Summary The medial prefrontal cortex (mPFC) controls emotional behaviors and cognition via connections with limbic excitatory afferents that engage various intra-mPFC inhibitory motifs The mPFC dynorphin (Dyn) / kappa-opioid receptor (KOR) system regulates affect and cognition and is implicated in neuropsychiatric disorders. However, it’s unclear how neuropeptides in the mPFC, including the Dyn / KOR system, control excitatory and inhibitory circuit motifs integral in information processing. Here, we provide a circuit-based framework wherein selective KOR expression in mPFC afferents or within mPFC feedforward and feedback inhibitory circuits gates how distinct limbic afferent inputs control mPFC neurons. Dyn/KOR signaling directly decreases the ability of KOR-expressing afferent inputs to drive mPFC cell activity. Dyn/KOR signaling also suppresses afferent-driven recruitment of inhibitory sub-networks via several mechanisms, disinhibiting KOR-negative excitatory afferent control of mPFC ensembles. Thus, the Dyn/KOR system toggles which afferent input controls mPFC circuits, providing mechanistic insights into the role of neuropeptides in shaping mPFC function. Highlight Pathway-specific KOR expression confers selective filtering of mPFC afferents by dynorphin Endogenous dynorphin release gates KOR-expressing inputs to both dynorphin-expressing and lacking mPFC neurons Dynorphin / KOR modulation reveals parallel channels within amygdalo-cortical and cortical-cortical circuits Dynorphin disinhibits mPFC pyramidal neurons via KOR-mediated suppression of distinct inhibitory circuit motifs that preferentially impact SST-mediated feedforward inhibition Dynorphin / KOR signaling biases afferent control of mPFC principal cells away from KOR-positive and towards KOR-negative afferent inputs

Dopamine release in striatal circuits, including the nucleus accumbens (NAc), tracks separable features of reward such as motivation and reinforcement. However, the cellular and circuit mechanisms by which dopamine receptors transform dopamine release into distinct constructs of reward remain unclear. Here, we show that dopamine D3 receptor (D3R) signaling in the NAc drives motivated behavior by regulating local NAc microcircuits. Furthermore, D3Rs co-express with dopamine D1 receptors (D1Rs), which regulate reinforcement, but not motivation. Paralleling dissociable roles in reward function, we report non-overlapping physiological actions of D3R and D1R signaling in NAc neurons. Our results establish a novel cellular framework wherein dopamine signaling within the same NAc cell type is physiologically compartmentalized via actions on distinct dopamine receptors. This structural and functional organization provides neurons in a limbic circuit with the unique ability to orchestrate dissociable aspects of reward-related behaviors that are relevant to the etiology of neuropsychiatric disorders.

Summary Prefrontal cortical (PFC) circuits provide top-down control of threat reactivity. This includes ventromedial PFC (vmPFC) circuitry, which plays a role in suppressing fear-related behavioral states. Dynorphin (Dyn) has been implicated in mediating negative affect and mal-adaptive behaviors induced by severe threats and is expressed in limbic circuits, including the vmPFC. However, there is a critical knowledge gap in our understanding of how vmPFC Dyn-expressing neurons and Dyn transmission detect threats and regulate expression of defensive behaviors. Here, we demonstrate that Dyn cells are broadly activated by threats and release Dyn locally in the vmPFC to limit passive defensive behaviors. We further demonstrate that vmPFC Dyn-mediated signaling promotes a switch of vmPFC networks to a fear-related state. In conclusion, we reveal a previously unknown role of vmPFC Dyn neurons and Dyn neuropeptidergic transmission in suppressing defensive behaviors in response to threats via state-driven changes in vmPFC networks. Highlights ● vmPFC Dyn neurons are activated by threats and threat-predictive cues ● Characterization of a genetically-encoded kappa-opioid receptor sensor ● vmPFC Dyn neurons rapidly release Dyn in response to threats and their predictors ● vmPFC Dyn signaling opposes threat-induced passive defensive behaviors ● Dyn signaling promotes threat-evoked state transitions in vmPFC networks

Traumatic brain injury (TBI) is a risk factor for neurodegeneration, however little is known about how different neuron types respond to this kind of injury. In this study, we follow neuronal populations over several months after a single mild TBI (mTBI) to assess long ranging consequences of injury at the level of single, transcriptionally defined neuronal classes. We find that the stress responsive Activating Transcription Factor 3 (ATF3) defines a population of cortical neurons after mTBI. We show that neurons that activate ATF3 upregulate stress-related genes while repressing many genes, including commonly used markers for these cell types. Using an inducible reporter linked to ATF3, we genetically mark damaged cells to track them over time. Notably, we find that a population in layer V undergoes cell death acutely after injury, while another in layer II/III survives long term and retains the ability to fire action potentials. To investigate the mechanism controlling layer V neuron death, we genetically silenced candidate stress response pathways. We found that the axon injury responsive kinase MAP3K12, also known as dual leucine zipper kinase (DLK), is required for the layer V neuron death. This work provides a rationale for targeting the DLK signaling pathway as a therapeutic intervention for traumatic brain injury. Beyond this, our novel approach to track neurons after a mild, subclinical injury can inform our understanding of neuronal susceptibility to repeated impacts.