Abstract Significant evidence highlights the importance of genetic variants in the development of psychiatric and metabolic conditions. Among these, the Taq1A polymorphism is one of the most commonly studied in psychiatry. TaqIA is located in the gene that codes for the Ankyrin repeat and kinase domain containing 1 kinase (ANKK1) near the dopamine D2 dopamine receptor (DR2) gene. Depending on race it affects 30 to 80% of the population and its homozygous expression of the A1 allele correlates with a 30 to 40% reduction of striatal DR2, a typical feature of addiction, over-eating and other psychiatric pathologies. The mechanisms by which the variant influences dopamine signaling and behavior is unknown. Here we used transgenic and viral-mediated strategies to reveal the role of ANKK1 in the regulation of activity and functions of the striatum. We found that Ankk1 is preferentially enriched in striatal DR2 expressing neurons and that Ankk1 loss-of-function in dorsal and ventral striatum leads to alteration in learning, impulsive, and flexible behaviors resembling the endophenotypes described in A1 carriers. We also observed an unsuspected role of ANKK1 in striatal DR2-expressing neurons in the ventral striatum in the regulation of energy homeostasis and documented differential nutrient partitioning in humans with versus without the A1 allele. Overall, our data demonstrate that the Ankk1 gene is necessary for the integrity of striatal functions and reveal a new role for ANKK1 in the regulation of body metabolism.

ABSTRACT The control of body weight and glucose homeostasis are the bedrock of type 2 diabetes medication. Therapies based on co-administration of glucagon-like peptide-1 (GLP-1) long-acting analogues and insulin are becoming popular in the treatment of T2D. Both insulin and GLP-1 receptors (InsR and GLP1-R, respectively) are expressed in brain regions critically involved in the regulation of energy homeostasis, suggesting a possible cooperative action. However, the mechanisms underlying the synergistic action of insulin and GLP-1R agonists on body weight loss and glucose homeostasis remain largely under-investigated. In this study, we provide evidence that peripheral insulin administration modulates the action of GLP-1R agonists onto fatty acids oxidation. Taking advantage of fluorescently labeled insulin and GLP-1R agonists, we found that glucoprivic condition, either achieved by insulin or by 2-deoxyglucose (2-DG), acts as a permissive signal on the blood-brain barrier (BBB) at circumventricular organs, including the median eminence (ME) and the area postrema (AP), enhancing the passage and action of GLP-1-R agonists. Mechanistically, this phenomenon relied on the release of tanycyctic vascular endothelial growth factor A (VEGF-A) and it was selectively impaired after calorie-rich diet exposure. Finally, we found that in human subjects, low blood glucose also correlates with enhanced blood-to-brain passage of insulin suggesting that changes in glycaemia also affect passage of peptide hormones into the brain in humans. In conclusion, we describe a yet unappreciated mechanism by which acute variations of glycaemia gate the entry and action of circulating energy-related signals in the brain. This phenomenon has physiological and clinical relevance implying that glycemic control is critical to harnessing the full benefit of GLP-1R agonist co-treatment in body weight loss therapy.

Summary Females are more sensitive to social exclusion, which could contribute to their heightened susceptibility to anxiety disorders. Chronic social isolation stress (CSIS) for at least 7 weeks after puberty induces anxiety-related behavioral adaptations in female mice. Here, we show that Arginine vasopressin receptor 1a ( Avpr1a )-expressing neurons in the central nucleus of the amygdala (CeA) mediate these sex-specific effects, in part, via projections to the caudate putamen. Loss of function studies demonstrate that AVPR1A signaling in the CeA is required for effects of CSIS on anxiety-related behaviors in females but has no effect in males or group housed females. This sex-specificity is mediated by AVP produced by a subpopulation of neurons in the posterodorsal medial nucleus of the amygdala that project to the CeA. Estrogen receptor alpha signaling in these neurons also contributes to preferential sensitivity of females to CSIS. These data support new therapeutic applications for AVPR1A antagonists in women.

Abstract The Growth Hormone Secretagogue Receptor (GHSR) mediates key properties of the gut hormone ghrelin on metabolism and behavior. Nevertheless, most recent observations also support that the GHSR is a constitutively active G protein-coupled receptor endowed of a sophisticated tuning involving a balance of endogenous ligands. Demonstrating the feasibility of shifting GHSR canonical signaling in vivo , we previously reported that a model with enhanced sensitivity to ghrelin ( Ghsr Q343X mutant rats) developed fat accumulation and glucose intolerance. Herein, we investigated the contribution of energy homeostasis to the onset of this phenotype, as well as behavioral responses to feeding or pharmacological challenges, by comparing Ghsr M/M rats to wild-type littermate rats 1) as freely behaving animals using an automated system to monitor simultaneously energy intake and expenditure, respiratory exchanges and voluntary activity and 2) in feeding and locomotor paradigms. Herein, Ghsr M/M rats showed enhanced locomotor response to a GHSR agonist while locomotor or anorexigenic responses to amphetamine or cabergoline (dopamine receptor 2 agonist), respectively, were preserved. Ad libitum fed Ghsr M/M rats consumed and conditioned for sucrose similarly to littermate control rats. In calorie-restricted conditions, Ghsr M/M rats retained food anticipatory activity and maintained better their body weight and glycemia. Finally, prior to fat accumulation Ghsr M/M rats showed shifted fuel preference towards carbohydrates utilization without alterations of energy intake, energy expenditure or physical activity. Overall, the present study provides proof of concept that shifted GHSR signaling can operate a specific alteration in nutrient partitioning resulting in modified balance of carbohydrate/lipid utilization.

ABSTRACT Brain circuits involved in metabolic control and reward-associated behaviors are potent drivers of feeding behavior and are both dramatically altered in obesity, a multifactorial disease resulting from genetic and environmental factors. In both mice and human, exposure to calorie-dense food has been associated with increased astrocyte reactivity and pro-inflammatory response in the brain. Although our understanding of how astrocytes regulate brain circuits has recently flourish, whether and how striatal astrocytes contribute in regulating food-related behaviors and whole-body metabolism is still unknown. In this study, we show that exposure to enriched food leads to profound changes in neuronal activity and synchrony. Chemogenetic manipulation of astrocytes activity in the dorsal striatum was sufficient to restore the cognitive defect in flexible behaviors induced by obesity, while manipulation of astrocyte in the nucleus accumbens led to acute change in whole-body substrate utilization and energy expenditure. Altogether, this work reveals a yet unappreciated role for striatal astrocyte as a direct operator of reward-driven behavior and metabolic control.

Summary The hypothalamus is key in the control of energy balance. However, to this day strategies targeting hypothalamic neurons failed to provide viable option to treat most metabolic diseases. Conversely, the role of astrocytes in systemic metabolic control has remained largely unexplored. Here we show that obesity promotes anatomically restricted remodeling of hypothalamic astrocyte activity. In the paraventricular nucleus (PVN) of the hypothalamus, chemogenetic manipulation of astrocytes results in bidirectional control of neighboring neuron activity, autonomic outflow, glucose metabolism and energy balance. Such process recruits a mechanism involving the astrocytic control of ambient glutamate levels, which becomes defective in obesity. Positive or negative chemogenetic manipulation of PVN astrocyte Ca 2+ signals respectively worsen or improves metabolic status of diet-induced obese mice. Collectively, these findings highlight a yet unappreciated role for astrocyte in the direct control of systemic metabolism and suggest potential targets for anti-obesity strategy.

Dlx5 and Dlx6 encode two homeobox transcription factors expressed by developing and mature GABAergic interneurons. During development Dlx5/6 are important for the differentiation of Parvalbumin (Pvalb)-expressing neurons. Perinatal lethality of homozygous mice in which Dlx5/6 have been constitutively deleted has, so far, hindered the study of the function of these genes in adult neurons. We first show that Dlx5 and Dlx6 are expressed by all subclasses of adult cortical GABAergic neurons. Then we analyse VgatΔDlx5-6 mice in which Dlx5 and Dlx6 are simultaneously inactivated in all GABAergic interneurons. VgatΔDlx5-6 mice present a behavioral pattern suggesting reduction of anxiety and obsessive-compulsive activities. They rapidly access and spend more time in the central region of an open field, bury few marbles in the marble burying test and show little interest in nest building. Male and female 20-month-old VgatΔDlx5-6 animals have the same size as their normal littermates, but present a 25% body weight reduction associated with a marked decline in white and brown adipose tissue. Remarkably, both VgatΔDlx5-6/+ and VgatΔDlx5-6 mice present a 33% longer median survival than their control littermates. Hallmarks of biological aging such as motility, adipose deposition and coat conditions are improved in mutant animals. Our data imply that GABAergic interneurons can regulate mammalian healthspan and lifespan through Dlx5/6-dependent mechanisms. Understanding these regulations can be an entry point to unravel the processes through which the brain affects body homeostasis and, ultimately, longevity and healthy aging.