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Lithium affects the circadian clock in the choroid plexus – A new role for an old mechanism - 03/02/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.114292 
Karolína Liška, Tereza Dočkal, Pavel Houdek, Martin Sládek, Vendula Lužná, Kateryna Semenovykh, Milica Drapšin, Alena Sumová , 1
 Laboratory of Biological Rhythms, Institute of Physiology of the Czech Academy of Sciences, Prague, Czech Republic 

Correspondence to: Institute of Physiology of the Czech Academy of Sciences, Videnska 1083, 14220 Prague, Czech Republic.Institute of Physiology of the Czech Academy of SciencesVidenska 1083Prague14220Czech Republic

Abstract

Lithium is an effective mood stabilizer, but the mechanism of its therapeutic action is not well understood. We investigated the effect of lithium on the circadian clock located in the ventricle barrier complex containing the choroid plexus (CP), a part of the glymphatic system that influences gross brain function via the production of cerebrospinal fluid. The mPer2Luc mice were injected with lithium chloride (LiCl) or vehicle, and their effects on the clock gene Nr1d1 in CP were detected by RT qPCR. CP organotypic explants were prepared to monitor bioluminescence rhythms in real time and examine the responses of the CP clock to LiCl and inhibitors of glycogen synthase kinase-3 (CHIR-99021) and protein kinase C (chelerythrine). LiCl affected Nr1d1 expression levels in CP in vivo and dose-dependently delayed the phase and prolonged the period of the CP clock in vitro. LiCl and CHIR-99021 had different effects on 1] CP clock parameters (amplitude, period, phase), 2] dexamethasone-induced phase shifts of the CP clock, and 3] dynamics of PER2 degradation and de novo accumulation. LiCl-induced phase delays were significantly reduced by chelerythrine, suggesting the involvement of PKC activity. The effects on the CP clock may be involved in the therapeutic effects of lithium and hypothetically improve brain function in psychiatric patients by aligning the function of the CP clock-related glymphatic system with the sleep-wake cycle. Importantly, our data argue for personalized timing of lithium treatment in BD patients.

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Graphical Abstract




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Highlights

Epithelial cells of the choroid plexus (CP) harbor a robust circadian clock.
Lithium affects period and phase of CP clock dose- and time of day-dependently.
The effect of lithium on the CP clock is not mediated by inhibition of GSK3 activity.
The mechanism of lithium-induced resetting of the CP clock involves PKC activity.
The effect of lithium on CP may participate in its therapeutic effect in mood disorders.

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Keywords : Bipolar disorder, Lithium chloride, GSK3, Circadian clock, Choroid plexus, MPer2Luc mice


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