT)  was  performed  in a square chamber (40×40 cm), and 

26 

each mouse was allowed to move freely for 30 min. The movement of the mice was recorded 

27 

using  a  digital  camera  and  the  total  locomotor  activity  was  analyzed  with  EthoVision  11.5 

28 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

(Noldus).  The tail suspension test (TST) was conducted by suspending the mice on a station 

(60  cm  above  the  floor)  for  6  min. After  1  min  of  acclimatization,  the  performance  of  the 

mice  was  recorded  by  a  camera for 6 min and the total immobility time was analyzed using 

PhenoScan  Series  (Clever  Syn.  Inc).  The  forced  swim  test (FST) was performed by placing 

mice into a clear glass cylinder (height 20 cm, diameter 17 cm) containing water at a depth of 

10  cm  (23-25  °C)  and  recorded  for  5  min.  The  total  immobility  time  was  analyzed  using 

PhenoScan  Series  (Clever  Syn.  Inc).  The  sucrose  preference  test  (SPT)  was  performed  as 

follow:  mice  were  initially  habituated  to  drinking  water  and  1%  sucrose  solution  for  two 

days, followed with deprivation of water for 24 h. The mice were then given free access to a 

two-bottle  choice  of drinking water or 1% sucrose solution in the dark phase for 12 h. Total 

10 

consumption  of  each  solution  was  measured  and  sucrose  preference  rate  was  calculated as: 

11 

consumption of sucrose ×100%/total consumption of sucrose and water.   

12 

The behavioral tests were performed during the dark phase of the light/dark cycle (18:00 to 

13 

23:00),  and  the  plate  was  cleaned  with  70%  ethyl  alcohol  (EtOH)  after  each  trail.    The 

14 

investigators were blinded to the treatment group during the experiments and analysis.  

15 

Western blot analysis 

16 

Western  blot  analysis  was  performed  as  described  previously.

13

  Briefly,  the  hippocampal 

17 

tissues were quickly removed from mice on the ice and then lysed with RIPA (Cat# P0013C, 

18 

Beyotime  Biotechnology,  Shanghai,  China).  The  sample  proteins  were  determined  the 

19 

concentrations  with  the  BCA  Protein  Assay  Kit  (Cat#23227,  Thermo  Fisher  Scientific, 

20 

Massachusetts, USA), followed by loading on 10% SDS-PAGE gels for electrophoresis, and 

21 

then  transferred  to  the  PVDF  membrane  (Cat#  IPVH00010,  Millipore  Bioscience Research 

22 

Reagents,  California,  USA).  The  membranes  were  incubated  with  primary  antibodies 

23 

overnight at 4 °C after blocking with 5% skimmed milk. The primary antibodies used were as 

24 

follows:  rabbit  anti-5-HT2CR  (1:2000;  Cat#  sc-17797,  RRID:  AB_628241,  Santa  Cruz 

25 

Biotechnology,  Texas,  USA),  rabbit  anti-nNOS  (1:2000;  Cat# AB5380,  RRID: AB_91824, 

26 

Millipore  Bioscience  Research  Reagents),  rabbit  anti-CAPON  (1:10000;  Cat#  ab190686, 

27 

RRID:  AB_2713895,  Abcam,  MA,  USA),  mouse  anti-SNAP25  antibody  (1:20000,  Cat# 

28 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

111011,  RRID:  AB_887794,  Synaptic  Systems,  Gottingen,  Germany),  mouse  anti-Syntaxin 

1A  antibody  (1:10000,  Cat#  110111,  RRID:  AB_887848,  Synaptic  Systems),  mouse  anti-

VAMP2 antibody (1:10000, Cat# 104211, RRID: AB_887811, Synaptic Systems), rabbit anti-

β-actin  antibody  (1:40000;  Cat#  ab8227,  RRID:  AB_2305186,  Abcam).  Horseradish 

peroxidase-linked  secondary  antibodies  (Cat#  GAR007,  RRID:  AB_2827833;  Cat# 

GAM0072, RRID: AB_2827834, MultiSicences, Zhejiang, China) were used for detection by 

enhanced  chemiluminescence  (Cat#  34577,  Thermo  Fisher  Scientific).  In statistical analysis, 

chemifluorescence  was  detected  by  Tanon-5200  Imaging  system  (Tanon  Science  & 

Technology, Shanghai, China). 

Coimmunoprecipitation (CO-IP) 

10 

The  CO-IP  assay  was  performed  as  described  previously,

13,15,18

  with  minor  modifications. 

11 

The  hippocampal  tissues  were  lysed  with  lysis  buffer A  (Cat#  R0278;  Sigma-Aldrich)  and 

12 

then centrifuged to obtain the protein supernatants. The supernatants were pre-incubated with 

13 

mouse anti-nNOS antibody (1:50; Cat# 610308, RRID: AB_397700, 5 μg, BD Transduction 

14 

Laboratories,  NJ)  overnight,  and  then  incubated  with  protein  G-Sepharose  beads  (Cat# 

15 

P7700; Sigma-Aldrich) for another 6 h at 4 °C. The complexes were centrifuged at 5000 × g 

16 

and  washed  with  PBS  for  5  times  to  remove  proteins  that  adhered  non-specifically  to  the 

17 

beads, and then boiled in loading buffer at 100 °C to elute the bounded proteins. The analysis 

18 

was conducted by western blot.

 

19 

Isolation of synaptosomes and SNARE complex detection 

20 

Synaptosomes  were  prepared  as  described  previously  with  some  modifications.

13,19

  The 

21 

hippocampal  tissues  were  rapidly  removed  and  lysed  in  prepared  lysis  buffer  (0.32  M 

22 

sucrose, 1 mM NaHCO

3

, 1 mM MgCl

2

, 0.5 mM CaCl

2

, 1 mM PMSF and protease inhibitors) 

23 

with  Tissuelyser  at  4  °C.  The  lysates  were  centrifuged  at  500  ×  g  for  2  min  to  collect  the 

24 

supernatants, and then centrifuged at 10,100 × g for 10 min to obtain the pellets. The pellets 

25 

were  re-suspended  in  0.32  M  sucrose,  then  layered  onto  0.8  M  sucrose.  The  synaptosomes 

26 

were collected from the 0.8 M sucrose fraction after centrifuging at 9100 × g for 15 min, and 

27 

then centrifuged at 12000 × g for 15 min and resuspended in SDS-lysis buffer.  Synaptosomes 

28 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

samples  were  boiled  in  loading  buffer  at 100 °C and then immunoblotted together with the 

non-boiled samples. 

The  SNARE  complex  assembly  was  analyzed  with  reference  to  previous  studies.

20

  The 

non-boiled  SNARE  complex  divided by the boiled monomer represents the assembly of the 

SNARE complex. 

Immunofluorescence and in situ hybridization analyses 

Immunofluorescence  staining  was  performed  as  previously described.

13

 Mice were perfused 

with 0.9% NaCl followed by 4% paraformaldehyde, and the brains were postfixed overnight, 

dehydrated in 20% and 30% sucrose, and then sectioned at  40 μm thickness using a cryostat 

(CM  1950,  Leica,  Nubloch,  Germany).  The sections were blocked in 3% normal goat serum 

10 

at room temperature for 1 h, and then incubated in primary antibody at 4 °C overnight. After 

11 

rinsing  three  times  in  PBS,  the  sections  were  incubated  with  secondary antibody for 4 h at 

12 

room  temperature.  Images  were  captured  with  a  confocal  microscope  (FV3000,  Olympus, 

13 

Tokyo,  Japan).  The  antibodies  used  as  follow:  rabbit  anti-GFP (1:1000, Cat# ab291, RRID: 

14 

AB_449092,  Abcam),  goat  anti-Rabbit  Alexa-488  (1:400;  Cat#  111-545-003,  RRID: 

15 

AB_2338046, Jackson ImmunoResearch Laboratories, Pennsylvania, USA). 

16 

For  in  situ  hybridization,  the 

HTR2C

  probe  was  obtained  by PCR amplification, and the 

17 

primer  is  as  follow: 

HTR2C

-Pst1-F1:  AA  CTGCAGAGACCAGAATGATGCACATGAC; 

18 

HTR2C

-Sal1-R1:  GCGTCGAC  GAGAGCTTGGAAGGATCTGAAA.  Brain  sections  (30 

19 

μm)  were  hybridized  with  digoxigenin-labeled  antisense  RNA  probes  at  65°C  overnight, 

20 

incubated  with  anti-digoxigenin-alkaline  phosphatase  antibody  for  2 h at room temperature, 

21 

and then subjected to color development.

21

  

22 

RNA isolation, reverse transcription, and qPCR analysis 

23 

The  RNA  isolation,  reverse  transcription,  and  qPCR  analysis  were  performed  as  described 

24 

previously  with  some  modifications.

21

  The  total  RNA  was  extracted  using  the  RNA-easy 

25 

Isolation  Reagent  (Cat#  R701-00-AA,  Vazyme,  Nanjing,  China).  The  cDNA  was  acquired 

26 

using  the  HiScript  II  Q  Select  RT  SuperMix  with  gDNA  wiper  (Cat#  R233-01,  Vazyme). 

27 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

10 

qPCR  reactions  were  performed  using  ChamQ  SYBR  qPCR  Master  Mix  (Cat#  Q331-02, 

Vazyme) on a StepOne

TM

 Real-Time PCR System (Applied Biosystems, MA, USA). Relative 

mRNA  expression  level  was  calibrated  by  the  internal  control  GAPDH  (ΔCt).  The  primers 

for  qPCR  were  as  follows: 

HTR2C

-F:  CTAATTGGCCTATTGGTTTGGCA; 

HTR2C

-R: 

CGGGAATTGAAACAAGCGTCC; 

GAPDH-F: 

CAATGTGTCCGTCGTGGATCT; 

GAPDH-R: GTCCTCAGTGTAGCCCAAGATG. The samples were run in three duplicates. 

Fiber photometry 

The  experiment  was  conducted  with  fiber  photometry  system  (Inper)  as  described 

previously.

16

  To  record  fluorescence  signals,  a  470  nm  LED  beam  was  reflected  through  a 

dichroic mirror (DM), focused by a 10× objective lens, and then coupled to an optical rotary 

10 

joint. The fiber patch cable (O.D. 200 μm, NA = 0.37; length 2 m) guided the light between 

11 

the rotary joint and the implanted optical fiber. The LED power at the tip of the optical fiber 

12 

was  adjusted  to  10-20 μW  to  get  better  excitation  effect.  The  GCaMP  fluorescence  was 

13 

collected  by  the  fiber,  and  then  bandpass-filtered  and  detected  by  the photomultiplier tube 

14 

(PMT). An amplifier converted the PMT current output to a voltage signal, which was further 

15 

filtered  through  a  low-pass  filter  (40  Hz  cut-off).  The  analog  voltage  signal  was  finally 

16 

analyzed with Inper Data Process software (Inper Studio). 

17 

Optogenetic manipulations 

18 

The

 

optogenetic inhibition was performed as described previously.

16

 The optical fibers (O.D. 

19 

200  μm,  NA  =  0.37,  outer  diameter  of  1.25  mm)  were  connected  to  the  smart light source 

20 

(InperB1-589)  through  fiber-optic  rotary  joint  and  the  other  end  of  the  optical  fibers 

21 

connected  to  the  fiber  optic  cannula  pre-implanted  in  hippocampal  CA3.  The  power  at  the 

22 

fiber tip was 3-5 mW. During the behavioral assays, the yellow laser was turned on to deliver 

23 

the light through the optic fibers until the end of tests. 

24 

Microdialysis 

25 

Microdialysis  was  performed  as  described previously with some modifications.

22

 Mice were 

26 

fixed  on  a  stereotaxic  instrument  (Cat# 68030, RWD Life Science) after being anesthetized 

27 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

11 

with  isoflurane  (1%). A  guide cannula (CMA/7, CMA, Stockholm, Sweden) was positioned 

and inserted into the left hippocampal CA3 (AP: −2.3 mm; ML: ±2.6 mm; DV: −2.3 mm) and 

fixed  using  dental  cement.  The  microdialysis  probe  (CMA/7  membrane  length  2  mm, 

P000083,  CMA)  was  connected  to  a  1 ml microsyringe controlled by a syringe pump (Cat# 

78-3180, LEGATO 130, KD Scientific) with polyethylene, and inserted into the brain through 

the  guide  cannula.  The  ACSF  (151.1  mM  Na

+

,  2.6  mM  K

+

,  0.9  mM  Mg

2+

,  1.3  mM  Ca

2+

122.7  mM  Cl

, 21.0 mM HCO

3

, 2.5 mM HPO

4

2−

, and 3.87 mM glucose) prewarmed to 37 

°C  was  perfused  through  the  probe  at  a  rate  of  1.5  μl/min.  The  samples  were collected for 

neurotransmitter analysis with mass  spectrometry. 

UPLC-MS/MS

  

10 

The  ultra-performance  liquid  chromatography-tandem  mass  spectrometry  (UPLC-MS/MS) 

11 

was  performed for the measurement of neurotransmitters levels as described previously with 

12 

some modifications.

23

 A total 75 μl of brain dialysate was transferred to sample bottle and 4 

13 

μl  was  injected  into  the  UPLC-MS/MS  (LC-30AD,  Shimadzu,  Japan;  AB  SCIEX  3200 

14 

QTRAP®, AB  SCIEX,  Connecticut,  USA)  for  targeted  assay.  Chromatographic  separation 

15 

was performed on an Ultimate Polar column (3.0 mm ×100 mm, 3 μm) with gradient elution 

16 

using  acetonitrile/0.2%  formic  acid-5  mM  NH

4

Ac  as  mobile  phases  with  a  flow  rate  at 0.4 

17 

ml/min,  and  column  temperature  of  40°C.  The  eluate  was  detected  by  multiple-reaction 

18 

monitorings (MRMs) canning with an electrospray ionization source operating in the positive 

19 

ionization  mode  with  an  analysis  duration of 8 min. The mass spectrometer conditions were 

20 

as  follows:  Ion  source  spray  voltage 5.5 kV; Ion source gas curtain gas 241.3 kPa; Collision 

21 

gas  48.3  kPa;  Ion  source  temperature  500  C; Atomized  gas  413.7  kPa; Auxiliary  gas 413.7 

22 

kPa.  The  collision  energy  (CE)  and  declustering  potential  (DP)  were  also optimized for the 

23 

corresponding target compound. 

24 

Electrophysiological recording 

25 

The  electrophysiological  recording  was  performed  as  described  previously  with  minor 

26 

modifications.

24

 Mice were decapitated after being anesthetized, then the brain was placed in 

27 

Vibroslice  (VT  1200S,  Leica)  to  prepare  coronal  hippocampus  slices  (300  μm)  in  ice-cold 

28 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

12 

Artificial  Cerebral  Spinal  Fluid  (ACSF).  The ACSF (in mM) contains: 195 mM sucrose, 2.0 

mM KCl, 0.2 mM CaCl

2

, 12 mM MgSO

4

, 1.3 mM NaH

2

PO

4

, 26 mM NaHCO

3

, and 10 mM 

glucose.  The  slices  were  incubated  for  1  h  at  34°C  with ACSF  saturated  with  a  95%:5% 

mixture  of  O

2

:  CO

2

.  After  incubation,  brain  slices  were  shifted  to  the  recording  chamber, 

which  was  continuously  perfused  (3  ml/min)  with  recording  ACSF  at  32–34  °C.  The 

recording ACSF  (in  mM)  contains:  126  mM  NaCl,  3.0  mM KCl, 1.25 mM NaH

2

PO

4

·H

2

O, 

2.0 mM CaCl

2

·H

2

O, 1.0 mM MgSO

4

, 26 mM NaHCO

3

, and 10 mM glucose. For the whole-

cell recording, the pipettes were filled with internal solution containing (in mM): 126 mM K -

gluconate,  2.0  mM  KCl,  10  mM  HEPES,  2.0  mM  MgCl

2

,  4.0  mM  Na

2

-ATP,  0.4 mM Na

3

-

GTP, 10 mM phosphocreatine (pH = 7.25). The sEPSCs were recorded with a voltage clamp 

10 

at  –70  mV  while  the  sIPSCs  were  measured  at  0  mV. All  recordings  were  performed with 

11 

conventional patch-clamp amplifiers EPC10 (HEKA, Germany) and analyzed with a Clamp-

12 

fit  10.7  (Molecular  Devices,  CA). All  data  were  collected  when  the  series  resistance  in the 

13 

initial values (20–30 MΩ), sampled in 10 kHz and filtered in 1 kHz.  

14 

To  confirm  the  functionality  of  expressed  eNpHR3.0,  the  GFP

+

  interneurons  in  CA3  were 

15 

visualized under an upright microscope and selected for whole-cell voltage-clamp recordings. 

16 

The patch electrodes (4-6 MΩ) were made from borosilicate glass using a micropipette puller 

17 

(Model P-1000; Sutter Instruments), and the electrodes were filled with solution composed of 

18 

(in mM) 132.5 Cs-gluconate, 17.5 mM CsCl, 2 mM MgCl

2

, 0.5 mM EGTA, 10 mM HEPES, 

19 

4 mM ATP, 5 mM QX-314 (pH 7.3). To obtain light-evoked responses, the yellow light (594 

20 

nm,  1  s,  1  Hz,  to  activate  eNpHR3.0)  was  delivered  through  an optical fiber (200 µm, NA 

21 

0.37) connected to a PlexBright LED light source (Plexon Inc, Hong Kong, China). 

22 

Statistical analysis  

23 

All results are shown as means ± SEM. The normality of the data was assessed with Shapiro-

24 

Wilk  test.  If  the  data  was  normally  distributed,  the  two-tailed, unpaired, Student’s 

t

 test or 

25 

one-way ANOVA or two-way ANOVA with Tukey's multiple comparisons test was used for 

26 

group  comparisons  (if  significant  variance  heterogeneity  was  found  in  the  data,  then  two-

27 

tailed,  unpaired 

t

 test with Welch’s correction or Welch ANOVA with Dunnett's T3 multiple 

28 

comparisons  test  was  carried  out).  If  the  data  was  not  normally  distributed,  the  two-tailed 

29 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

13 

Mann-Whitney  test  or  Kruskal-Wallis  ANOVA  with  Dunn's  multiple  comparisons  test  was 

used  for  group  comparisons.  GraphPad  Prism  8.3.0  (Graph  Pad  Software,  Inc.,  USA)  was 

used for statistical analyses. The p-value of < 0.05 was considered statistically significant.  

 

Results 

5-HT

2C

R  participates  in  the  modulation  of  hippocampal  E/I 

balance and depressive behaviors

  

To  investigate  the  distribution  of  5-HT

2C

R  in  the  brain,  we  initially  conducted  an  analysis 

using 

the 

data 

obtained 

from 

the 

Human 

Protein 

Atlas 

database 

(https://www.proteinatlas.org/),  and  subsequently  validated  through  in  situ  hybridization 

10 

staining,  and  revealed  that 

HTR2C 

was  widely  expressed  in  cerebral  cortex,  amygdala, 

11 

hippocampus  and other brain regions (Supplementary Fig. 1A-E). Notably, we observed that 

12 

the  distribution  pattern  of 

HTR2C 

in  hippocampus,  as  revealed  by  in  situ  hybridization 

13 

staining, exhibited some different from that in database analysis (Supplementary Fig. 1B and 

14 

E). In particular, we found that 

HTR2C

 was markedly enriched in the dentate gyrus (DG) and 

15 

CA1  subregions  of  the  hippocampus,  with  relatively  lower  labeling  of  the  CA3  and 

16 

subiculum  subregions  (Supplementary  Fig.  1E).  Furthermore,  the  database  analysis 

17 

demonstrated  that 

HTR2C

  was  predominantly  presented  in  the  inhibitory  and  excitatory 

18 

neurons  (Supplementary  Fig.  1C),  implying  its  potential  role  in  influencing  neuronal 

19 

function.  

20 

Chronic  stress  represents  a  prominent  contributor  to  mental  health  problems  such  as 

21 

depression.  Here,  we  performed  differential  expression  gene  analysis  on  RNA  sequencing 

22 

(RNA-seq) 

data 

obtained 

from 

GEO 

cohort 

(GSE151807, 

23 

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/),  and  revealed  notable  alterations  in  the  genes expression 

24 

of  diverse  5-HT  receptors  in  various  brain  regions,  including  the  cerebral cortex, amygdala, 

25 

prefrontal  cortex  (PFC),  and  hippocampus  of  mice  that  exposed  to  CMS,    with 

HTR2C

 

26 

exhibiting  a  significant  down-regulation  (Fig.  1A  and Supplementary Fig. 1F-H). To further 

27 

confirm  the  effect  of  chronic  stress  on  5-HT

2C

R,  we  constructed  the  CMS  model  of 

28 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

14 

depression,  and  demonstrated  that  CMS  exposure  significantly  down-regulated  the  mRNA 

and protein levels of 5-HT

2C

R in the hippocampus (Fig. 1B and C). Collectively, these results 

suggest  a  potential  association  between  hippocampal  5-HT

2C

R  and  chronic  stress-related 

depressive behaviors. 

To verify the involvement of 5-HT

2C

R in the regulation of depressive behaviors, we treated 

the mice with 5-HT

2C

R antagonist SB242084 (1 mg/kg, i.p.) or agonist CP809101 (1 mg/kg, 

i.p.). The behavioral assessments showed that treatment with SB242084 for 2 h significantly 

increased the immobility time in both the TST and FST (Fig. 1D), indicating that inhibition of 

5-HT

2C

R  induces  depressive-like  behaviors  in  mice.  Not  surprisingly,  5-HT

2C

R  agonist 

CP809101  administrated  for  2  h  produced  antidepressant-like  effects  in  mice,  which  were 

10 

characterized  by  the  reduced  immobility  time  in  TST  and  FST  (Fig.  1E).  These  results 

11 

implicate  5-HT

2C

R in the modulation of depressive behaviors. 

12 

To  investigate  the  effect  of  5-HT

2C

R  on  neuronal  signal transmission, we first performed 

13 

the  microdialysis  coupled  with  targeted  ultra-performance  liquid  chromatography-tandem 

14 

mass  spectrometry  (UPLC-MS/MS)  to  measure  the  extracellular  levels  of  neurotransmitters 

15 

in the hippocampal CA3 subregion of mice treated with SB242084 intraperitoneally (Fig. 1F 

16 

and  Supplementary  Fig.  2  and  Supplementary  Table  1).  The  results  showed  that  5-HT

2C

17 

inhibition obviously reduced the GABA level, along with a decreasing tendency in glutamate 

18 

level  in  CA3  (Fig.  1G-H).  Notably,  SB242084 markedly increased the ratio of glutamate to 

19 

GABA (Glu/GABA) (Fig. 1I), which is known as an index of the E/I balance.

25

 Furthermore, 

20 

we  performed  whole-cell  recordings  to  measure  the  spontaneous  inhibitory  postsynaptic 

21 

currents (sIPSCs) from individual CA3 pyramidal neurons in acute slices (Fig. 1J), and found 

22 

that  SB242084  led  to  a  significant  reduction  in the frequency of sIPSCs  and an observable 

23 

decreasing  tendency  in  the  amplitude  of  sIPSCs  (Fig.  1K  and  L).  In  addition,  we  also 

24 

measured  the  spontaneous  excitatory  postsynaptic  currents  (sEPSCs),  but  found  that 

25 

SB242084  had  no  effect  on  the  frequency  or  amplitudes  of  sEPSCs  (Fig.  1K  and  M).  Of 

26 

particular  significance,  our  investigation  unveiled  a  marked  increase  in  the  sEPSCs/sIPSCs 

27 

frequency  ratio,  rather  than  amplitude  ratio,  following  SB242084  administration  (Fig.  1N), 

28 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

15 

which  suggested  that  5-HT

2C

R  inhibition  shifts  the  E/I  balance  toward s  excitation  in 

hippocampal  CA3 pyramidal neurons.

 

To  explore  the  effect of 5-HT

2C

R on E/I balance of CA3 pyramidal neurons in depressed 

mice,  we  performed  whole-cell  recordings  to  measure  the  sIPSCs  and  sEPSCs  from 

individual  CA3  pyramidal  neurons  in  acute  slices  of  CMS-treated  mice  after  CP809101 

perfusion  for  1h  (Supplementary  Fig.  3A).  Consistent  with  previous studies,

26,27

 our results 

showed  that  CMS  reduced  the  frequency  of  sIPSCs,  along  with  a  decreasing  tendency  in 

sEPSCs  (Supplementary  Fig.  3B-D).  Importantly, CP809101 eliminated the effects of CMS 

on  sIPSCs  frequency  and  sEPSCs/sIPSCs  frequency  ratio  (Supplementary  Fig.  3C-F). 

However,  neither  the  amplitudes  of  sIPSCs  nor  sEPSCs  were  significantly  changed  after 

10 

CMS exposure or CP809101 perfusion (Supplementary Fig. 3B-D). 

11 

Collectively,  our  results  indicate  that  5-HT

2C

R  inhibition  disrupts  the  E/I  balance  of 

12 

hippocampal  CA3  neurons,  and  then  giving  rise  to  depressive-like  behaviors,  however,  the 

13 

underlying mechanisms  remain  unclear. 

14 

Ca

2+

-modulated  hippocampal  nNOS-CAPON  coupling  mediates 

15 

the behavioral consequences of 5-HT

2C

16 

Our  previous  studies  have  shown  that  5-HT  diminishes  the  association of nNOS with its 

17 

adaptor CAPON in the hippocampus.

13

 Herein, we performed CO-IP experiment to measure 

18 

the levels of the nNOS-CAPON complex in the hippocampus of mice treated with 5-HT

2C

19 

antagonist SB242084 (1 mg/kg, i.p.) or agonist CP809101 (1 mg/kg, i.p.) for 2 h to determine 

20 

whether 5-HT

2C

R affects the interaction between nNOS and CAPON. The results showed that 

21 

SB242084  treatment  markedly  increased  the  amounts  of  nNOS-CAPON  complex, whereas 

22 

CP809101 attenuated the binding of nNOS-CAPON (Fig. 2A). Consistent with our previous 

23 

studies 

13,15

  ,  we  observed  a  significant  increase  in  hippocampal  nNOS-CAPON  coupling 

24 

after  CMS  exposure.  Intriguingly,  we  found  that  CP809101  reversed  the  CMS-induced 

25 

nNOS-CAPON coupling (Fig. 2B). 

26 

To  investigate  the  potential  mechanism  of  5-HT

2C

R  in  nNOS-CAPON  interaction,  we 

27 

performed  gene  ontology  (GO)  functional  enrichment  analysis  on  distinct  5-HT  receptor 

28 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

16 

subtypes identified in Figure 1, revealing the associations of 

HTR2C 

with the Ca

2+

 signalling 

pathway,  cAMP  signalling  pathway,  gap  junction,  and  serotonergic  synapse  (Fig.  2C).  To 

further  confirm  the effects of 5-HT

2C

R on intracellular Ca

2+

 signals, we infused AAV-hSyn-

GCaMP6s into the hippocampal DG and performed fiber photometry to record the population 

Ca

2+

  signals  from DG neurons after SB242084 or CP809101  or vehicle treatment (Fig. 2D). 

We  analyzed  the  mean  GCaMP  fluorescence  during  0-30  min  and  30-60  min  periods,  and 

found  that  there  was  no  difference  between  SB242084  or  CP809101  and  vehicle  in 

intracellular Ca

2+

 signal within the initial 30 min. However, SB242084 administration elicited 

a  reduction  in  the  Ca

2+

  signal,  whereas  CP809101  increased  the  Ca

2+

  signal  compared  to 

vehicle  during  the  30-60  time  periods  (Fig.  2E-H).  Given  the  conceivable  involvement  of 

10 

Ca

2+

 signal in nNOS-CAPON association, we measured the levels of the hippocampal nNOS-

11 

CAPON  complex  of  mice  treated  with  SB242084  or  CP809101,  together  with  calcium 

12 

ionophore A23187 or endoplasmic reticulum Ca

2+

-ATPase inhibitor Xestospongin C (Fig. 2I).

 

13 

Intriguingly, our findings indicated that 5-HT

2C

R modulated the nNOS-CAPON association 

14 

via  intracellular  Ca

2+

,  as  further  evidenced  by  that  calcium  ionophore A23187 canceled the 

15 

SB242084-augmented  nNOS-CAPON  binding  (Fig.  2J),  and  Xestospongin  C  reversed  the 

16 

CP809101-attenuated nNOS-CAPON interaction (Fig. 2K).

 

17 

To  explore  the  role  of  hippocampal  nNOS-CAPON  interaction  in  5-HT

2C

R-regulated 

18 

depressive behaviors, the mice were treated by SB242084 alone or in combination with ZLc-

19 

002,  a  small  molecule  compound  blocking  nNOS-CAPON  coupling  (Fig.  3A).

14,15,28

  As 

20 

expected, ZLc-002 reduced the level of nNOS-CAPON complex and counteracted the effects 

21 

of  SB242084  on  nNOS-CAPON  interaction  (Fig.  3B  and  C).  More  importantly,  ZLc-002 

22 

ameliorated  SB242084  induced  depressive-like  behaviors,  which  were  characterized  by  the 

23 

reduced immobility time in TST and FST, and increased sucrose preference in SPT (Fig. 3D-

24 

F).  Furthermore, we used another 5-HT

2C

R antagonist RS-102221 (2 mg/kg, i.p.) alone or in 

25 

combination  with  ZLc-002  to  further  confirm  these  observations  (Fig.  3G).  The  results 

26 

showed that ZLc-002 reversed RS-102221-increased nNOS-CAPON association (Fig. 3H and 

27 

I).  Similarly,  RS-102221  induced  significant  depressive-like  behaviors  in  mice,  ZLc-002 

28 

ameliorated  RS-102221  increased  immobility  time  in  TST  and  FST,  and  reduced  sucrose 

29 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

17 

preference  in  SPT  (Fig.  3J-L).  Meanwhile,  we  microinfused  AAV-CAPON-125C-GFP,  a 

blocker  of  nNOS-CAPON  association,

15

  into  hippocampal  DG  of  mice  combined  with 

intraperitoneal  SB242084  treatment  to  further  confirm  the  involvement  of  nNOS-CAPON 

association  in  5-HT

2C

R-modulated  depressive  behaviors  (Fig.  3M).  The  CO-IP  results 

showed that AAV-CAPON-125C-GFP attenuated the nNOS-CAPON association induced by 

SB242084  (Fig.  3N  and  O).  Moreover,  the  behavioral  results  demonstrated  that  AAV-

CAPON-125C-GFP reversed the SB242084 induced depressive-like behaviors (Fig. 3P-R).  

Taken  together,  these  findings  demonstrate  that  Ca

2+

-modulated  hippocampal  nNOS-

CAPON interaction mediates the behavioral modifications of 5-HT

2C

R.

 

SNARE complex assembly modulated by nNOS-CAPON coupling 

10 

underlies the behavioral effects of 5-HT

2C

11 

Considering  the  crucial  involvement  of  SNARE  assembly  in  the  vesicle  dynamics  and 

12 

neurotransmitter  exocytosis,

12

  we  investigated  whether  5-HT

2C

R  modulates  the  SNARE 

13 

complex  assembly  in  the  hippocampus.  We  quantified  the  amount  of  assembled  SNARE 

14 

complexes  in  hippocampal  synaptosome  samples  obtained  from  the  mice  treated  with 

15 

SB242084  alone  or  combined  with  AAV-CAPON-125C-GFP.  Interestingly,  SB242084 

16 

treatment  induced  a  reduction  in  assembled  SNARE  complexes,  which  was  effectively 

17 

counteracted by AAV-CAPON-125C-GFP (Fig. 4A-D). In addition, we treated the mice with 

18 

SB242084  intraperitoneally  or in combination with intrahippocampal infusion of ZLc-002 to 

19 

further  confirm  the  effect  of  5-HT

2C

R  on  the  assembly  of  SNARE  complex.  Our  results 

20 

consistently  indicated that ZLc-002 significantly reversed the reduction in SNARE complex 

21 

assembly induced by SB242084 (Fig. 4E-H). These findings strongly support the notion that 

22 

blockade  of  5-HT

2C

R  disrupts  the  assembly  of  SNARE  complex  by  enhancing  nNOS-

23 

CAPON interaction in the hippocampus. 

24 

To  explore  whether  altered  hippocampal  SNARE  complex  assembly  is  involved  in  the 

25 

behavioral modulation of 5-HT

2C

R, we conducted tetanus neurotoxin (TeNT) to de-assembly 

26 

SNARE complex by cleaving VAMP2 (Fig. 4I). We infused AAV-hSyn-creERT2 along with 

27 

AAV-EF1a-DIO-TeNT-EGFP  or  AAV-EF1a-DIO-EGFP  into  the  hippocampal  DG,  and 

28 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

18 

treated  the  mice  with  tamoxifen  to  induce  the  expression  of  Cre  recombinase,  and 

subsequently  performed the behavioral tests after SB242084 and/or ZLc-002 treatment (Fig. 

4J).  Immunofluorescence  and  western  blot  results  confirmed  the  virus  infected  in  the 

hippocampal  DG  and  cleaved  VAMP2  successfully  (Fig.  4K  and  L).  Expectantly, ZLc-002 

reversed  the  reduction  in  SNARE  complex  assembly induced by SB242084, whereas TeNT 

abolished  the  effect  of  ZLc-002  in  mice  treated  with  SB242084  (Fig.  4M-O).  Most 

importantly,  we  found  that  ZLc-002  alleviated  the  depressive-like  behaviors  induced  by 

SB242084,  while  TeNT  neutralized  the  behavioral  effects  of  ZLc-002  in  the  presence  of 

SB242084  (Fig.  4P  and  Q). These results collectively indicate that nNOS-CAPON coupling 

affected SNARE complex assembly mediates the behavioral effects of 5-HT

2C

R. 

10 

In  all  of  the  behavioral  experiments,  the  treatments displayed no effect on the locomotor 

11 

activity in the OFT (Supplementary Table 2). 

12 

Disruption of nNOS-CAPON rescues 5-HT

2C

R blockade-impaired 

13 

E/I balance via affecting GABA release 

14 

Impairment  of  SNARE  complex  assembly  could  lead  to  abnormal  neurotransmitter 

15 

release.

29,30

  To  confirm  whether nNOS-CAPON interaction mediates the effect of 5-HT

2C

16 

on  neurotransmitter  release,  we  performed  microdialysis  coupled  with  UPLC-MS/MS  to 

17 

measure  the  extracellular  levels  of  neurotransmitters  in  the  hippocampal  CA3  subregion  of 

18 

mice treated with SB242084 or in combination with AAV-CAPON-125C-GFP (Fig. 5A and, 

19 

Supplementary  Fig.  2  and  Supplementary  Table  1).  Consistent  with  Fig.  1H,  the  results 

20 

presented  that  SB242084  markedly  reduced  GABA  level  and  also  caused  a  decreasing 

21 

tendency  in  glutamate,  while  AAV-CAPON-125C-GFP  reversed  the  GABA  reduction 

22 

induced  by  SB242084  (Fig.  5B  and  C).  Notably,  AAV-CAPON-125C-GFP  abolished  the 

23 

effect  of  SB242084  on  Glu/GABA  ratio  (Fig.  5D).  Meanwhile,  we  found  that  RS-102221 

24 

also reduced GABA level and caused a decreasing tendency in glutamate, and increased the 

25 

Glu/GABA  ratio,  while  ZLc-002  abolished  the  effects  of  RS-102221  (Fig.  5E-H). 

26 

Additionally,  we  observed  that  SB242084  and  RS-102221  also  decreased  the  levels  of 

27 

norepinephrine  (NE)  and  dopamine  (DA),  but  increased  the  5-HT  level,  without  affecting 

28 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

19 

acetylcholine,  homovanillic  acid,  epinephrine  and  5-hydroxyindoleacetic  acid;  while  AAV-

CAPON-125C-GFP and ZLc-002 increased the level of acetylcholine, and reversed the effect 

of SB242084 or RS-102221 on 5-HT level (Supplementary Fig. 4A-P).  

Moreover,  to  further  confirm  5-HT

2C

R  modulates  neurotransmitters  vesicle  release  by 

affecting  SNARE  complex assembly, we infused AAV-hSyn-creERT2 and AAV-EF1a-DIO-

TeNT-P2A-EGFP  or  AAV-EF1a-DIO-EGFP  into  the  hippocampal  DG,  and  subsequently 

performed  the  microdialysis  coupled  with  targeted  UPLC-MS/MS  after  SB242084  and/or 

ZLc-002 treatment (Fig. 5I). Consistently, ZLc-002 reversed the reduction in GABA level in 

hippocampal CA3 of SB242084-treated mice (Fig. 5J-K). Notably, TeNT obviously abolished 

the effect of ZLc-002 on GABA release in CA3 of mice treated with SB242084 (Fig. 5J-K). 

10 

ZLc-002  consistently  attenuated  the  SB242084-increased  Glu/GABA  ratio,  whereas  TeNT 

11 

prevented  the  ZLc-002-reduced  Glu/GABA  ratio  in  the  presence  of  SB242084  (Fig.  5L). 

12 

Accordingly, hippocampal DG infusion of AAV-CAPON-125C-GFP or ZLc-002 affected the 

13 

GABA release in CA3 subregion is mainly mediated by the mossy fiber-interneuron synapses 

14 

in CA3 (Fig. 5M). Additionally, we found that SB242084 consistently decreased the level of 

15 

NE,  along  with  a  tendency  of  decreasing  DA  level  (Supplementary  Fig  4Q-W).  Taken 

16 

together,  the  above  results  suggest  that  5-HT

2C

R  regulates  the  VAMP2-dependent  vesicle 

17 

release of GABA via affecting nNOS-CAPON coupling. 

18 

Abnormal  glutamate  and  GABA  release  caused  E/I  imbalance  has  been  implicated  in 

19 

depressive  disorder.

8

  To  further  elucidate  the  effect  of  5-HT

2C

R  on  the  E/I  balance  of 

20 

hippocampal  neurons  via  regulating  nNOS-CAPON  coupling,  we  performed  whole-cell 

21 

recordings  to  measure  the  sIPSCs  and  sEPSCs  from  individual  CA3  pyramidal  neurons  in 

22 

acute slices (Fig. 5N). The results showed that the frequency of sIPSCs exhibited a reduction 

23 

in SB242084 compared to vehicle, which was effectively reversed by ZLc-002 (Fig. 5O and 

24 

P). Correspondingly, SB242084 caused a decreasing tendency in the amplitude of sIPSCs, but 

25 

ZLc-002 had no effect (Fig. 5O and P). However, neither the frequency nor the amplitudes of 

26 

sEPSCs  were  significantly  changed  after  SB242084 or ZLc-002 treatment (Fig. 5Q and R). 

27 

Notably, ZLc-002 exposure abolished the increased sEPSCs/sIPSCs frequency ratio, and thus 

28 

ameliorating  the E/I imbalance triggered by SB242084 (Fig. 5S). 

29 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

20 

To verify that nNOS-CAPON association-regulated E/I balance in CA3 pyramidal neurons 

underlies  the  effects  of  5-HT

2C

R  in  depressive behaviors, we injected AAV-CAPON-125C-

GFP  into  DG  and  expressed  eNpHR3.0  in  CA3  GABAergic  neurons  by  injecting  AAV-

mDLx-eNpHR3.0-EYFP,  followed  with  SB242084  treatment  (Fig.  5T).  The  results 

consistently showed that AAV-CAPON-125C-GFP reversed SB242084-increased immobility 

time  in  TST  and  FST,  while  optogenetic  inhibition  of  the  GABAergic  neurons  in  CA3 

prevented the effects of AAV-CAPON-125C-GFP on depressive behaviors in the presence of 

SB242084 (Fig. 5U and V). 

Taken together, these findings consistently suggest that 5-HT

2C

R inhibition disrupts the E/I 

balance  in  hippocampal  CA3  pyramidal  neurons  via  augmenting  nNOS-CAPON  coupling 

10 

and a subsequent reduction in SNARE assembly mediated -GABA vesicle release, ultimately 

11 

inducing depressive behaviors.  

12 

 

13 

Discussion 

14 

Although the role of 5-HT

2C

R in modulating depressive behaviors has been studied, there are 

15 

arguments  regarding  the  implications  of  5-HT

2C

Rs  due  to  the  conflicting  literatures.

5

  The 

16 

present  study  addressed  the  regulatory  role  of  5-HT

2C

R  in  depressive  behaviors.  We 

17 

illustrated  that  chronic  stress caused a reduction in the expression of hippocampal 5-HT

2C

R. 

18 

Notably,  5-HT

2C

R  blocking  enhanced  Ca

2+

-modulated  nNOS-CAPON  coupling,  and 

19 

impaired  SNARE  complex  assembly,  leading  to  E/I  imbalance  in  hippocampal  CA3 

20 

pyramidal  neurons  through  decreasing  GABA  vesicle  release,  and  ultimately  giving  rise  to 

21 

depressive-like  behaviors  (Fig.  6).  In  conclusion,  our  findings  provide  evidence  that  the 

22 

regulation  of  5-HT

2C

R  in  depressive  behaviors  linked  to  nNOS-CAPON  association-

23 

modulated  E/I  balance,  further  suggesting  that  targeting  5-HT

2C

R  may  hold  promise  as  a 

24 

therapeutic target for depressive disorder.

 

25 

The 5-HT

2C

R is undergoing pre-mRNA editing to generate distinct isoforms with reduced 

26 

constitutive activity.

5

 Studies have reported elevated level of 5-HT

2C

R mRNA editing in the 

27 

dorsolateral PFC and anterior cingulate cortex of suicide patients with depression,

5

 results in 

28 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

21 

loss of 5-HT

2C

R ligand binding activity and downstream signalling of the G protein-coupled 

receptor.  These  findings  indicate  that  mRNA  editing  of  5-HT

2C

R  induced  reduction  in  G-

protein  coupling  efficiency  might  contribute  to  the  pathogenesis  of  depressive  disorder. 

Consistently,  our  findings  have  shown  that  blocking  5-HT

2C

R-coupled  G-protein  signalling 

with  its  specific  antagonist  elicits  typical  depressive-like  phenotypes,  further  supporting the 

notion that 5-HT

2C

R signalling deficiency is implicated in depression.  

We  previously  highlighted  that  hippocampal  nNOS-CAPON  association  was  involved  in 

regulating  anxiety  and  depressive  behaviors  and  partially  accounted  for  the  anti-depressant 

effects  of  fluoxetine (a classical selective  serotonin reuptake inhibitor, SSRI).

13

 The classical 

SSRIs  exert  antidepressant  actions  through  desensitizing  the  somatodendritic  5-HT

1A

 

10 

autoreceptor,  and  increasing  the  firing  frequency  of  5-HT  neurons  in  DRN,  promoting  the 

11 

activation of postsynaptic 5-HT

1A

 heteroreceptors, which takes several weeks. 

31-33

 5-HT

2C

Rs 

12 

are  G

q/11

-coupled  receptors  that  regulate  Ca

2+

  signals  via  stimulating  phospholipases  C 

13 

(PLC)/inositol phosphates (IP

3

).

4

 Currently, we have observed that agonism or antagonism of 

14 

5-HT

2C

Rs  induces  significant  alterations  in  Ca

2+

  signals  approximately  30  min  later, 

15 

subsequently  modulating  depressive-like  behaviors  after  treatment  for  2  h.  This  rapid 

16 

regulatory  effect,  distinct  from  the  delayed  onset  action  of  SSRIs,  is likely linked to Ca

2+

-

17 

modulated  nNOS-CAPON  interaction,  a rapid intracellular signal transduction process of 5-

18 

HT

2C

R. Extensive studies indicate that the 5-HT

2C

R is widely distributed in the brain and is 

19 

implicated  in  modulating  diverse  behaviors  in  addition  to  anxiety  and  depression,  such  as 

20 

feeding behavior and alcohol consumption.

34,35

 Here, we identified nNOS-CAPON coupling-

21 

modulated  GABA  vesicle  release  as  the  crucial  molecular  mechanism  of  5-HT

2C

R  in 

22 

regulating depressive behaviors, however, whether it may also mediate the regulatory effects 

23 

of 5-HT

2C

R on anxiety, alcohol consumption and obesity-related feeding behaviors still needs 

24 

further investigation. 

25 

Stimulation  of  N-methyl-D-aspartic  acid  receptor  (NMDAR)-mediated  Ca

2+

  influx 

26 

activates  nNOS  enzyme  activity,  facilitating  the  formation  of  nNOS-CAPON  complex.

36

 

27 

However,  little  is  known  about  the  underlying  mechanisms  governing  nNOS-CAPON 

28 

coupling.  One  study  implied  that  phosphorylation  of  CAPON  might  disrupt the interaction 

29 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

22 

between nNOS and CAPON by breaking the β-sheet conformation of C-terminus of CAPON. 

37

 Additionally, Jaffrey et al., reported that the phosphorylation-derived activation of nNOS 

did  not  alter  nNOS-CAPON  interaction.

37

  Therefore,  the  mechanisms  governing  nNOS-

CAPON interaction need to be further investigated. In the present study, we hypothesized that 

intracellular Ca

2+

 plays a pivotal role in 5-HT

2C

R-regulated nNOS-CAPON coupling. Indeed, 

our  findings  underscored  that  SB242084 reduced the intracellular Ca

2+

 signal, consequently 

leading  to  an  augmented  nNOS-CAPON  coupling.  Of  particular  significance,  the  elevated 

intracellular  Ca

2+

  concentration  by  calcium  ionophore  A23187  effectively  reversed 

SB242084-enhanced  nNOS-CAPON coupling. Furthermore, our investigations revealed that 

the  inhibition  of  IP

3

-mediated  Ca

2+ 

release  by  Xestospongin  C  prevented  the  CP809101-

10 

induced  nNOS-CAPON  dissociation. Nevertheless, it should be acknowledged that calcium 

11 

ionophore A23187 moderately increased nNOS-CAPON coupling in the hippocampus under 

12 

physiological  condition.

 

This  seeming  contradiction  in  nNOS-CAPON  coupling  between 

13 

physiological  and SB242084-treated conditions could be attributed to the different sources of 

14 

Ca

2+

.  Specifically,  SB242084  attenuates  the  release  of  Ca

2+

  from endoplasmic reticulum by 

15 

inhibiting  5-HT

2C

R-PLC  signalling  cascades,  whereas  calcium  ionophore  A23187  elevates 

16 

the intracellular Ca

2+

 concentration by increasing cellular membrane permeability to Ca

2+

.

38,39

 

17 

Consequently,  further  investigation  is  warranted  to  explore  the  roles  and  molecular 

18 

mechanisms  of  Ca

2+

  originated  from  distinct  pathways  in  nNOS-CAPON  coupling  under 

19 

both 5-HT

2C

R signalling deficiency and physiological conditions.  

20 

In  the  central  nervous  system,  the  E/I  balance  is  primarily  maintained  by  the  excitatory 

21 

neurotransmitter  glutamate  and  the  inhibitory  GABA,  both  of  which  play  crucial  roles  in 

22 

brain functions.

8

 A growing body of evidence demonstrates that disruption in the neuronal E/I 

23 

balance  may  cause  neuropsychiatric  disorders,  such  as  depression.

8

  Moreover,  mounting 

24 

evidence indicates that depression may be characterized by reduced GABAergic transmission 

25 

and/or heightened glutamatergic transmission.

8

 Notably, it has been reported that activation of 

26 

5-HT

2C

R  in  GABAergic  neurons  may  facilitate  the  inhibitory  feedback  control  of  local 

27 

neuron  firing.

11,40

  Intriguingly,  we  clarified  that  5-HT

2C

R  inhibition  led  to  diminished 

28 

inhibitory  transmission,  consequently  resulting  in  a  net  shift  of  the  E/I  balance  toward s 

29 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

23 

excitation  in  hippocampal  CA3  pyramidal  neurons.  Crucially,  nNOS-CAPON  uncoupling 

restored  the  E/I  imbalance  induced  by  5-HT

2C

R  inhibition.  These  findings  suggest  that  5-

HT

2C

R  regulates  neuronal  E/I  balance  by  influencing  nNOS-CAPON  coupling  in 

hippocampus,  and  ultimately  modulating  depressive  behaviors.  The  precise  molecular 

mechanisms  underlying  the  reduction  of  inhibitory  synaptic  transmission  in  hippocampal 

CA3  pyramidal  neurons due to 5-HT

2C

R inhibition remain elusive, one plausible explanation 

is  that  5-HT

2C

R  blocking  may  inhibit  the  probability  of  GABA  release  from  presynaptic 

terminals  of  GABAergic  interneurons.  Consistent  with  this  postulation,  our  results 

demonstrated that 5-HT

2C

R antagonist reduced GABA release in CA3 subregion, leading to a 

decrease  in  the  frequency  of  sIPSCs  in  hippocampal  CA3  pyramidal  neurons.  Further 

10 

exploration  is required to illustrate whether 5-HT

2C

R affects the expression and the subunits 

11 

composition  of  the

 

GABA  receptor,  which  all  contributed  to  the  inhibitory  signal 

12 

transmission.  The  excitability of CA3 pyramidal neurons is primarily regulated by the mossy 

13 

fiber  originating  from  the  DG  granule  cells,  which  provides  robust  direct  excitation  and 

14 

indirect feedforward inhibition to CA3 pyramidal neurons.

41

 Currently, our results displayed 

15 

that  nNOS-CAPON  uncoupling  in  the  hippocampal  DG reversed the decrease of GABA in 

16 

the  CA3  subregion  caused  by  5-HT

2C

R  blocking,  which  may  be  due  to  the  domination  of 

17 

mossy  fiber  to  interneurons  in  CA3  (Figure  5M).  As  is  well-established,  GABAergic 

18 

interneurons in CA3 encompassing multiple populations defined by distinct markers, such as 

19 

the  somatostatin,  vasoactive  intestinal  peptide,  cholecystokinin,  calbindin, and parvalbumin, 

20 

all of which providing distinct inhibitory effects on the pyramidal neurons.

41,42

 Consequently, 

21 

it  is  worthwhile  to  determine  which  interneuron  subtype  is  responsible  for  the  deficit  in 

22 

GABAergic signal in the hippocampal CA3 induced by 5-HT

2C

R inhibition. 

23 

The  assembly  of  SNARE  complex,  formed  by  vesicular  VAMP2  with  the  plasma 

24 

membrane  proteins  syntaxin-1A  and  SNAP-25,  is  the  core  step  in  synaptic  vesicle  fusion 

25 

during neurotransmitter release.

12,30

 Consistently, our results have shown that inhibition of 5-

26 

HT

2C

R  decreased  the  assembly  of  SNARE  complex,  which  may  provide  a  theoretical 

27 

foundation  for  the  observed  reduction  in  levels  of  the  released  neurotransmitters,  such  as 

28 

GABA,  glutamate,  DA,  and  NE  induced  by  5-HT

2C

R  blocking.  Importantly,  disrupting 

29 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

24 

SNARE  complex  assembly  with  TeNT abolished the effects of nNOS-CAPON dissociation 

on  GABA  release  and  subsequent  behavioral  modifications  in  the  presence  of  SB242084. 

These  findings  suggest  that  nNOS-CAPON  coupling  modulated-SNARE  assembly 

constitutes  pivotal  mechanism  underlying  the  effects  of  5-HT

2C

R  on  E/I  balance  and 

depressive behaviors.  

It is noteworthy that beyond GABA, our findings have shown that 5-HT

2C

R inhibition also 

resulted in altered release of other neurotransmitters, such as 5-HT and DA. In line with our 

observations,  previous  studies  indicate  that  5-HT

2C

Rs  are  expressed  in  diverse  cell  types, 

including  GABAergic  neurons,  excitatory  neurons,  dopaminergic  neurons  and  others.

43,44

 

There  are  evidences  that  5-HT

2C

R  on  GABAergic  neurons  negatively  regulates  the  firing 

10 

activity of 5-HT neurons within DRN, the principal origin of 5-HT in hippocampus.

11,45

 This 

11 

may partially explain our findings regarding the elevation of 5-HT level in hippocampal CA3 

12 

induced  by  5-HT

2C

R  antagonists.  Additionally,  our  results  have  shown  that  5-HT

2C

13 

inhibition decreased the level of DA, whereas hippocampal DG nNOS-CAPON dissociation 

14 

didn’t  change  the  effect  of  5-HT

2C

R  inhibition  on  DA  release  in  hippocampal  CA3, 

15 

suggesting  that there may be other mechanisms beyond nNOS-CAPON interaction involved 

16 

in  5-HT

2C

R-modulated  behaviors.  The  hippocampus  contains  dopaminergic  terminals 

17 

originating from the ventral tegmental area (VTA) that project to different layers in DG, CA3 

18 

and CA1 subregions.

46

 Notably, we observed that 5-HT

2C

R inhibition reduced DA level in the 

19 

hippocampal CA3, which may be attributed to the altered  activity of dopaminergic neuron in 

20 

VTA.  Considering  the  established  role  of  DA  in  regulating  depressive  behaviors,  these 

21 

findings  indicate  the  possibility  that  a  contribution  of  DA  reduction  to  the  behavioral 

22 

outcomes of 5-HT

2C

R inhibition cannot be ruled out.  

23 

In  summary,  our  results  underscore  that  5-HT

2C

R  inhibition  disrupts  the  E/I  balance  in 

24 

hippocampal  CA3  pyramidal  neurons  via  enhancing  nNOS-CAPON  interaction  and  the 

25 

subsequent  impairment  of  SNARE  assembly-mediated  neurotransmitter  vesicle  release, 

26 

thereby  generating  the  depression-like  behaviors.  These findings advance our understanding 

27 

of  the intricate involvement of the 5-HT

2C

R in the pathophysiology of psychiatric disorders, 

28 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

25 

and  provide  a  promising  target  for  the  development  of  pharmacological  agents  to  address 

these diseases. 

 

  

Data availability 

The  data  that  support  the  findings  of  this  study  are  available  on  request  from  the 

corresponding  author.  The  accession  number  for  RNA  sequencing  data used in this paper is 

GenBank: GSE151807. 

 

Acknowledgements

 

We thank other members of the laboratory for discussions.

  

10 

 

11 

Funding 

12 

This  work  was  supported  by grants from the National Natural Science Foundation of China 

13 

(32371068,  31970951,  31671107  to  L.J.Z.),  the  Natural  Science  Foundation  of  Jiangsu 

14 

Province (BK20170021 to L.J.Z.), the Six Talent Peaks Project of Jiangsu Province (YY-005 

15 

to  L.J.Z.).  This  work  was  sponsored  by  Shanghai  Rising-Star  Program  (21QA1407900  to 

16 

L.J.Z.),  and Shanghai Municipal Education Commission (2021-01-07-00-02-E0086 to Z.W.), 

17 

the Fundamental Research Funds for the Central Universities (2242023K40035 to L.J.Z.) and 

18 

Zhishan Scholars Programs of Southeast University (to L.J.Z.). 

19 

 

20 

Competing interests 

21 

The authors report no competing interests. 

22 

 

23 

Supplementary material 

24 

Supplementary material is available  at 

Brain

 online. 

25 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

26 

 

References

 

1. 

Global,  regional,  and  national  burden  of  12  mental  disorders  in  204  countries  and 

territories,  1990-2019:  a  systematic  analysis  for  the  Global  Burden  of  Disease  Study  2019. 

Lancet Psychiatry

. Feb 2022;9(2):137-150.  doi:10.1016/s2215-0366(21)00395-3 

2. 

Global  prevalence  and  burden  of  depressive  and  anxiety  disorders  in  204  countries 

and  territories  in  2020  due  to  the  COVID-19  pandemic. 

Lancet

.  Nov  6 

2021;398(10312):1700-1712.  doi:10.1016/s0140-6736(21)02143-7 

3. 

Pourhamzeh  M,  Moravej  FG,  Arabi  M

,  et  al

.  The  Roles  of  Serotonin  in 

Neuropsychiatric 

Disorders. 

Cell 

Mol 

Neurobiol

Aug 

2022;42(6):1671-1692. 

10 

doi:10.1007/s10571-021-01064-9 

11 

4. 

Chagraoui  A,  Thibaut  F,  Skiba  M,  Thuillez  C,  Bourin  M.  5-HT2C  receptors  in 

12 

psychiatric  disorders:  A  review. 

Prog  Neuropsychopharmacol  Biol  Psychiatry

.  Apr  3 

13 

2016;66:120-135. doi:10.1016/j.pnpbp.2015.12.006 

14 

5. 

Martin  CB,  Hamon  M,  Lanfumey  L,  Mongeau  R.  Controversies  on  the  role  of  5-

15 

HT(2C)  receptors  in  the  mechanisms  of  action  of  antidepressant  drugs. 

Neurosci  Biobehav 

16 

Rev

. May 2014;42:208-23.  doi:10.1016/j.neubiorev.2014.03.001 

17 

6. 

Lu  K,  Hong Y,  Tao  M

,  et  al

.  Depressive  patient-derived  GABA  interneurons  reveal 

18 

abnormal  neural  activity  associated  with  HTR2C. 

EMBO  Mol  Med

.  Jan  11 

19 

2023;15(1):e16364.  doi:10.15252/emmm.202216364 

20 

7. 

Gurevich I, Tamir H, Arango V, Dwork AJ, Mann JJ, Schmauss C. Altered editing of 

21 

serotonin  2C  receptor  pre-mRNA  in  the  prefrontal  cortex  of  depressed  suicide  victims. 

22 

Neuron

. Apr 25 2002;34(3):349-56. doi:10.1016/s0896-6273(02)00660-8 

23 

8. 

Lener  MS,  Niciu  MJ,  Ballard  ED

,  et  al

.  Glutamate  and  Gamma-Aminobutyric Acid 

24 

Systems  in  the  Pathophysiology  of  Major  Depression  and  Antidepressant  Response  to 

25 

Ketamine. 

Biol 

Psychiatry

May 

15 

2017;81(10):886-897. 

26 

doi:10.1016/j.biopsych.2016.05.005 

27 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

27 

9. 

Moreau AW, Amar  M, Le Roux N, Morel N, Fossier P. Serotoninergic fine-tuning of 

the  excitation-inhibition  balance  in  rat  visual  cortical  networks. 

Cereb  Cortex

.  Feb 

2010;20(2):456-67.  doi:10.1093/cercor/bhp114 

10. 

Meunier  CNJ,  Cancela  JM,  Fossier  P.  Lack  of  GSK3β activation and modulation of 

synaptic  plasticity  by  dopamine  in  5-HT1A-receptor  KO  mice. 

Neuropharmacology

.  Feb 

2017;113(Pt A):124-136. doi:10.1016/j.neuropharm.2016.09.025 

11. 

Spoida  K, Masseck OA, Deneris ES, Herlitze S. Gq/5-HT2c receptor signals activate 

a local GABAergic inhibitory feedback circuit to modulate serotonergic firing and anxiety in 

mice. 

Proc 

Natl 

Acad 

Sci 

A

Apr 

29 

2014;111(17):6479-84. 

doi:10.1073/pnas.1321576111 

10 

12. 

Acuna  C,  Guo  Q, Burré J, Sharma M, Sun J, Südhof TC. Microsecond dissection of 

11 

neurotransmitter  release:  SNARE-complex  assembly  dictates  speed  and  Ca²⁺  sensitivity. 

12 

Neuron

. Jun 4 2014;82(5):1088-100.  doi:10.1016/j.neuron.2014.04.020 

13 

13. 

Shi  HJ,  Wu  DL,  Chen  R,  Li  N,  Zhu  LJ.  Requirement  of  hippocampal  DG  nNOS-

14 

CAPON dissociation for the anxiolytic and antidepressant effects of fluoxetine. 

Theranostics

15 

2022;12(8):3656-3675.  doi:10.7150/thno.70370 

16 

14. 

Zhu LJ, Shi HJ, Chang L

, et al

. nNOS-CAPON blockers produce anxiolytic effects by 

17 

promoting  synaptogenesis  in  chronic  stress-induced  animal  models  of  anxiety. 

Br  J 

18 

Pharmacol

. Aug 2020;177(16):3674-3690.  doi:10.1111/bph.15084 

19 

15. 

Zhu  LJ,  Li  TY,  Luo  CX

,  et  al

.  CAPON-nNOS  coupling  can  serve  as  a  target  for 

20 

developing new anxiolytics. 

Nat Med

. Sep 2014;20(9):1050-4.  doi:10.1038/nm.3644 

21 

16. 

Li  Y,  Zeng  J,  Zhang  J

,  et  al

.  Hypothalamic  Circuits  for  Predation  and  Evasion. 

22 

Neuron

. Feb 21 2018;97(4):911-924.e5.  doi:10.1016/j.neuron.2018.01.005 

23 

17. 

Wang  YJ,  Zan  GY,  Xu  C

,  et  al

.  The  claustrum-prelimbic  cortex  circuit  through 

24 

dynorphin/κ-opioid  receptor  signaling  underlies  depression-like  behaviors  associated  with 

25 

social  stress  etiology. 

Nat  Commun

.  Nov  30  2023;14(1):7903.  doi:10.1038/s41467-023-

26 

43636-x 

27 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

28 

18. 

Zhu  LJ,  Chang  L,  Shi  HJ,  Li  N.  Systemic  administration  of  ZLc-002  exerts 

anxiolytic-like  effects  by  dissociation  of  nNOS  from  CAPON  in  adult  mice. 

Biochem 

Biophys Res Commun

. Mar 5 2020;523(2):299-306. doi:10.1016/j.bbrc.2019.12.037 

19. 

Tan  GH,  Liu YY,  Wang  L

,  et  al

.  PRRT2  deficiency  induces  paroxysmal kinesigenic 

dyskinesia  by  regulating  synaptic  transmission  in  cerebellum. 

Cell  Res

.  Jan  2018;28(1):90-

110. doi:10.1038/cr.2017.128 

20. 

Yang Y, Kim J, Kim HY

, et al

. Amyloid-β Oligomers May Impair SNARE-Mediated 

Exocytosis  by  Direct  Binding  to  Syntaxin  1a. 

Cell  Rep

.  Aug  25  2015;12(8):1244-51. 

doi:10.1016/j.celrep.2015.07.044 

21. 

Ba  R,  Yang  L,  Zhang  B

,  et  al

.  FOXG1  drives  transcriptomic  networks  to  specify 

10 

principal  neuron  subtypes  during  the  development  of  the  medial  pallium. 

Sci  Adv

.  Feb  15 

11 

2023;9(7):eade2441. doi:10.1126/sciadv.ade2441 

12 

22. 

Lin YH, Dong J, Tang Y

, et al

. Opening a New Time Window for Treatment of Stroke 

13 

by 

Targeting 

HDAC2. 

Neurosci

Jul 

12 

2017;37(28):6712-6728. 

14 

doi:10.1523/jneurosci.0341-17.2017 

15 

23. 

Blanco  ME,  Mayo  OB,  Bandiera  T,  De  Pietri  Tonelli  D,  Armirotti  A.  LC-MS/MS 

16 

analysis  of  twelve  neurotransmitters  and  amino  acids  in  mouse  cerebrospinal  fluid. 

17 

Neurosci Methods

. Jul 15 2020;341:108760. doi:10.1016/j.jneumeth.2020.108760 

18 

24. 

Wang  Q,  Kong Y,  Wu DY

, et al

. Impaired calcium signaling in astrocytes modulates 

19 

autism  spectrum  disorder-like  behaviors  in  mice. 

Nat  Commun

.  May  31  2021;12(1):3321. 

20 

doi:10.1038/s41467-021-23843-0 

21 

25. 

Biria  M,  Banca  P,  Healy  MP

,  et  al

.  Cortical  glutamate  and  GABA  are  related  to 

22 

compulsive  behaviour  in  individuals  with  obsessive  compulsive  disorder  and  healthy 

23 

controls. 

Nat Commun

. Jun 27 2023;14(1):3324. doi:10.1038/s41467-023-38695-z 

24 

26. 

Fang  X,  Chen  Y,  Wang  J

,  et  al

.  Increased  intrinsic  and  synaptic  excitability  of 

25 

hypothalamic  POMC  neurons  underlies  chronic  stress-induced  behavioral  deficits. 

Mol 

26 

Psychiatry

. Mar 2023;28(3):1365-1382.  doi:10.1038/s41380-022-01872-5 

27 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

29 

27. 

Li X, Du ZJ, Xu JN

, et al

. mGluR5 in hippocampal CA1 pyramidal neurons mediates 

stress-induced  anxiety-like  behavior. 

Neuropsychopharmacology

.  Jul  2023;48(8):1164-1174. 

doi:10.1038/s41386-023-01548-w 

28. 

Zhu  LJ,  Li  F,  Zhu  DY.  nNOS  and  Neurological,  Neuropsychiatric  Disorders: A  20-

Year Story. 

Neurosci Bull

. Apr 19 2023:1-15. doi:10.1007/s12264-023-01060-7 

29. 

Wang  C,  Xu  B,  Ma  Z

,  et  al

.  Inhibition  of  Calpains  Protects  Mn-Induced 

Neurotransmitter  release  disorders  in  Synaptosomes  from  Mice:  Involvement  of  SNARE 

Complex  and  Synaptic Vesicle Fusion. 

Sci Rep

. Jun 16 2017;7(1):3701. doi:10.1038/s41598-

017-04017-9 

30. 

Zhu  LJ,  Zhang  C,  Chen  C.  Research  progress  on  vesicle  cycle  and  neurological 

10 

disorders. 

J Pharm Pharm Sci

. 2021;24:400-412. doi:10.18433/jpps31458 

11 

31. 

Lesch  KP,  Waider  J.  Serotonin  in  the  modulation  of  neural  plasticity  and  networks: 

12 

implications  for  neurodevelopmental  disorders. 

Neuron

.  Oct  4  2012;76(1):175-91. 

13 

doi:10.1016/j.neuron.2012.09.013 

14 

32. 

Sun N, Qin YJ, Xu C

, et al

. Design of fast-onset antidepressant by dissociating SERT 

15 

from 

nNOS 

in 

the 

DRN. 

Science

Oct 

28 

2022;378(6618):390-398. 

16 

doi:10.1126/science.abo3566 

17 

33. 

Blier  P,  Piñeyro  G,  el  Mansari  M,  Bergeron  R,  de  Montigny  C.  Role  of 

18 

somatodendritic  5-HT  autoreceptors  in  modulating  5-HT  neurotransmission. 

Ann  N  Y  Acad 

19 

Sci

. Dec 15 1998;861:204-16. doi:10.1111/j.1749-6632.1998.tb10192.x 

20 

34. 

Higgins  GA,  Fletcher  PJ.  Therapeutic  Potential  of  5-HT2C  Receptor  Agonists  for 

21 

Addictive 

Disorders. 

ACS 

Chem 

Neurosci

Jul 

15 

2015;6(7):1071-88. 

22 

doi:10.1021/acschemneuro.5b00025 

23 

35. 

Flanigan  ME,  Hon  OJ,  D'Ambrosio  S

,  et al

. Subcortical serotonin 5HT(2c) receptor-

24 

containing  neurons  sex-specifically  regulate  binge-like  alcohol  consumption,  social,  and 

25 

arousal  behaviors  in  mice. 

Nat  Commun

.  Mar 31 2023;14(1):1800. doi:10.1038/s41467-023-

26 

36808-2 

27 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

30 

36. 

Cheah  JH,  Kim  SF,  Hester  LD

,  et  al

.  NMDA  receptor-nitric  oxide  transmission 

mediates  neuronal  iron  homeostasis  via  the  GTPase  Dexras1. 

Neuron

.  Aug  17 

2006;51(4):431-40.  doi:10.1016/j.neuron.2006.07.011 

37. 

Jaffrey  SR,  Snowman AM, Eliasson MJ, Cohen NA, Snyder SH. CAPON: a protein 

associated  with  neuronal  nitric  oxide  synthase  that  regulates  its  interactions  with  PSD95. 

Neuron

. Jan 1998;20(1):115-24.  doi:10.1016/s0896-6273(00)80439-0 

38. 

Masson  J,  Emerit  MB,  Hamon  M,  Darmon  M.  Serotonergic  signaling:  multiple 

effectors and pleiotropic effects. 2012: 

39. 

De  BK,  Friedberg  I.  Effect  of  ionophore A23187  on  the  membrane  permeability  in 

mouse  fibroblasts. 

Biochem  Biophys  Res  Commun

.  Aug  15  1991;178(3):830-41. 

10 

doi:10.1016/0006-291x(91)90966-b 

11 

40. 

Theile 

JW,  Morikawa  H,  Gonzales  RA,  Morrisett  RA.  Role  of  5-

12 

hydroxytryptamine2C  receptors  in  Ca2+-dependent  ethanol  potentiation  of  GABA  release 

13 

onto  ventral  tegmental  area  dopamine  neurons. 

J  Pharmacol  Exp  Ther

.  May 

14 

2009;329(2):625-33.  doi:10.1124/jpet.108.147793 

15 

41. 

Shi  HJ,  Wang  S,  Wang  XP,  Zhang  RX,  Zhu  LJ.  Hippocampus:  Molecular,  Cellular, 

16 

and 

Circuit 

Features 

in 

Anxiety. 

Neurosci 

Bull

Jun 

2023;39(6):1009-1026. 

17 

doi:10.1007/s12264-023-01020-1 

18 

42. 

Rebola  N,  Carta  M,  Mulle  C.  Operation and plasticity of hippocampal CA3 circuits: 

19 

implications  for  memory  encoding. 

Nat  Rev  Neurosci

.  Apr  2017;18(4):208-220. 

20 

doi:10.1038/nrn.2017.10 

21 

43. 

Li X, Chen W, Pan K

, et al

. Serotonin receptor 2c-expressing cells in the ventral CA1 

22 

control  attention  via  innervation  of  the  Edinger-Westphal  nucleus. 

Nat  Neurosci

.  Sep 

23 

2018;21(9):1239-1250.  doi:10.1038/s41593-018-0207-0 

24 

44. 

Bubar  MJ,  Cunningham  KA.  Distribution  of  serotonin  5-HT2C  receptors  in  the 

25 

ventral 

tegmental 

area. 

Neuroscience

Apr 

25 

2007;146(1):286-97. 

26 

doi:10.1016/j.neuroscience.2006.12.071 

27 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

31 

45. 

Luchetti  A,  Bota  A,  Weitemier  A

,  et  al

.  Two  Functionally  Distinct  Serotonergic 

Projections 

into 

Hippocampus. 

Neurosci

Jun 

17 

2020;40(25):4936-4944. 

doi:10.1523/jneurosci.2724-19.2020 

46. 

Adeniyi  PA,  Shrestha  A,  Ogundele  OM.  Distribution  of  VTA  Glutamate  and 

Dopamine  Terminals,  and their Significance in CA1 Neural Network Activity. 

Neuroscience

Oct 15 2020;446:171-198. doi:10.1016/j.neuroscience.2020.06.045 

 

 

 

 

10 

 

 

11 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

32 

Figure legends 

Figure  1  5-HT

2C

R  is  involved  in  the  regulation  of  hippocampal  E/I  balance  and 

depressive  behaviors. 

(

A

)  Heatmap  of  the  DEGs  of  hippocampus  related  to  the  5-HT 

receptors in CMS-exposed and control mice.  (

B

) qPCR result showing the 5-HT

2C

R mRNA 

level in the hippocampus of mice exposed to CMS (n = 4, unpaired 

t

-test, 

t

 

(6)

 = 3.547, *

P

 = 

0.0121).  (

C

)  Representative  immunoblots (upper) and bar graph (lower) showing the protein 

level  of  5-HT

2C

R  in  the  hippocampus of CMS-exposed and control mice (n = 6, unpaired 

t

-

test, 

t

 

(10)

  =  2.562,  *

P

  =  0.0283).  (

D

  and 

E

)  The  immobility  time  in  TST and FST of mice 

treated  with  SB242084  (

D

)  or  CP809101  (

E

)  compared  to  vehicle  (n  = 10, unpaired 

t

-test, 

SB242084 

TST

t

 

(18)

  =  2.572,  *

P

  =  0.0192;  SB242084 

FST

t

 

(18)

  =  2.546,  *

P

  =  0.0203; 

10 

CP809101 

TST

:

 t

 

(18)

 = 3.669, **

P

 = 0.0018; CP809101 

FST

:

 t

 

(18)

 = 4.204, ***

P

 = 0.0005). (

F

11 

UPLC-MS/MS  analysis  of  the  dialysates  from  hippocampal  CA3  of  mice.  (

G

12 

Chromatographic  peaks  of  averaged  GABA  and  glutamate  intensities  in  the  hippocampal 

13 

CA3  dialysates  of  mice  treated  with  vehicle  or  SB242084.  (

H

)  Bar  graphs  showing  the 

14 

content of GABA and glutamate in the dialysates of hippocampal CA3 (n = 4, unpaired 

t

-test, 

15 

GABA: 

t

 

(6)

  =  4.74,  **

P

  =  0.0032;  glutamate:

  t

 

(6)

  =  2.423, 

P

  =  0.0517).  (

I

)  The  ratio  of 

16 

glutamate  to  GABA in response to vehicle or SB242084 treatments (n = 4, unpaired 

t

-test, 

t

 

17 

(6)

  =  3.207,  *

P

  =  0.0184).  (

J

)  Schematic  diagram  for  whole  cell  recording  of  hippocampal 

18 

CA3  pyramidal  neurons  (

J1

)  in  acute  slices  incubated  with  vehicle  or  SB242084  for  1  h. 

19 

sIPSCs and sEPSCs were recorded from the same neurons at 0 mV and -70 mV, respectively. 

20 

(

K

) Representative sIPSC and sEPSC traces of CA3 pyramidal neurons. (

L

) Summary graphs 

21 

for cumulative distributions of the frequency and mean frequency, cumulative distributions of 

22 

the  amplitude  and  mean  amplitude  of  sIPSCs  (n  =  15  cells  from 5 animals, unpaired 

t

-test, 

23 

frequency: 

t

 

(21.55)

  =  4.763,  ****

P

  <  0.0001;  amplitude:

  t

 

(28)

  =  1.77, 

P

  =  0.2931).  (

M

24 

Summary  graphs  for  cumulative  distributions  of  the  frequency  and  mean  frequency, 

25 

cumulative distributions of the amplitude and mean amplitude of sEPSCs (n = 15 cells from 5 

26 

animals,  unpaired 

t

-test,  frequency:

  t

 

(28)

  =  1.83, 

P

  >  0.999;  amplitude:

  t

 

(28)

  =  1.83, 

P

  > 

27 

0.999).  (

N

)  The  ratio  of  sEPSCs/sIPSCs  frequency  and  amplitudes  (n  =  15  cells  from  5 

28 

animals,  unpaired 

t

-test,  frequency:

  t

 

(28)

  =  2.27,  *

P

 = 0.0311; amplitudes: 

t

 

(28)

 = 1.34, 

P

 = 

29 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

33 

0.4312).  CMS,  chronic  mild  stress;  sIPSCs,  spontaneous  inhibitory  postsynaptic  currents; 

sEPSCs,  spontaneous excitatory postsynaptic currents; TST, tail suspension test; FST, forced 

swim test. Data are presented as means ± SEM.  

 

Figure  2  5-HT

2C

R  regulates  hippocampal  nNOS-CAPON association through affecting 

intracellular Ca

2+ 

release. 

(

A

) The nNOS-CAPON complex levels (presented as the ratio of 

CAPON  to  nNOS)  in  the  hippocampus  of mice  treated with SB242084, CP809101 or their 

vehicle (n = 4, unpaired 

t

-test, SB242084: 

t

 

(6)

 = 2.629, *

P

 = 0.0391; CP809101: 

t

 

(6)

 = 3.977, 

**

P

  =  0.0073).  (

B

)  The  nNOS-CAPON  complex  levels in the hippocampus of mice  treated 

with  CMS  exposure  and  CP809101  (n  =  4,  two-way  ANOVA  with  Tukey’s  multiple 

10 

comparison  tests,

 

F

(3,  6)

  =  0.5699,  Control    vs.  CMS,  *

P

  =  0.0277;    CMS    vs. 

11 

CMS+CP809101,  *

P  =

  0.0388).  (

C

)  Sankey  diagram  based  on  analysis  of  significantly 

12 

enriched  GO  terms  of  the  distinct  5-HT  receptor  subtypes  identified  in  Figure  1A.  (

D

13 

Schematic  of  the  fiber-photometry  of  the  GCaMP6s-expressing  DG  neurons  from  the 

14 

hippocampus  of  freely  behaving  mice. 

(D1)

  Microinjecting  recombinant  AAV-hsyn-

15 

GCaMP6s into the hippocampal DG of adult mice results in GCaMP6s expression (green) in 

16 

hippocampal  neurons.  (

E

-

G

)  Heatmap  illustration  (upper)  and  average  GCaMPs  signal 

17 

(lower)  aligned  to  the  treatment  with  vehicle  (

E

)  or  SB242084  (

F

)  or  CP809101  (

G

).  (

H

18 

Average  dF/F values of GCaMP6s signals in  response to vehicle or SB242084 or CP809101 

19 

treatment  during  time  0-30  min  and  30-60  min  periods.  (n  =  3,  unpaired 

t

-test,  0-30  min: 

20 

Vehicle  vs.  SB242084: 

t

 

(4)

  =  0.1536,

 P

 = 0.8854; Vehicle vs. CP809101: 

t

 

(4)

 = 1.501, 

P

 = 

21 

0.2078; 30-60 min: Vehicle vs. SB242084: 

t

 

(4)

 = 4.057, *

P

 = 0.0154; Vehicle vs. CP809101: 

22 

t

 

(4)

  =  4.365,  *

P

  =  0.012). (

I

) Schematic workflow outlining the experimental procedure for 

23 

mice  treated  with  SB242084/CP809101  and/or  A23187/Xec,  and  followed  with  CO -IP 

24 

analysis.  (

J

)  The  representative  immunoblots  (upper)  and  bar  graph  (lower)  demonstrating 

25 

the  association  of  nNOS  and  CAPON in hippocampus of mice treated with  A23187 and/or 

26 

SB242084  (n  =  6,  one-way  ANOVA  with

 

Tukey’s  multiple  comparison  tests,  F

(3,  20)

  = 

27 

0.2417,  Vehicle vs. A23187, 

P

 = 0.1044; Vehicle vs. SB242084, ***

P

 = 0.0002; SB242084 

28 

vs.  SB242084+A23187,  ***

P

  =  0.0004).  (

K

)  The  representative  immunoblots  (upper)  and 

29 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

34 

bar  graph  (lower)  showing  the  association  of  nNOS  and  CAPON  in  hippocampus  of  mice 

treated  with  XeC  and/or  CP809101  (n  =  4,  one-way  ANOVA  with

 

Tukey’s  multiple 

comparison tests, F

(3,  12)

 = 1.208, Vehicle vs. Xec, 

P

 = 0.0915; Vehicle vs. CP809101, *

P

 = 

0.0451;  CP809101  vs.  CP809101+Xec,  **

P

  =  0.0095).  DM,  dichroic  mirror;  PMT, 

photomultiplier  tube.  GO,  Gene  ontology;  XeC,  Xestospongin  C.  Data  are  presented  as 

means ± SEM.  

 

Figure  3  Hippocampal  nNOS-CAPON  coupling  mediates  the  behavioral  consequences 

of  5-HT

2C

R. 

(

A

) Schematic workflow showing the experimental procedure for mice treated 

with  ZLc-002  and/or  SB242084,  followed  by  behavioral  assessments.  (

B

  and 

C

)  The 

10 

representative  immunoblots  (

B

)  and  bar  graph  (

C

)  showing  the  association  of  nNOS  and 

11 

CAPON  in  the  hippocampus  (n  =  4,  one-way  ANOVA  with  Tukey’s  multiple  comparison 

12 

tests, F

(3, 12)

 = 0.4337, Vehicle vs. ZLc-002, 

*P

 = 0.0202; Vehicle vs. SB242084, 

*P

 = 0.0119; 

13 

SB242084 vs. SB242084+ZLc-002, *

*P

 = 0.0055). (

D

-F) The immobility time of mice in the 

14 

TST,  FST,  and  sucrose  preference  in  SPT  (n  =  10,  one-way ANOVA  with Tukey’s multiple 

15 

comparison tests for TST and, FST, and SPT, TST: F

(3, 36)

 = 2.434,  Vehicle vs. ZLc-002, 

*P

 = 

16 

0.0433;  Vehicle  vs.  SB242084, 

***P

  =  0.0004;  SB242084  vs.  SB242084+ZLc-002,  *

*P

  = 

17 

0.0035; FST: F

(3,  36)

 = 1.217,  Vehicle vs. ZLc-002, 

P

 = 0.0548; Vehicle vs. SB242084, 

***P

 

18 

= 0.0007; SB242084 vs. SB242084+ZLc-002, *

P

 = 0.0128; SPT: F

(3, 36)

 = 1.369,  Vehicle vs. 

19 

ZLc-002, 

P

 = 0.0633; Vehicle vs. SB242084, 

**P

 = 0.0015; SB242084 vs. SB242084+ZLc-

20 

002,  *

*P

  =  0.0066).  (

G

)  Schematic workflow showing the experimental procedure for mice 

21 

treated with ZLc-002 and/or RS-102221, followed by behavioral assessments. (

H

 and 

I

) The 

22 

representative  immunoblots  (

H

)  and  bar  graph  (

I

)  showing  the  association  of  nNOS  and 

23 

CAPON  in  the  hippocampus  (n  =  4,  one-way  ANOVA  with  Tukey’s  multiple  comparison 

24 

tests, F

(3,  12)

 = 1.487, Vehicle vs. ZLc-002, 

*P

 = 0.0379; Vehicle vs. RS-102221, 

*P

 = 0.0146; 

25 

RS-102221  vs.  RS-102221+ZLc-002,  *

*P

  =  0.0018).  (

J-L

)  The  immobility  time  of mice in 

26 

the TST, FST, and sucrose preference in SPT (n = 8, one-way ANOVA with Tukey’s multiple 

27 

comparison  tests  for  TST,  FST,  and  SPT, TST: F

(3,  28)

 = 0.2098,  Vehicle vs. ZLc-002, 

*P

 = 

28 

0.0303;  Vehicle  vs.  RS-102221, 

*P

  =  0.0303;  RS-102221  vs.  RS-102221+ZLc-002,  *

*P

  = 

29 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

35 

0.0057; SPT: F

(3,  28)

 = 1.283,  Vehicle vs. ZLc-002, 

P

 = 0.2304; Vehicle vs. RS-102221, 

***P

 

=  0.0002;  RS-102221  vs.  RS-102221+  ZLc-002,  *

**P

  =  0.0004;  FST:  F

(3,  28)

  =    0.4139,  

Vehicle  vs.  ZLc-002, 

*P

  =  0.0375;  Vehicle  vs. RS-102221, 

*P

 = 0.035; RS-102221 vs. RS-

102221+ZLc-002, 

*P

  =  0.0228).  (

M

)  Schematic  workflow  showing  the  experimental 

procedure  for  mice  treated  with  AAV-CAPON-125C-GFP  and/or  SB242084,  followed  by 

behavioral  tests.  (

N

  and 

O

)  The  representative immunoblots (

N

) and bar graph (

O

) showing 

the  association  of  nNOS  and  CAPON  in  the  hippocampus  of  mice  (n  = 4, Welch ANOVA 

with  Dunnett's  T3  multiple  comparisons  tests,  W

(3,  5.563)

  =  20.8,  Vehicle+GFP  vs. 

Vehicle+125C-GFP, 

*P

  =  0.0494;  Vehicle+GFP  vs.  SB242084+GFP, 

*P

  =  0.0322; 

SB242084+GFP  vs.  SB242084+125C-GFP, 

*P

  =  0.0392).  (

P-R

)  The  immobility  time  of 

10 

mice  in  the  TST,  and  FST,  and  sucrose  preference  in  SPT    (n  =  7,  one-way ANOVA  with 

11 

Tukey’s multiple comparison tests for TST, FST, and SPT, TST:

 

F

(3, 24)

 = 2.128, Vehicle+GFP 

12 

vs.  Vehicle+125C-GFP, 

P

  =  0.1133;  Vehicle+GFP  vs.  SB242084+GFP, 

**P

  =  0.0095; 

13 

SB242084+GFP vs. SB242084+125C-GFP, 

*P

 = 0.0243; FST: F

(3, 24)

 = 0.2984, Vehicle+GFP 

14 

vs.  Vehicle+125C-GFP,  *

P

  =  0.0175;  Vehicle+GFP  vs.  SB242084+GFP, 

*P

  =  0.012; 

15 

SB242084+GFP vs. SB242084+125C-GFP, 

*P

 = 0.0149; SPT: F

(3,  24)

 = 0.504, Vehicle+GFP 

16 

vs.  Vehicle+125C-GFP, 

P

  =  0.1722;  Vehicle+GFP  vs.  SB242084+GFP, 

****P

  <  0.0001; 

17 

SB242084+GFP  vs.  SB242084+125C-GFP, 

**P

  =  0.0061).  SPT,  sucrose  preference  test. 

18 

Data are presented as means ± SEM.  

19 

 

20 

Figure  4  nNOS-CAPON  coupling-modulated  SNARE  complex  assembly  underlies  the 

21 

behavioral  effects  of  5-HT

2C

R. 

(

A

-

D

)  Representative  immunoblots  (

A

-

C

)  and  bar  graphs 

22 

(

D

)  showing  the  formation  of  SNARE  complex  within  hippocampal  synaptosomes  of  mice 

23 

treated  with  AAV-CAPON-125C-GFP  and/or  SB242084  (n  =  4,  Welch  ANOVA  with 

24 

Dunnett's  T3  multiple  comparisons  tests  for  SNAP25,  W

(3,  6.458)

  =  30.69,  Veh+GFP  vs. 

25 

Veh+125C-GFP, 

*P

 = 0.0379; Veh+GFP vs. SB+GFP, 

*P

 = 0.0141; SB+GFP vs. SB+125C-

26 

GFP, 

***P

  =  0.0006; one-way ANOVA with Tukey’s multiple comparison tests for syntaxin 

27 

1A  and  VAMP2,  syntaxin  1A:    F

(3,  12)

  =  0.2561,  Veh+GFP  vs.  Veh+125C-GFP, 

****P

  < 

28 

0.0001;  Veh+GFP vs. SB+GFP, 

**P

 = 0.0022; SB+GFP vs. SB+125C-GFP, 

***P

 = 0.0005; 

29 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

36 

VAMP2: F

(3, 12)

 = 1.37, Veh+GFP vs. Veh+125C-GFP, 

***P

 = 0.0002; Veh+GFP vs. SB+GFP, 

*P

  =  0.0478;  SB+GFP  vs.  SB+125C-GFP, 

**P

  =  0.0071).  (

E

-

H

)  Representative 

immunoblots  (

E

-

G

)  and  bar  graphs  (

H

)  showing  the  formation  of  SNARE  complex  within 

hippocampal  synaptosomes  of  mice  treated  with  ZLc-002  and/or  SB242084  (n  =  4,  Welch 

ANOVA  with  Dunnett's T3 multiple comparisons tests  for SNAP25 and VAMP2, SNAP25: 

W

(3, 6.266)

 = 25.94, Veh vs. ZLc, 

P

 = 0.0538; Veh vs. SB, 

*P

 = 0.0274; SB vs. SB+ZLc, 

**P

 = 

0.0037; VAMP2: W

(3,  6.017)

 = 16.74, Veh vs. ZLc, 

P

 = 0.0994; Veh vs. SB, 

*P

 = 0.0182; SB 

vs.  SB+ZLc, 

*P

  =  0.0476;  one-way  ANOVA  with  Tukey’s  multiple  comparison  tests  for 

syntaxin  1A, F

(3,  12)

  = 1.603, Veh vs. ZLc, ***

P

 = 0.0008; Veh vs. SB, 

*P

 = 0.042; SB vs. 

SB+ZLc, 

***P

  =  0.0005).  (

I

)  Model  of  TeNT  blocking  SNARE  assembly-mediated 

10 

neurotransmitter  release  through  cleavage  of  VAMP2.  (

J

)  The  diagram  showing  the 

11 

experimental  procedure  for  mice  treated with SB242084, ZLc-002, and/or AAV-TeNT-P2A-

12 

GFP.  (

K

)  Fluorescence  image  showing  the  infection  of  AAV-TeNT-P2A-GFP  in  the 

13 

hippocampal  DG  of  adult  mice.  (

L

)  Representative  immunoblot  and  bar  graph  showing 

14 

VAMP2  protein  in  hippocampus  after  treated  with  AAV-TeNT-P2A-GFP  (n  =  3,  one-way 

15 

ANOVA with Tukey’s multiple comparison tests, F

(3, 8)

 = 0.9393, Veh+GFP vs. SB+GFP, 

P

 = 

16 

0.7725; SB+GFP vs. SB+ZLc+GFP, 

P

 = 0.9947; SB+ZLc+GFP vs. SB+ZLc+ TeNT-GFP, *

P

 

17 

=  0.0226).  (

M

-

O

)  Representative  immunoblots  (upper)  and  bar  graphs  (lower)  showing  the 

18 

assembly  of  SNARE  complex  within  hippocampal  synaptosomes  (n  =  4,  one-way ANOVA 

19 

with  Tukey’s  multiple  comparison  tests,  SNAP25:  F

(3,  12)

  =  1.526,  Veh+GFP  vs.  SB+GFP, 

20 

***

P

  =  0.0003;  SB+GFP  vs.  SB+ZLc+GFP,  **

P

  =  0.0061;  SB+ZLc+GFP  vs. 

21 

SB+ZLc+TeNT-GFP,  **

P

  =  0.0029;  syntaxin  1A:  F

(3,  12)

  = 0.5519, Veh+GFP vs. SB+GFP, 

22 

**

P

 = 0.0014; SB+GFP vs. SB+ZLc+GFP, *

P

 = 0.0179; SB+ZLc+GFP vs. SB+ZLc+TeNT-

23 

GFP,  **

P

  =  0.0026;  VAMP2:  F

(3,  12)

  =  1.624,  Veh+GFP  vs.  SB+GFP,  ***

P

  =  0.0006; 

24 

SB+GFP  vs.  SB+ZLc+GFP,  *

P

  =  0.0204;  SB+ZLc+GFP  vs.  SB+ZLc+TeNT-GFP,  *

P

  = 

25 

0.0289).  (

P

  and 

Q

)  The  immobility  time  in  TST  (

P

)  and FST (

Q

) (n = 7, one-way ANOVA 

26 

with Tukey’s multiple comparison tests, TST: F

(3,  24)

 = 1.406, Veh+GFP vs. SB+GFP, ***

P

 = 

27 

0.0002; SB+GFP vs. SB+ZLc+GFP, **

P

 = 0.0094; SB+ZLc+GFP vs. SB+ZLc+ TeNT-GFP, 

28 

*

P

  =  0.0165;  FST:  F

(3,  24)

  =  0.4902,  Veh+GFP  vs.  SB+GFP,  ***

P

  =  0.0003;  SB+GFP  vs. 

29 

SB+ZLc+GFP,  *

P

  =  0.0245;  SB+ZLc+GFP  vs.  SB+ZLc+TeNT-GFP,  *

P

  =  0.0411).  Veh, 

30 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

37 

vehicle;  SB,  SB242084;  ZLc,  ZLc-002;  TeNT,  tetanus  neurotoxin.  Data  are  presented  as 

means ± SEM.  

 

Figure  5  Dissociation  of  nNOS-CAPON  reverses  5-HT

2C

R  inhibition  induced 

impairments in GABA vesicle release and E/I balance.

 (

A

)

 

Schematic representation of the 

experimental  procedures  for  microdialysis  of  mice  treated  with  SB242084  alone  or  in 

combination with AAV-CAPON-125C-GFP. (

B

) Chromatographic peaks of averaged GABA 

and glutamate intensities in the hippocampal CA3 dialysates of mice treated with SB242084 

and/or  AAV-CAPON-125C-GFP.  (

C

)  Bar  graphs  showing  the  content  of  GABA  and 

glutamate  in  the  dialysates  of  hippocampal  CA3  (n  =  8,  Welch ANOVA with Dunnett's T3 

10 

multiple  comparisons  tests  for  GABA,  W

(3,  13.81)

  =  29.78,  Vehicle+GFP  vs.  Vehicle+125C-

11 

GFP, 

P

  =  0.994;  Vehicle+GFP  vs.  SB242084+GFP,  **

P

  =  0.0041;  SB242084+GFP  vs. 

12 

SB242084+125C-GFP, 

**P

  =  0.007;  Kruskal-Wallis  ANOVA  with  Dunn's  multiple 

13 

comparisons tests for glutamate, H = 7.849, Vehicle+GFP vs. Vehicle+125C-GFP, 

P

 > 0.999; 

14 

Vehicle+GFP vs. SB242084+GFP, 

P

 = 0.0681; SB242084+GFP vs. SB242084+125C-GFP, 

P

 

15 

>  0.999).  (

D

)  The  ratio  of  glutamate  to  GABA  in  response  to  different  treatments  (n  =  8, 

16 

Kruskal-Wallis ANOVA with Dunn's multiple comparisons tests, H = 17.71, Vehicle+GFP vs. 

17 

Vehicle+125C-GFP, 

P

  >  0.999;  Vehicle+GFP  vs.  SB242084+GFP,  *

P

  =  0.05; 

18 

SB242084+GFP  vs.  SB242084+125C-GFP,  **

P

  =  0.0016). (

E

) Schematic representation of 

19 

the  experimental  procedures  for  microdialysis  of  mice  treated  with  RS-102221  alone  or  in 

20 

combination  with  ZLc-002.  (

F

)  Chromatographic  peaks  of  averaged  GABA  and  glutamate 

21 

intensities  in  the  hippocampal  dialysates  of  mice  treated  with  RS-102221  and/or  ZLc-002. 

22 

(

G

) Bar graphs showing the content of GABA and glutamate in the dialysates of hippocampal 

23 

CA3  (n  =  6,  one-way  ANOVA  with  Tukey’s  multiple  comparison  tests  for  GABA  and 

24 

glutamate, GABA:  F

(3,  20)

 = 3.715, Vehicle vs. ZLc-002, 

P

 = 0.1272; Vehicle vs. RS-102221, 

25 

*

P = 

0.0433; RS-102221 vs. RS-102221+ZLc-002, **

P

 = 0.0026; glutamate: F

(3,  20)

 = 0.54, 

26 

Vehicle  vs.  ZLc-002, 

P

  =  0.2978;  Vehicle  vs.  RS-102221, 

P = 

0.0864;  RS-102221 vs. RS-

27 

102221+ZLc-002, 

P

 = 0.2138). (

H

) The ratio of glutamate to GABA with different treatments 

28 

(n  =  6,  one-way ANOVA with Tukey’s multiple comparison tests, F

(3,  20)

 = 1.87, Vehicle vs. 

29 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

38 

ZLc-002, 

P

 = 0.3934; Vehicle vs. RS-102221, 

P = 

0.0892; RS-102221 vs. RS-102221+ZLc-

002,  **

P

  =  0.0089).  (

I

)

 

Schematic  representation  of  the  experimental  procedures  for 

microdialysis  of  mice  treated  with  SB242084  alone  or  in combination with ZLc-002 and/or 

AAV-TeNT-P2A-GFP.  (

J

)  Chromatographic  peaks  of  averaged  GABA  and  glutamate 

intensities  in  the  hippocampal  dialysates  of  mice  treated  with  SB242084,  ZLc-002  and/or 

AAV-TeNT-P2A-GFP.  (

K

)  Bar  graphs  showing  the  content  of  GABA  and glutamate in the 

dialysates  of  hippocampal  CA3  (n  =  8,  Welch  ANOVA  with  Dunnett's  T3  multiple 

comparisons  tests  for  GABA,  W

(3,  12.35) 

=    113.1, Veh+GFP vs. SB+GFP, ****

P

 < 0.0001;  

SB+GFP  vs.  SB+ZLc+GFP,  **

P

  =  0.0054;  SB+ZLc+GFP  vs.  SB+ZLc+TeNT-GFP,  **

P

  = 

0.0014;  Kruskal-Wallis  ANOVA  with  Dunn's  multiple  comparisons  tests  for  glutamate, 

10 

H=18.10,  Veh+GFP  vs.  SB+GFP,  *

P

  =  0.0394;    SB+GFP  vs.  SB+ZLc+GFP, 

P

  >  0.999; 

11 

SB+ZLc+GFP  vs.  SB+ZLc+TeNT-GFP, 

P  = 

0.1315).  (

L

) The ratio of glutamate to GABA 

12 

with  different  treatments  (n  =  8, Kruskal-Wallis ANOVA with Dunn's multiple comparisons 

13 

tests,  H  =  19.66,  Veh+GFP  vs.  SB+GFP, 

P

  =  0.1618;  SB+GFP  vs.  SB+ZLc+GFP,  *

P

  = 

14 

0.0462; SB+ZLc+GFP vs. SB+ZLc+TeNT-GFP, ***

P =

 0.0008). (

M

) Cartoon illustrating the 

15 

excitatory  and  inhibitory  inputs  of  CA3  pyramidal  neurons.  Plus  and  minus  signs represent 

16 

excitatory  and  inhibitory  synapses,  respectively.  (

N

)  Schematic  diagram  for  whole  cell 

17 

recording  of  hippocampal  CA3  pyramidal  neurons  in acute slices incubated with SB242084 

18 

and/or  ZLc-002.  (

O

  and 

Q

)  Representative  sIPSC 

(O) 

and  sEPSC

  (Q) 

traces  of  CA3 

19 

pyramidal  neurons.  (

P

)  Summary  graphs  for  cumulative  distributions  of  the  frequency  and 

20 

mean frequency, amplitude and mean amplitude of sIPSCs (n = 15 cells from 5 animals, one-

21 

way ANOVA with Tukey’s multiple comparison tests for frequency, F

(3,  56)

 = 1.677,  Vehicle 

22 

vs.  ZLc-002, 

P

  =  0.1283;  Vehicle  vs.  SB242084,  ****

P

  <  0.0001;  SB242084  vs. 

23 

SB242084+ZLc-002,  ****

P

  <  0.0001;  Kruskal-Wallis  ANOVA  with  Dunn's  multiple 

24 

comparisons  tests  for  amplitude:  H  =  7.304,  Vehicle  vs.  ZLc-002, 

P

  >  0.999;  Vehicle  vs. 

25 

SB242084, 

P

  =  0.2137;  SB242084  vs.  SB242084+ZLc-002, 

=  0.6175  ).  (

R

)  Summary 

26 

graphs  for  cumulative  distributions  of  the  frequency  and  mean  frequency,  amplitude  and 

27 

mean  amplitude  of  sEPSCs  (n  =  15  cells  from  5  animals,  Kruskal-Wallis  ANOVA  with 

28 

Dunn's  multiple  comparisons  tests  for  frequency  and  amplitude,  frequency:  H  =  7.415, 

29 

Vehicle  vs.  ZLc-002, 

P

  =  0.7348;  Vehicle  vs.  SB242084, 

P

  >  0.999;  SB242084  vs. 

30 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

39 

SB242084+ZLc-002, 

>  0.999;  amplitude:  H  =  6.052,  Vehicle  vs.  ZLc-002, 

P

  =  0.1252; 

Vehicle  vs.  SB242084, 

P

  >  0.999;  SB242084  vs.  SB242084+ZLc-002, 

>  0.999).

 

(

S

) The 

ratio  of  sEPSCs/sIPSCs  frequency  and  amplitudes  (

n

  =  15  cells  from  5  animals,  Kruskal-

Wallis ANOVA with Dunn's multiple comparisons tests for frequency, H = 15.89, Vehicle vs. 

ZLc-002, 

>  0.999;  Vehicle  vs.  SB242084,  **

P

  = 0.0053; SB242084 vs. SB242084+ZLc-

002,  **

= 0.0032; one-way ANOVA with Tukey’s multiple comparison tests for amplitude, 

F

(3,  56)

  =  1.821,  Vehicle  vs.  ZLc-002, 

=  0.6862;  Vehicle  vs.  SB242084, 

P

  =  0.4249; 

SB242084  vs.  SB242084+ZLc-002, 

=  0.21).  (

T

)  Schematic  representation  of  the 

experimental  procedures  for  optogenetic  inhibition  of  CA3  GABAergic  neurons  of  mice 

treated  with  SB242084  combination  with  AAV-CAPON-125C-GFP.  (

U

)  The  effect  of 

10 

optogenetic  inhibition  on  spontaneous  firing  activity  of  CA3  GABAergic  neurons.  (

V

) The 

11 

immobility time in TST and FST (n = 5, one-way ANOVA with Tukey’s multiple comparison 

12 

tests,  TST:  F

(3,  16)

  =  1.895,  Veh+GFP  vs.  SB+GFP,  **

P

  =  0.0014;  SB+GFP  vs. SB+125C-

13 

GFP, *

P

 = 0.0254; SB+125C-GFP vs. SB+125C-GFP+eNpHR3.0, *

P

 = 0.036; FST: F

(3, 16)

 = 

14 

0.8234,  Veh+GFP  vs.  SB+GFP,  ***

P

  =  0.0002;  SB+GFP  vs.  SB+125C-GFP, 

P

  =  0.0567; 

15 

SB+125C-GFP  vs.  SB+125C-GFP+eNpHR3.0,  *

P

  =  0.0399).Veh,  vehicle;  SB,  SB242084; 

16 

ZLc, ZLc-002; TeNT, tetanus neurotoxin. Data are presented as means ± SEM.  

17 

 

18 

Figure  6  Schematic  illustration  of  the

 

molecular  and  cellular

 

mechanisms  underlying 

19 

behavioral  consequences  of  5-HT

2C

R  signalling  deficiency. 

Chronic  stress  reduced  the 

20 

expression  of  hippocampal  5-HT

2C

R,  while  inhibition  of  5-HT

2C

R  with  its  selective 

21 

antagonist enhanced nNOS-CAPON coupling by decreasing intracellular Ca

2+

 concentration, 

22 

reduced  SNARE  complex  assembly,  leading  to  neuronal  E/I  imbalance  through  reducing 

23 

vesicle-related  GABA  release  in hippocampal CA3, and ultimately giving rise to depressive-

24 

like behaviors. ER, endoplasmic reticulum; I, inhibition; E, excitation. 

25 

 

26 

 

27 

 

 

28 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

40 

 

Figure 1 

159x144  mm ( x  DPI) 

 

 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

41 

 

Figure 2 

159x162  mm ( x  DPI) 

 

 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

42 

 

Figure 3 

159x97  mm ( x  DPI) 

 

 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

43 

 

Figure 4 

114x109  mm ( x  DPI) 

 

 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

44 

 

Figure 5 

144x171  mm ( x  DPI) 

 

 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024

awae143-html.html
background image

45 

 

Figure 6 

99x118  mm ( x  DPI) 

 

ACCEPTED MANUSCRIPT

Downloaded from https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awae143/7664361 by University of California, San Diego user on 08 May 2024