Abstract Adipose tissues communicate with the central nervous system to maintain whole-body energy homeostasis. The mainstream view is that circulating hormones secreted by the fat convey the metabolic state to the brain, which integrates peripheral information and regulates adipocyte function through noradrenergic sympathetic output 1 . Moreover, somatosensory neurons of the dorsal root ganglia innervate adipose tissue 2 . However, the lack of genetic tools to selectively target these neurons has limited understanding of their physiological importance. Here we developed viral, genetic and imaging strategies to manipulate sensory nerves in an organ-specific manner in mice. This enabled us to visualize the entire axonal projection of dorsal root ganglia from the soma to subcutaneous adipocytes, establishing the anatomical underpinnings of adipose sensory innervation. Functionally, selective sensory ablation in adipose tissue enhanced the lipogenic and thermogenetic transcriptional programs, resulting in an enlarged fat pad, enrichment of beige adipocytes and elevated body temperature under thermoneutral conditions. The sensory-ablation-induced phenotypes required intact sympathetic function. We postulate that beige-fat-innervating sensory neurons modulate adipocyte function by acting as a brake on the sympathetic system. These results reveal an important role of the innervation by dorsal root ganglia of adipose tissues, and could enable future studies to examine the role of sensory innervation of disparate interoceptive systems.

Summary For decades, the expression of immediate early genes (IEGs) such as c- fos has been the most widely used molecular marker representing neuronal activation. However, to date, there is no equivalent surrogate available for the decrease of neuronal activity (i.e., inhibition). Here, we developed an optogenetic-based biochemical screen in which population neural activities can be controlled by light with single action potential precision, followed by unbiased phosphoproteomic profiling. We identified that the phosphorylation of pyruvate dehydrogenase (pPDH) inversely correlated with the intensity of action potential firing in primary neurons. In in vivo mouse models, monoclonal antibody-based pPDH immunostaining detected neuronal inhibition across the brain induced by a wide range of factors including general anesthesia, sensory experiences, and natural behaviors. Thus, as an in vivo marker for neuronal inhibition, pPDH can be used together with IEGs or other cell-type markers to profile and identify bi-directional neural dynamics induced by experiences or behaviors.

This study explored the neuroprotective potential of fermented pomegranate (PG-F) against hydrogen peroxide (H

Summary Maintaining body temperature is calorically expensive for endothermic animals. Mammals eat more in the cold to compensate for energy expenditure, but the neural mechanism underlying this coupling is not well understood. Through behavioral and metabolic analyses, we found that mice dynamically switch between energy conservation and food-seeking states in the cold, the latter of which is primarily driven by energy expenditure rather than the sensation of cold. To identify the neural mechanisms underlying cold-induced food seeking, we use whole-brain cFos mapping and found that the xiphoid (Xi), a small nucleus in the midline thalamus, was selectively activated by prolonged cold associated with elevated energy expenditure but not with acute cold exposure. In vivo calcium imaging showed that Xi activity correlates with food-seeking episodes in cold conditions. Using activity-dependent viral strategies, we found that optogenetic and chemogenetic stimulation of cold-activated Xi neurons recapitulated cold-induced feeding, whereas their inhibition suppressed it. Mechanistically, Xi encodes a context-dependent valence switch promoting food-seeking behaviors in cold but not warm conditions. Furthermore, these behaviors are mediated by a Xi to nucleus accumbens projection. Our results establish Xi as a key region for controlling cold-induced feeding, an important mechanism for maintaining energy homeostasis in endothermic animals.

Memory engrams are formed through experience-dependent plasticity of neural circuits, but their detailed architectures remain unresolved. Using three-dimensional electron microscopy, we performed nanoscale reconstructions of the hippocampal CA3-CA1 pathway after chemogenetic labeling of cellular ensembles recruited during associative learning. Neurons with a remote history of activity coinciding with memory acquisition showed no strong preference for wiring with each other. Instead, their connectomes expanded through multisynaptic boutons independently of the coactivation state of postsynaptic partners. The rewiring of ensembles representing an initial engram was accompanied by input-specific, spatially restricted upscaling of individual synapses, as well as remodeling of mitochondria, smooth endoplasmic reticulum, and interactions with astrocytes. Our findings elucidate the physical hallmarks of long-term memory and offer a structural basis for the cellular flexibility of information coding.