Abstract Patients affected by neurofibromatosis type 1 (NF1) frequently show muscle weakness with unknown etiology. Here we show that Neurofibromin-1 (Nf1) is not required in muscle fibers, but specifically in early postnatal myogenic progenitors (MPs), where Nf1 loss led to cell cycle exit and differentiation blockade, depleting the MP pool resulting in reduced myonuclear accrual as well as reduced muscle stem cell numbers. This was caused by precocious induction of stem cell quiescence coupled to metabolic reprogramming of MPs impinging on glycolytic shutdown, which was conserved in muscle fibers. We show that a Mek/Erk/NOS pathway hypersensitizes Nf1-deficient MPs to Notch signaling, consequently, early postnatal Notch pathway inhibition ameliorated premature quiescence, metabolic reprogramming and muscle growth. This reveals an unexpected role of Ras/Mek/Erk signaling supporting postnatal MP quiescence in concert with Notch signaling, which is controlled by Nf1 safeguarding coordinated muscle growth and muscle stem cell pool establishment. Furthermore, our data suggest transmission of metabolic reprogramming across cellular differentiation, affecting fiber metabolism and function in NF1.

Abstract Background Neurofibromatosis type 1 (NF1) is a multi-organ disease caused by mutations in Neurofibromin (NF1). Amongst other features, NF1 patients frequently show reduced muscle mass and strength, impairing patients’ mobility and increasing the risk of fall. The role of Nf1 in muscle and the cause for the NF1-associated myopathy is mostly unknown. Methods To dissect the function of Nf1 in muscle, we created muscle-specific knockout mouse models for Nf1, inactivating Nf1 in the prenatal myogenic lineage either under the Lbx1 promoter or under the Myf5 promoter. Mice were analyzed during pre-and postnatal myogenesis and muscle growth. Results Nf1 Lbx1 and Nf1 Myf5 animals showed only mild defects in prenatal myogenesis. Nf1 Lbx1 animals were perinatally lethal, while Nf1 Myf5 animals survived only up to approx. 25 weeks. A comprehensive phenotypic characterization of Nf1 Myf5 animals showed decreased postnatal growth, reduced muscle size, and fast fiber atrophy. Proteome and transcriptome analysis of muscle tissue indicated decreased protein synthesis and increased proteasomal degradation, and decreased glycolytic and increased oxidative activity in muscle tissue. High-resolution respirometry confirmed enhanced oxidative metabolism in Nf1 Myf5 muscles, which was concomitant to a fiber type shift from type 2B to type 2A and type 1. Moreover, Nf1 Myf5 muscles showed hallmarks of decreased activation of mTORC1 and increased expression of atrogenes. Remarkably, loss of Nf1 promoted a robust activation of AMPK with a gene expression profile indicative of increased fatty acid catabolism. Additionally, we observed a strong induction of genes encoding catabolic cytokines in muscle Nf1 Myf5 animals, in line with a drastic reduction of white, but not brown adipose tissue. Conclusions Our results demonstrate a cell-autonomous role for Nf1 in myogenic cells during postnatal muscle growth required for metabolic and proteostatic homeostasis. Furthermore, Nf1 deficiency in muscle drives cross-tissue communication and mobilization of lipid reserves.

Calorie restriction (CR) is a dietary intervention to promote health and longevity. CR causes various metabolic changes in both the production and circulation of metabolites; however, it remains unclear which of the changed metabolite(s) can account for the physiological benefits of CR. Through metabolomic analysis of metabolites undergoing abundance changes during CR and subsequent functional validation, we found that lithocholic acid (LCA) is the only metabolite that alone can recapitulate the effects of CR, including activation of AMPK and the rejuvenating effects of muscle regeneration, grip strength and running capacity in mice. Interestingly, LCA also activates AMPK and exerts life- and health-extending effects in Caenorhabditis elegans and Drosophila melanogaster, indicating that these animal models are able to transmit the signalling of LCA once administered. Knockout of AMPK abrogates LCA-induced phenotypes, in nematodes and flies, as well as in mice. Together, we have identified that administration of the CR-upregulated metabolite LCA alone can confer anti-ageing benefits to metazoans, in an AMPK-dependent manner.

Abstract Dopamine (DA) plays a pivotal role in reward processing, cognitive functions, and emotional regulation. The prefrontal cortex (PFC) is a critical brain region for these processes. Parvalbumin-positive (PV+) neurons are one of the major classes of inhibitory GABAergic neurons in the cortex, they modulate the activity of neighboring neurons, influencing various brain functions. While DA receptor expression exhibits age-related changes, the age-related changes of these receptors in PV+ neurons, especially in the PFC, remains unclear. To address this, we investigated the expression of DA D1 (D1R) and D2 (D2R) receptors in PV+ neurons within the orbitofrontal (OFC) and prelimbic (PrL) cortices at different postnatal ages (P28, P42, P56, and P365). We found that the expression of D1R and D2R in PV+ neurons showed both age- and region-related changes. PV+ neurons in the OFC expressed a higher abundance of D1 than those in the PrL, and those neurons in the OFC also showed higher co-expression of D1R and D2R than those in the PrL. In both the OFC and PrL, D1R in PV+ neurons increased from P28 and reached a plateau at P42, then receded to express at P365. Meanwhile, D2R did not show significant age-related changes in both regions. These results showed dopamine receptors in the prefrontal cortex exhibit age- and region-specific changes, which may contribute to the difference of these brain regions in reward-related brain functions.

Abstract Adolescent cocaine abuse increases the risk for developing addiction in later life, which remains a big public health concern, but the underlying molecular mechanism is poorly understood. Here, adolescent cocaine-exposed (ACE) male mice models were established by administrating cocaine during adolescent period. When growing to adult age, mice were subjected to conditioned place preference (CPP) to evaluate the sensitivity to cocaine, then potential molecule of dual specificity phosphatase 1 (DUSP1) were screened out by transcriptomic sequencing. Subthreshold dose of cocaine (sdC), that is insufficient to produce CPP, was used to induce CPP in adulthood. The sdC treatment effectively induced CPP in ACE mice during adulthood, accompanied with the more triggered CaMKII-positive neurons, and induced higher Dusp1 gene, lower DUSP1 protein, lower DUSP1 activity and lower DUSP1 expression on CaMKII-positive neurons (DUSP1 CaMKII ) in medial prefrontal cortex (mPFC). Overexpressing DUSP1 CaMKII suppressed CaMKII-positive neuronal activation, and ultimately blocked sdC-induced CPP in ACE mice during adulthood. While, knocking-down DUSP1 CaMKII activated more CaMKII-positive neurons, and aggravated sdC-preferred behavior in ACE mice during adulthood. ERK1/2 might be potential subsequent signal for DUSP1 in the process. Collectively, our findings reveal a novel molecular mechanism underlying adolescent drug abuse-induced susceptibility to addiction during adulthood, and mPFC DUSP1 CaMKII is a promising pharmacological target to predict or treat addiction, especially caused by adolescent substance use. Summary Adolescent cocaine exposure causes higher cocaine-preferred behaviors during adulthood, along with evoked mPFC activity in response to cocaine challenge. Locally overexpressing but not knocking-down the dual specificity phosphatase 1 (DUSP1) on CaMKII-positive neurons (DUSP1 CaMKII ) suppresses mPFC activation, and ultimately rescues the higher sensitivity to cocaine during adulthood.

Abstract Adolescent cocaine exposure (ACE) increases risk of developing psychiatric problems such as anxiety, which may drive relapse in later life, however, its underlying molecular mechanism remains poorly understood. Methods: ACE male mice model were established by exposing to cocaine during adolescent period. Elevated plus maze (EPM) were used to assess anxiety-like behaviors in mice. Within claustrum, local injection of SCH-23390, a specific antagonist for dopamine receptor 1 (D1R), or D1R knocking-down virus were used to regulate D1R function or expression on CaMKII-positive neurons (D1R CaMKII ) in vivo . Electro-acupuncture (EA) treatment was performed at acupoints of Baihui and Yintang during withdrawal period. Results: We found that ACE mice exhibited anxiety-like behaviors, along with more activated CaMKII-positive neurons and increased D1R CaMKII levels in claustrum during adulthood. Inhibiting D1R function or knocking-down D1R CaMKII levels in claustrum efficiently reduced claustrum activation, and ultimately suppressed anxiety-like behaviors in ACE mice during adulthood. EA treatment alleviated ACE-evoked claustrum activation and anxiety-like behaviors by suppressing claustrum D1R CaMKII . Conclusion: Our findings identified a novel role of claustrum in ACE-induced anxiety-like behaviors, and put new insight into the D1R CaMKII in the claustrum. The claustrum D1R CaMKII might be a promising pharmacological target, such as EA treatment, to treat drugs-induced anxiety-like behaviors. Graphic abstract

Abstract Adolescent cocaine exposure (ACE) induce anxiety and higher sensitivity to drug addiction during adulthood. Here, we show that the claustrum is crucial for control of these two distinct psychiatric disorders in ACE mice. In the process of anxiety test, the CaMKII-positive neurons in median portion of claustrum ( M Claustrum) were obviously triggered, and chemogenetic suppressing these neurons efficiently reduced ACE-induced anxiety in adulthood. While, the CaMKII-positive neurons in anterior portion of claustrum ( A Claustrum) were obviously activated in response to cocaine-induced conditioned place preference (CPP), and chemogenetic suppressing these neurons efficiently blocked cocaine CPP in ACE mice during adulthood. Our findings dissociating specific sub-portions of claustrum for drug-related anxiety and susceptibility of addiction, extending our understanding to diverse functions of claustrum subregions.

Recent clinical breakthroughs hold great promise for the application of psilocybin in the treatments of psychological disorders, such as depression, addiction, and obsessive-compulsive disorder. Psilocybin is a psychedelic whose metabolite, psilocin, is a 5-HT2A receptor agonist. Nevertheless, the underlying mechanisms for the effects of psilocybin on the brain are not fully illustrated, and cell type-specific and circuit effects of psilocybin are not fully understood. Here, we combined single-nucleus RNA-seq with functional assays to study the long-term effects of psilocybin on the orbitofrontal cortex (OFC), a brain region vulnerable to psychological disorders such as depression. We showed that a single dose of psilocybin induced long-term genetic and functional changes in neurons of the OFC, and excitatory and inhibitory neurons collectively reduced circuit activity of the brain region. Knockdown of 5-HT2A receptor in deep layer excitatory neurons abated psilocybin-induced functional changes and the anti-depressant effect. Together, these results showed the cell type-specific mechanisms of psilocybin and shed light on the brain region difference in the effect of psychedelics.

Spatial computing could change our interaction with the physical world, yet development tools still largely apply to outdated methods, representing 3D objects with 2D text in code editors. This discrepancy makes the programming of spatial applications more complicated. PhyOOP, our Physical Object-Oriented Programming Environment, trying to solve this issue by capturing object states through camera feeds for direct code insertion and attaching executable snippets to objects for camera-triggered actions. The user study, involving 16 participants, suggests that PhyOOP is easy-to-use and has potential applications in various domains.

The shift of carbon utilisation from glucose to other nutrients is a fundamental metabolic adaptation to cope with the decreased glucose oxidation during fasting or starvation 1 . AMP-activated protein kinase (AMPK) plays crucial roles in manifesting physiological benefits accompanying glucose starvation or calorie restriction 2 . However, the underlying mechanisms are unclear. Here, we show that low glucose-induced activation of AMPK plays a decisive role in the shift of carbon utilisation from glucose to glutamine. We demonstrate that endoplasmic reticulum (ER)-localised PDZD8, which we identify to be a new substrate of AMPK, is required for the glucose starvation-promoted glutaminolysis. AMPK phosphorylates PDZD8 at threonine 527 (T527), and promotes it to interact with and activate the mitochondrial glutaminase 1 (GLS1), a rate-limiting enzyme of glutaminolysis 3–5 , and as a result the ER-mitochondria contact is strengthened. In vivo, PDZD8 enhances glutaminolysis, and triggers mitohormesis that is required for extension of lifespan and healthspan in Caenorhabditis elegans subjected to glucose starvation or caloric restriction. Muscle-specific re-introduction of wildtype PDZD8, but not the AMPK-unphosphorylable PDZD8-T527A mutant, to PDZD8 −/− mice is able to rescue the increase of glutaminolysis, and the rejuvenating effects of caloric restriction in aged mice, including grip strength and running capacity. Together, these findings reveal an AMPK-PDZD8-GLS1 axis that promotes glutaminolysis and executes the anti-ageing effects of calorie restriction by promoting inter-organelle crosstalk between ER and mitochondria.