Lutz Hein, Muris Humo, Samuel Leman, Ipek Yalcin, Ralf Gilsbach, Elisabeth Waltisperger, Catherine Belzung, Anne-Laurence Boutillier, Michel Barrot, Florent Barthas, Meltem Karatas, Institut des Neurosciences Cellulaires et Intégratives (INCI), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Louis Pasteur - Strasbourg I-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (ICube), Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Réseau nanophotonique et optique, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - 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Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, and Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)
Background Depression is frequently associated with chronic pain or chronic stress. Among cortical areas, the anterior cingulate cortex (ACC, areas 24a and 24b) appears to be important for mood disorders and constitutes a neuroanatomical substrate for investigating the underlying molecular mechanisms. The current work aimed at identifying ACC molecular factors subserving depression. Methods Anxiodepressive-like behaviors in C57BL/6J male mice were induced by neuropathic pain, unpredictable chronic mild stress, and optogenetic ACC stimulation and were evaluated using novelty suppressed feeding, splash, and forced swim tests. ACC molecular changes in chronic pain–induced depression were uncovered through whole-genome expression analysis. Further mechanistic insights were provided by chromatin immunoprecipitation, Western blot, and immunostaining. The causal link between molecular changes and depression was studied using knockout, pharmacological antagonism, and local viral-mediated gene knockdown. Results Under chronic pain–induced depression, gene expression changes in the ACC highlighted the overexpression of a regulator of the mitogen-activated protein kinase pathway, mitogen-activated protein kinase phosphatase-1 (MKP-1). This upregulation is associated with the presence of transcriptionally active chromatin marks (acetylation) at its proximal promoter region as well as increased cyclic adenosine monophosphate response element–mediated transcriptional activity and phosphorylation of cyclic adenosine monophosphate response element binding protein and activating transcription factor. MKP-1 overexpression is also observed with unpredictable chronic mild stress and repeated ACC optogenetic stimulation and is reversed by fluoxetine. A knockout, an antagonist, or a local silencing of MKP-1 attenuates depressive-like behaviors, pointing to an important role of this phosphatase in depression. Conclusions These data point to ACC MKP-1 as a key factor in the pathophysiology of depression and a potential target for treatment development.