Abstract Absence seizures are characterized by a brief behavioural impairment including apparent loss of consciousness. Neuronal mechanisms determining the behavioural impairment of absence seizures remain unknown, and their elucidation might highlight therapeutic options for reducing seizure severity. However, recent studies have questioned the similarity of animal spike-wave-discharges (SWD) to human absence seizures both behaviourally and neuronally. Here, we report that Genetic Absence Epilepsy Rats from Strasbourg recapitulate the decreased neuroimaging signals and loss of consciousness characteristic of human absence seizures. Overall neuronal firing is decreased but rhythmic in the somatosensory cortex and thalamus during these seizures. Interestingly, individual neurons in both regions tend to consistently express one of four distinct patterns of seizure-associated activity. These patterns differ in firing rate dynamics and in rhythmicity during seizure. One group of neurons showed a transient initial peak in firing at SWD onset, accounting for the brief initial increase in overall neuronal firing seen in cortex and thalamus. The largest group of neurons in both cortex and thalamus showed sustained decreases in firing during SWD. Other neurons showed either sustained increases or no change in firing. These findings suggest that certain classes of cortical and thalamic neurons may be particularly responsible for the paroxysmal oscillations and consequent loss of consciousness in absence epilepsy.

Abnormal development and function of the hippocampus are two of the most consistent findings in humans and rodents exposed to early life adversity, with males often being more affected than females. Using the limited bedding (LB) paradigm as a rodent model of early life adversity, we found that male adolescent mice that had been exposed to LB exhibit significant deficits in contextual fear conditioning and synaptic connectivity in the hippocampus, which are not observed in females. This is linked to altered developmental refinement of connectivity, with LB severely impairing microglial-mediated synaptic pruning in the hippocampus of male and female pups on postnatal day 17 (P17), but not in adolescent P33 mice when levels of synaptic engulfment by microglia are substantially lower. Since the hippocampus undergoes intense synaptic pruning during the second and third weeks of life, we investigated whether microglia are required for the synaptic and behavioral aberrations observed in adolescent LB mice. Indeed, transient ablation of microglia from P13-21, in normally developing mice caused sex-specific behavioral and synaptic abnormalities similar to those observed in adolescent LB mice. Furthermore, chemogenetic activation of microglia during the same period reversed the microglial-mediated phagocytic deficits at P17 and restored normal contextual fear conditioning and synaptic connectivity in adolescent LB male mice. Our data support an additional contribution of astrocytes in the sex-specific effects of LB, with increased expression of the membrane receptor MEGF10 and enhanced synaptic engulfment in hippocampal astrocytes of 17-day-old LB females, but not in LB male littermates. This finding suggests a potential compensatory mechanism that may explain the relative resilience of LB females. Collectively, these studies highlight a novel role for glial cells in mediating sex-specific hippocampal deficits in a mouse model of early-life adversity.

Apolipoprotein ε4 (APOE4) carriers develop brain metabolic dysfunctions decades before the onset of Alzheimer’s disease (AD). A goal of the study is to identify if rapamycin, an inhibitor for the mammalian target of rapamycin (mTOR) inhibitor, would enhance synaptic and mitochondrial function in asymptomatic mice with human APOE4 gene (E4FAD) before they showed metabolic deficits. A second goal is to determine whether there may be genetic-dependent responses to rapamycin when compared to mice with human APOE3 alleles (E3FAD), a neutral AD genetic risk factor. We fed asymptomatic E4FAD and E3FAD mice with control or rapamycin diets for 16 weeks from starting from 3 months of age. Neuronal mitochondrial oxidative metabolism and excitatory neurotransmission rates were measured using in vivo 1 H-[ 13 C] proton-observed carbon-edited magnetic resonance spectroscopy, and isolated mitochondrial bioenergetic measurements using Seahorse. We found that rapamycin enhanced neuronal mitochondrial function, glutamate-glutamine cycling, and TCA cycle rates in the asymptomatic E4FAD mice. In contrast, rapamycin enhances glycolysis, non-neuronal activities, and inhibitory neurotransmission of the E3FAD mice. These findings indicate that rapamycin might be able to mitigate the risk for AD by enhancing brain metabolic functions for cognitively intact APOE4 carriers, and the responses to rapamycin are varied by APOE genotypes. Consideration of precision medicine may be needed for future rapamycin therapeutics.

Abstract Meningeal lymphatic vessels promote tissue clearance and immune surveillance in the central nervous system (CNS). Vascular endothelium growth factor-C (VEGF-C) is essential for meningeal lymphatic development and maintenance and has therapeutic potential for treating neurological disorders, including ischemic stroke. We have investigated the effects of VEGF-C overexpression on brain fluid drainage, single cell transcriptome in the brain, and stroke outcomes in adult mice. Intra-cerebrospinal fluid administration of an adeno-associated virus expressing VEGF-C (AAV-VEGF-C) increases the CNS lymphatic network. Post-contrast T1 mapping of the head and neck showed that deep cervical lymph node size and drainage of CNS-derived fluids were increased. Single nuclei RNA sequencing revealed a neuro-supportive role of VEGF-C via upregulation of calcium and brain-derived neurotrophic factor (BDNF) signaling pathways in brain cells. In a mouse model of ischemic stroke, AAV-VEGF-C pretreatment reduced stroke injury and ameliorated motor performances in the subacute stage. AAV-VEGF-C thus promotes CNS-derived fluid and solute drainage, confers neuroprotection, and reduces ischemic stroke damage. Short abstract Intrathecal delivery of VEGF-C increases the lymphatic drainage of brain-derived fluids confers neuroprotection, and improves neurological outcomes after ischemic stroke.

Abstract Task-free functional connectivity in animal models provides an experimental framework to examine connectivity phenomena under controlled conditions and allows comparison with invasive or terminal procedures. To date, animal acquisitions are performed with varying protocols and analyses that hamper result comparison and integration. We introduce StandardRat , a consensus rat functional MRI acquisition protocol tested across 20 centers. To develop this protocol with optimized acquisition and processing parameters, we initially aggregated 65 functional imaging datasets acquired in rats from 46 centers. We developed a reproducible pipeline for the analysis of rat data acquired with diverse protocols and determined experimental and processing parameters associated with a more robust functional connectivity detection. We show that the standardized protocol enhances biologically plausible functional connectivity patterns, relative to pre-existing acquisitions. The protocol and processing pipeline described here are openly shared with the neuroimaging community to promote interoperability and cooperation towards tackling the most important challenges in neuroscience.