Understanding the physiopathology of affective disorders and their treatment relies on the availability of experimental models that accurately mimic aspects of the disease. Here we describe a mouse model of an anxiety/depressive-like state induced by chronic corticosterone treatment. Furthermore, chronic antidepressant treatment reversed the behavioral dysfunctions and the inhibition of hippocampal neurogenesis induced by corticosterone treatment. In corticosterone-treated mice where hippocampal neurogenesis is abolished by X-irradiation, the efficacy of fluoxetine is blocked in some, but not all, behavioral paradigms, suggesting both neurogenesis-dependent and -independent mechanisms of antidepressant action. Finally, we identified a number of candidate genes, the expression of which is decreased by chronic corticosterone and normalized by chronic fluoxetine treatment selectively in the hypothalamus. Importantly, mice deficient in one of these genes, β-arrestin 2, displayed a reduced response to fluoxetine in multiple tasks, suggesting that β-arrestin signaling is necessary for the antidepressant effects of fluoxetine.

Recent research suggests an involvement of hippocampal neurogenesis in behavioral effects of antidepressants. However, the precise mechanisms through which newborn granule neurons might influence the antidepressant response remain elusive. Here, we demonstrate that unpredictable chronic mild stress in mice not only reduces hippocampal neurogenesis, but also dampens the relationship between hippocampus and the main stress hormone system, the hypothalamo-pituitary-adrenal (HPA) axis. Moreover, this relationship is restored by treatment with the antidepressant fluoxetine, in a neurogenesis-dependent manner. Specifically, chronic stress severely impairs HPA axis activity, the ability of hippocampus to modulate downstream brain areas involved in the stress response, the sensitivity of the hippocampal granule cell network to novelty/glucocorticoid effects and the hippocampus-dependent negative feedback of the HPA axis. Remarkably, we revealed that, although ablation of hippocampal neurogenesis alone does not impair HPA axis activity, the ability of fluoxetine to restore hippocampal regulation of the HPA axis under chronic stress conditions, occurs only in the presence of an intact neurogenic niche. These findings provide a mechanistic framework for understanding how adult-generated new neurons influence the response to antidepressants. We suggest that newly generated neurons may facilitate stress integration and that, during chronic stress or depression, enhancing neurogenesis enables a dysfunctional hippocampus to restore the central control on stress response systems, then allowing recovery.

Abstract The central function of the striatum and its dopaminergic (DA) afferents in motor control and the integration of cognitive and emotional processes is commonly explained by the two striatal efferent pathways characterized by striatal projection neurons (SPNs) expressing DA D1 receptors and D2 receptors (D1-SPNs and D2-SPNs), without regard to SPNs coexpressing both receptors (D1/D2-SPNs). We developed an approach that enables the targeting of these hybrid SPNs and demonstrated that although these SPNs are less abundant, they play a major role in guiding the motor function of the other two main populations. D1/D2-SPNs project exclusively to the external globus pallidus (GPe) and have specific electrophysiological features with distinctive integration of DA signals. Optogenetic stimulation and loss-of-function experiments indicated that D1/D2-SPNs potentiate the prokinetic and antikinetic functions of D1-SPNs and D2-SPNs, respectively, and restrain the integrated motor response to psychostimulants. Overall, our findings demonstrate the essential role of this third unacknowledged population of D1/D2 coexpressing neurons, which orchestrates the fine-tuning of DA regulation in the thalamo-cortico-striatal loops. One-Sentence Summary D1/D2 SPNs modulate the motor function of both D1- and D2-SPNs