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.

Although hippocampal neurogenesis has been described in many adult mammals, the functional impact of this process on physiology and behavior remains unclear. In the present study, we used two independent methods to ablate hippocampal neurogenesis and found that each procedure caused a limited behavioral deficit and a loss of synaptic plasticity within the dentate gyrus. Specifically, focal X irradiation of the hippocampus or genetic ablation of glial fibrillary acidic protein-positive neural progenitor cells impaired contextual fear conditioning but not cued conditioning. Hippocampal-dependent spatial learning tasks such as the Morris water maze and Y maze were unaffected. These findings show that adult-born neurons make a distinct contribution to some but not all hippocampal functions. In a parallel set of experiments, we show that long-term potentiation elicited in the dentate gyrus in the absence of GABA blockers requires the presence of new neurons, as it is eliminated by each of our ablation procedures. These data show that new hippocampal neurons can be preferentially recruited over mature granule cells in vitro and may provide a framework for how this small cell population can influence behavior.

Contextual fear conditioning has been shown to activate a set of 'fear ensemble' cells in the hippocampal dentate gyrus (DG) whose reactivation is necessary and sufficient for expression of contextual fear. We previously demonstrated that extinction learning suppresses reactivation of these fear ensemble cells and activates a competing set of DG cells (the 'extinction ensemble'). Here, we tested whether extinction was sufficient to suppress reactivation in other regions and used single nucleus RNA sequencing (snRNA-seq) of cells in the dorsal dentate gyrus to examine how extinction affects the transcriptomic activity of fear ensemble and fear recall-activated cells. Our results confirm the suppressive effects of extinction in the dorsal and ventral dentate gyrus and demonstrate that this same effect extends to fear ensemble cells located in the dorsal CA1. Interestingly, the extinction-induced suppression of fear ensemble activity was not detected in ventral CA1. Our snRNA-seq analysis demonstrates that extinction training markedly changes transcription patterns in fear ensemble cells and that cells activated during recall of fear and recall of extinction have distinct transcriptomic profiles. Together, our results indicate that extinction training suppresses a broad portion of the fear ensemble in the hippocampus, and this suppression is accompanied by changes in the transcriptomes of fear ensemble cells and the emergence of a transcriptionally unique extinction ensemble.

Stressful events rapidly trigger activity-dependent synaptic plasticity in certain brain areas, driving the formation of aversive memories. However, it remains unclear how stressful experience affects plasticity mechanisms to regulate learning of appetitive events, such as intake of addictive drugs or palatable foods. Using rats, we show that two acute stress mediators, corticotropin-releasing factor (CRF) and norepinephrine (NE), enhance plasticity of NMDA receptor-mediated glutamatergic transmission in the ventral tegmental area (VTA) through their differential effects on inositol 1,4,5-triphosphate (IP3)-dependent Ca2+ signaling. In line with this, acute social defeat stress engages convergent CRF and NE signaling in the VTA to enhance learning of cocaine-paired cues. Furthermore, defeat stress enables learning of a food-paired cue with no delay between the cue onset and food delivery. We propose that acute stress mediators synergistically regulate IP3-Ca2+ signaling in the VTA to promote appetitive Pavlovian conditioning, likely enabling learning of cues with no predictive value.

Standard antidepressant treatments often take weeks to reach efficacy and are ineffective for many patients. ( R,S )-ketamine, an N -methyl-D-aspartate (NMDA) antagonist, has been shown to be a rapid-acting antidepressant and to decrease depressive symptoms within hours of administration. While previous studies have shown the importance of the NR2B subunit of the NMDA receptor (NMDAR) on interneurons in the medial prefrontal cortex (mPFC), no study has investigated the influence of NR2B-expressing adult-born granule cells (abGCs). In this study, we examined whether ( R,S )-ketamine's efficacy depends upon these adult-born hippocampal neurons using a genetic strategy to selectively ablate the NR2B subunit of the NMDAR from Nestin + cells. To validate our findings, we also used several other transgenic lines including one in which NR2B was deleted from an interneuron (Parvalbumin (PV) + ) population. We report that in male mice, NR2B expression on 6-week-old adult-born neurons is necessary for ( R,S )-ketamine's effects on behavioral despair in the forced swim test (FST) and on hyponeophagia in the novelty suppressed feeding (NSF) paradigm, as well on fear behavior following contextual fear conditioning (CFC). In female mice, NR2B expression is necessary for effects on hyponeophagia in the NSF. We also find that ablating neurogenesis increases fear expression in CFC, which is buffered by ( R,S )-ketamine administration. In line with previous studies, these results suggest that 6-week-old adult-born hippocampal neurons expressing NR2B partially modulate ( R,S )-ketamine's rapid-acting effects. Future work targeting these 6-week-old adult-born neurons may prove beneficial for increasing the efficacy of ( R , S )-ketamine's antidepressant actions.

Abstract Stroke enhances proliferation of neural precursor cells within the subventricular zone (SVZ) and induces ectopic migration of newborn cells towards the site of injury. Here we characterize the identity of cells arising from the SVZ after stroke and provide insight into their function by uncovering a mechanism through which they facilitate neural repair and functional recovery. Using genetic lineage tracing, we show that SVZ-derived cells that migrate towards stroke- induced cortical lesions in mice are predominantly undifferentiated precursors, suggesting that the main function of post-injury cytogenesis is not cell replacement. We find that SVZ-derived cells are a unique cellular source of trophic factors that instruct neural repair. Chemogenetic ablation of neural precursor cells or conditional knockout of VEGF in the adult neural stem cell lineage impairs neuronal and vascular reparative responses and worsens functional recovery after stroke. In addition, normal aging markedly diminishes the cytogenic response to stroke, resulting in worse functional recovery. Therapeutic replacement of VEGF in peri-infarct cortex is sufficient to induce neural repair and functional recovery in mice with arrested cytogenesis. These findings indicate that the SVZ cytogenic response following brain injury is a source of trophic support that drives neural repair and recovery.