Abstract Aggression is an evolutionarily conserved, adaptive component of social behavior. Studies in male mice illustrate that aggression is influenced by numerous factors including the degree to which an individual finds aggression rewarding and will work for access to attack and subordinate mice. While such studies have expanded our understanding of the molecular and circuit mechanisms of male aggression very little is known about female aggression, owed in part to limited availability of valid mouse models in females. Here we use an ethologically relevant model of male vs. female aggression by pair housing adult male and female outbred CFW mice with opposite sex cage mates. We assess reactive (defensive) aggression in the resident intruder (RI) test and appetitive (rewarding) aggression in the aggression conditioned place preference (CPP) and operant self-administration (SA) tests. Our results show dramatic sex differences in both qualitative and quantitative aspects of reactive vs. appetitive aggression. Males exhibit more wrestling and less investigative behavior during RI, find aggression rewarding and will work for access to a subordinate to attack. Females exhibit more bites, alternate between aggressive behaviors and investigative behaviors more readily during RI, however, they do not find aggression to be rewarding or reinforcing. These results establish sex differences in aggression in mice, providing an important resource for the field to better understand the circuit and molecular mechanisms of aggression in both sexes.

Summary The incompletely understood pathogenesis of pulmonary fibrosis (PF) and lack of reliable preclinical disease models have limited development of effective therapies. An emerging literature now implicates alveolar epithelial type 2 cell (AEC2) dysfunction as an initiating pathogenic event in the onset of a variety of PF syndromes, including adult idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) and childhood interstitial lung disease (chILD). However, inability to access primary AEC2s from patients, particularly at early disease stages, has impeded identification of disease-initiating mechanisms. Here we present an in vitro reductionist model system that permits investigation of epithelial-intrinsic events that lead to AEC2 dysfunction over time using patient-derived cells that carry a disease-associated variant, SFTPC I73T , known to be expressed solely in AEC2s. After generating patient-specific induced pluripotent stem cells (iPSCs) and engineering their gene-edited (corrected) counterparts, we employ directed differentiation to produce pure populations of syngeneic corrected and mutant AEC2s, which we expand >10 15 fold in vitro , providing a renewable source of cells for modeling disease onset. We find that mutant iPSC-derived AEC2s (iAEC2s) accumulate large amounts of misprocessed pro-SFTPC protein which mistrafficks to the plasma membrane, similar to changes observed in vivo in the donor patient’s AEC2s. These changes result in marked reduction in AEC2 progenitor capacity and several downstream perturbations in AEC2 proteostatic and bioenergetic programs, including a late block in autophagic flux, accumulation of dysfunctional mitochondria with consequent time-dependent metabolic reprograming from oxidative phosphorylation to glycolysis, and activation of an NF-κB dependent inflammatory response. Treatment of SFTPC I73T expressing iAEC2s with hydroxychloroquine, a medication commonly prescribed to these patients, results in aggravation of autophagy perturbations and metabolic reprogramming. Thus, iAEC2s provide a patientspecific preclinical platform for modeling the intrinsic epithelial dysfunction associated with the inception of interstitial lung disease.

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.

Abstract Mitochondrial function is required for brain energy homeostasis and neuroadaptation. Recent studies demonstrate that cocaine affects mitochondrial dynamics and morphological characteristics within the nucleus accumbens (NAc). Further, mitochondria are differentially regulated by cocaine in dopamine receptor-1 containing medium spiny neurons (D1-MSNs) vs dopamine receptor-2 (D2)-MSNs. However, there is little understanding into cocaine-induced transcriptional mechanisms and their role in regulating mitochondrial processes. Here, we demonstrate that cocaine enhances binding of the transcription factor, early growth response factor 3 (Egr3), to nuclear genes involved in mitochondrial function and dynamics. Moreover, cocaine exposure regulates mRNA of these mitochondria-associated nuclear genes in both contingent or noncontingent cocaine administration and in both rodent models and human postmortem tissue. Interestingly, several mitochondrial nuclear genes showed distinct profiles of expression in D1-MSNs vs D2-MSNs, with cocaine exposure generally increasing mitochondrial-associated nuclear gene expression in D1-MSNs vs suppression in D2-MSNs. We further show that blunting Egr3 expression in D1-MSNs blocks cocaine-enhancement of the mitochondrial-associated transcriptional coactivator, peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator (PGC1α), and the mitochondrial fission molecule, dynamin related protein 1 (Drp1). Finally, reduction of D1-MSN Egr3 expression attenuates cocaine-induced enhancement of small-sized mitochondria, causally demonstrating that Egr3 regulates mitochondrial morphological adaptations. Collectively, these studies demonstrate cocaine exposure impacts mitochondrial dynamics and morphology by Egr3 transcriptional regulation of mitochondria-related nuclear gene transcripts; indicating roles for these molecular mechanisms in neuronal function and plasticity occurring with cocaine exposure.

Hyperexcitability in the orbitofrontal cortex (OFC) is a key clinical feature of anhedonic domains of Major Depressive Disorder (MDD). However, the cellular and molecular substrates underlying this dysfunction remain unknown. Here, cell-population-specific chromatin accessibility profiling in human OFC unexpectedly mapped genetic risk for MDD exclusively to non-neuronal cells, and transcriptomic analyses revealed significant glial dysregulation in this region. Characterization of MDD-specific cis-regulatory elements identified ZBTB7A - a transcriptional regulator of astrocyte reactivity - as an important mediator of MDD-specific chromatin accessibility and gene expression. Genetic manipulations in mouse OFC demonstrated that astrocytic Zbtb7a is both necessary and sufficient to promote behavioral deficits, cell-type-specific transcriptional and chromatin profiles, and OFC neuronal hyperexcitability induced by chronic stress - a major risk factor for MDD. These data thus highlight a critical role for OFC astrocytes in stress vulnerability and pinpoint ZBTB7A as a key dysregulated factor in MDD that mediates maladaptive astrocytic functions driving OFC hyperexcitability.

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.

Abstract Social aggression is an innate behavior that can aid an organism in securing access to resources[1]. Aggression can also disrupt group function and reduce survival under conditions of behavioral pathology[2–4]. Since many brain regions contribute to multiple social behaviors[5–7], expanded knowledge of how the brain distinguishes between social states would enable the development of interventions that suppress aggression, while leaving other social behaviors intact. Here we show that a murine aggressive internal state is encoded by a brain-wide network. This network is organized by prominent theta (4-11Hz) and beta (14-30Hz) oscillations, leading from orbital frontal cortex and medial dorsal thalamus, and converging on ventral medial hypothalamus and medial amygdala. Activity in this network couples to brain-wide cellular firing, and the network is conserved in multiple contexts associated with aggression. Strikingly, network activity during social isolation encodes the trait aggressiveness of mice and causal cellular manipulations known to impact aggression bidirectionally regulate network activity. Finally, we show that the network plays a role in mediating aggressive behavior through causal mediation analysis. Thus, we define a brain-wide network that encodes an aggressive internal state within and across mice.

Parkinson's disease (PD) risk is increased by stress and certain gene mutations, including the most prevalent PD-linked mutation LRRK2-G2019S. Both PD and stress increase risk for psychiatric symptoms, yet it is unclear how PD-risk genes alter neural circuitry in response to stress that may promote psychopathology. Here we show significant differences between adult G2019S knockin and wildtype (wt) mice in stress-induced behaviors, with an unexpected uncoupling of depression-like and hedonic-like responses in G2019S mice. Moreover, mutant spiny projection neurons in nucleus accumbens (NAc) lack an adaptive, stress-induced change in excitability displayed by wt neurons, and instead show stress-induced changes in synaptic properties that wt neurons lack. Some synaptic alterations in NAc are already evident early in postnatal life. Thus, G2019S alters the magnitude and direction of behavioral responses to stress that may reflect unique modifications of adaptive plasticity in cells and circuits implicated in psychopathology in humans.

Background: Major depressive disorder (MDD), along with related mood disorders, is a debilitating illness that affects millions of individuals worldwide. While chronic stress increases incidence levels of mood disorders, stress-mediated disruptions in brain function that precipitate these illnesses remain elusive. Serotonin-associated antidepressants (ADs) remain the first line of therapy for many with depressive symptoms, yet low remission rates and delays between treatment and symptomatic alleviation have prompted skepticism regarding precise roles for serotonin in the precipitation of mood disorders. Our group recently demonstrated that serotonin epigenetically modifies histone proteins (H3K4me3Q5ser) to regulate transcriptional permissiveness in brain. However, this phenomenon has not yet been explored following stress and/or AD exposures. Methods: We employed a combination of genome-wide and biochemical analyses in dorsal raphe nucleus (DRN) of male and female mice exposed to chronic social defeat stress to examine the impact of stress exposures on H3K4me3Q5ser dynamics, as well as associations between the mark and stress-induced gene expression. We additionally assessed stress-induced regulation of H3K4me3Q5ser following AD exposures, and employed viral-mediated gene therapy to reduce H3K4me3Q5ser levels in DRN and examine the impact on stress-associated gene expression and behavior. Results: We found that H3K4me3Q5ser plays important roles in stress-mediated transcriptional plasticity. Chronically stressed mice displayed dysregulated H3K4me3Q5ser dynamics in DRN, with both AD- and viral-mediated disruption of these dynamics proving sufficient to rescue stress-mediated gene expression and behavior. Conclusions: These findings establish a neurotransmission-independent role for serotonin in stress-/AD-associated transcriptional and behavioral plasticity in DRN.

Remembering and forgetting are important aspects of normal behavioral adaptation; however, the molecular basis of forgetting has been less studied. Using rat and mouse models we find that WT1, a transcriptional repressor that is activated in the hippocampus by LTP producing stimuli and behavioral memory, enables forgetting. Acute or tonic knockdown of WT1 did not affect short-term memory but enhanced long-term memory and enables a switch from circuit to cellular computation in the hippocampus. A control theory model predicts that WT1 could be a general repressor of memory or a regulator that preserves the ability to remember multiple sequential experiences. Using sequential training for two tasks, mice with non-functional WT1 have better memory for the first task, but show impaired memory for the second task. Taken together, our observations indicate that WT1 mediates an experience-activated forgetting process that preserves the capability of the animal to remember other new experiences.