Measuring reward anticipation distinct from other aspects of reward value, including costs required to obtain a reward or the intrinsic hedonic value of consuming the reward itself, can be difficult to disentangle. Here, we show that mice trained on a self-paced neuroeconomic foraging task convey reward anticipation via differentially invigorated travel times between uniquely flavored feeding sites separate from willingness to wait, consummatory behaviors, or place preferences measured within the same trial. Following exposure to chronic social defeat stress, we found that only stress-susceptible but not stress-resilient mice revealed deficits in this metric after consuming but not after rejecting a reward on the previous trial, indicating that blunted anticipation in these animals is state-dependent, or punctuated by recent reward receipt. After increasing economic pressure and task demands, locomotion was globally invigorated and, in turn, masked stress-related deficits in reward anticipation. These findings suggest that the ability to detect changes in specific aspects of motivational deficits associated with depression and other stress-related disorders depends on an interaction between the state of an individual and environmental circumstances.

The hippocampus 1-7, as well as dopamine circuits 8-11, coordinate decision-making in anxiety-eliciting situations. Yet, little is known about how dopamine modulates hippocampal representations of emotionally-salient stimuli to inform appropriate resolution of approach versus avoidance conflicts. We here study dopaminoceptive neurons in mouse ventral hippocampus (vHipp), molecularly distinguished by their expression of dopamine D1 or D2 receptors. We show that these neurons are transcriptionally distinct and topographically organized across vHipp subfields and cell types. In the ventral subiculum where they are enriched, both D1 and D2 neurons are recruited during anxiogenic exploration, yet with distinct profiles related to investigation and behavioral selection. In turn, they mediate opposite approach/avoidance responses, and are differentially modulated by dopaminergic transmission in that region. Together, these results suggest that vHipp dopamine dynamics gate exploratory behaviors under contextual uncertainty, implicating dopaminoception in the complex computation engaged in vHipp to govern emotional states.

Histone post-translational modifications are critical for mediating persistent alterations in gene expression. By combining unbiased proteomics profiling and genome-wide approaches, we uncovered a role for mono-methylation of lysine 27 at histone H3 (H3K27me1) in the enduring effects of stress. Specifically, mice susceptible to early life stress (ELS) or chronic social defeat stress (CSDS) displayed increased H3K27me1 enrichment in the nucleus accumbens (NAc), a key brain-reward region. Stress-induced H3K27me1 accumulation occurred at genes that control neuronal excitability and was mediated by the VEFS domain of SUZ12, a core subunit of the polycomb repressive complex-2, which controls H3K27 methylation patterns. Viral VEFS expression changed the transcriptional profile of the NAc, led to social, emotional, and cognitive abnormalities, and altered excitability and synaptic transmission of NAc D1-medium spiny neurons. Together, we describe a novel function of H3K27me1 in the brain and demonstrate its role as a "chromatin scar" that mediates lifelong stress susceptibility.

Regret describes recognizing that alternative actions could have led to better outcomes. This can transform into behavioral consequences, altering subsequent valuations, but remains unclear if regret derives from a generalized computation for mistake appraisal or instead is made up of dissociable action-specific processes. Using a novel neuroeconomic decision-making paradigm, we found mice were differentially sensitive to fundamentally distinct types of missed opportunities following exposure to chronic social defeat stress or manipulations of CREB, a key transcription factor implicated in chronic stress action. Bias to make compensatory decisions after rejecting high-value offers (regret type I) was unique to stress-susceptible mice. Bias following the converse operation, accepting low-value offers (regret type II), was enhanced in stress-resilient and absent in stress-susceptible mice. CREB function in either the medial prefrontal cortex or nucleus accumbens was required to suppress regret type I but differentially affected regret type II. We provide insight into how adaptive versus maladaptive stress-response traits may be related to fundamentally distinct forms of counterfactual thinking and could steer psychotherapy for mood disorders such as depression toward unveiling circuit-specific computations through a careful description of decision narrative.

Substance use disorder is characterized by a maladaptive imbalance wherein drug seeking persists despite negative consequences or drug unavailability. This imbalance correlates with neurobiological alterations some of which are amplified during forced abstinence, thereby compromising the capacity of extinction-based approaches to prevent relapse. Cocaine use disorder (CUD) exemplifies this phenomenon in which neurobiological modifications hijack brain reward regions such as the nucleus accumbens (NAc) to manifest craving and withdrawal-like symptoms. While increasing evidence links transcriptional changes in the NAc to specific phases of addiction, genome-wide changes in gene expression during withdrawal vs. extinction (WD/Ext) have not been examined in a context- and NAc-subregion-specific manner. Here, we used cocaine self-administration (SA) in rats combined with RNA-sequencing (RNA-seq) of NAc subregions (core and shell) to transcriptionally profile the impact of experiencing withdrawal in the home cage or in the previous drug context or experiencing extinction training. As expected, home-cage withdrawal maintained drug seeking in the previous drug context, whereas extinction training reduced it. By contrast, withdrawal involving repetitive exposure to the previous drug context increased drug-seeking behavior. Bioinformatic analyses of RNA-seq data revealed gene expression patterns, networks, motifs, and biological functions specific to these behavioral conditions and NAc subregions. Comparing transcriptomic analysis of the NAc of patients with CUD highlighted conserved gene signatures, especially with rats that were repetitively exposed to the previous drug context. Collectively, these behavioral and transcriptional correlates of several withdrawal-extinction settings reveal fundamental and translational information about potential molecular mechanisms to attenuate drug-associated memories.

Economic stress can serve as a “second-hit” for those who already accumulated a history of adverse life experiences. How one recovers from a setback is a core feature of resilience but is seldom captured in animal studies. We challenged mice in a novel two-hit stress model by exposing animals to chronic social defeat stress (first-hit) and then testing how mice adapt to reward scarcity on a neuroeconomic task (second-hit). Mice were tested longitudinally across months on the Restaurant Row task during which mice foraged daily for their sole source of food while on a limited time budget. An abrupt transition into a reward-scarce environment on this task elicits an economic crisis, precipitating a massive drop in food intake and body weight to which mice must respond in order to survive. We found that mice with a history of social defeat mounted a robust behavioral response to this economic challenge. This recovery was achieved through a complex redistribution of how time was allocated among competing opportunities via multiple valuation algorithms. Interestingly, we found that mice with a history of social defeat displayed changes in the development of decision-making policies during the recovery process important for not only ensuring food security necessary for survival but also prioritizing subjective value. These findings indicate that an individual’s capacity to “bounce back” from economic stress depends on one’s prior history of stress and can affect multiple aspects of subjective well-being, highlighting a motivational balance that may be altered in stress-related disorders such as depression. In Brief Durand-de Cuttoli et al. found that after chronic social defeat stress, when mice were subsequently challenged on a neuroeconomic foraging task, an economic stressor can serve as a “second hit” and reveal changes in the development of complex decision-making strategies important for maintaining the balance between food security and subjective well-being.

SUMMARY Histone post-translational modifications are critical for mediating persistent alterations in gene expression. By combining unbiased proteomics profiling, and genome-wide approaches, we uncovered a role for mono-methylation of lysine 27 at histone H3 (H3K27me1) in the enduring effects of stress. Specifically, mice exposed to early life stress (ELS) or to chronic social defeat stress (CSDS) in adulthood displayed increased enrichment of H3K27me1, and transient decreases in H3K27me2, in the nucleus accumbens (NAc), a key brain-reward region. Stress induction of H3K27me1 was mediated by the VEFS domain of SUZ12, a core subunit of the polycomb repressive complex-2, which is induced by chronic stress and controls H3K27 methylation patterns. Overexpression of the VEFS domain led to social, emotional, and cognitive abnormalities, and altered excitability of NAc D1 mediums spiny neurons. Together, we describe a novel function of H3K27me1 in brain and demonstrate its role as a “chromatin scar” that mediates lifelong stress susceptibility.

Abstract The development of drug addiction is characterized by molecular changes in brain reward regions that lead to the transition from recreational to compulsive drug use. These neurobiological processes in brain reward regions, such as the nucleus accumbens (NAc), are orchestrated in large part by transcriptional regulation. Our group recently identified the transcription factor E2F3a as a novel regulator of cocaine’s rewarding effects and gene expression regulation in the NAc of male mice. Despite this progress, no information is available about the role of E2F3a in regulating cocaine reward at the sex- and cell-specific levels. Here, we used male and female mice expressing Cre-recombinase in either D1- or D2-type medium spiny neurons (MSNs) combined with viral-mediated gene transfer to bidirectionally control levels of E2F3a in a cell-type-specific manner in the NAc during conditioned place preference (CPP) to cocaine. Our findings show that selective overexpression of E2F3a in D1-MSNs increased cocaine CPP in both male and female mice, whereas opposite effects were observed under knockdown conditions. In contrast, equivalent E2F3a manipulations in D2-MSNs had no significant effects. To further explore the role of E2F3a in sophisticated operant and motivated behaviors, we performed viral manipulations of all NAc neurons in combination with cocaine self-administration and behavioral economics procedures in rats and demonstrated that E2F3a regulates sensitivity aspects of cocaine seeking and taking. These results confirm E2F3a as a central substrate of cocaine reward and demonstrate that this effect is mediated in D1-MSNs, thereby providing increased knowledge of cocaine action at the transcriptional level.

Abstract Opioid use disorder (OUD) looms as one of the most severe medical crises currently facing society. More effective therapeutics for OUD requires in-depth understanding of molecular changes supporting drug-taking and relapse. Recent efforts have helped advance these aims, but studies have been limited in number and scope. Here, we develop a brain reward circuit-wide atlas of opioid-induced transcriptional regulation by combining RNA sequencing (RNAseq) and heroin self-administration in male mice modeling multiple OUD-relevant conditions: acute heroin exposure, chronic heroin intake, context-induced drug-seeking following prolonged abstinence, and heroin-primed drug-seeking (i.e., “relapse”). Bioinformatics analysis of this rich dataset identified numerous patterns of molecular changes, transcriptional regulation, brain-region-specific involvement in various aspects of OUD, and both region-specific and pan-circuit biological domains affected by heroin. Integrating RNAseq data with behavioral outcomes using factor analysis to generate an “addiction index” uncovered novel roles for particular brain regions in promoting addiction-relevant behavior, and implicated multi-regional changes in affected genes and biological processes. Comparisons with RNAseq and genome-wide association studies from humans with OUD reveal convergent molecular regulation that are implicated in drug-taking and relapse, and point to novel gene candidates with high therapeutic potential for OUD. These results outline broad molecular reprogramming that may directly promote the development and maintenance of OUD, and provide a foundational resource to the field for future research into OUD mechanisms and treatment strategies.