A brain circuit is identified through which serotonin induces an anxiety-like state; this circuit also mediates the anxiety-like behaviour induced by acute administration of the selective serotonin reuptake inhibitor fluoxetine and may underlie the early adverse events that some patients with anxiety disorders have to these types of drugs. The circuits through which serotonin regulates mood are not well understood. Here Thomas Kash and colleagues describe a mechanism by which serotonin induces an anxiety-like state in mice. They show that serotonergic projections from the dorsal raphe nuclei to the bed nucleus of the stria terminalis (BNST), a forebrain structure involved in controlling autonomic, neuroendocrine and behavioural responses, activate corticotropin-releasing factor (CRF) neurons that inhibit anxiolytic outputs from the BNST to the ventral tegmental area and lateral hypothalamus. They further show that this circuit mediates anxiety-like behaviour induced by acute administration of the serotonin reuptake inhibitor (SSRI) fluoxetine. The authors suggest that a similar mechanism may underlie the early adverse reactions to SSRI treatment that have been shown to occur in some patients with anxiety disorders. Serotonin (also known as 5-hydroxytryptamine (5-HT)) is a neurotransmitter that has an essential role in the regulation of emotion. However, the precise circuits have not yet been defined through which aversive states are orchestrated by 5-HT. Here we show that 5-HT from the dorsal raphe nucleus (5-HTDRN) enhances fear and anxiety and activates a subpopulation of corticotropin-releasing factor (CRF) neurons in the bed nucleus of the stria terminalis (CRFBNST) in mice. Specifically, 5-HTDRN projections to the BNST, via actions at 5-HT2C receptors (5-HT2CRs), engage a CRFBNST inhibitory microcircuit that silences anxiolytic BNST outputs to the ventral tegmental area and lateral hypothalamus. Furthermore, we demonstrate that this CRFBNST inhibitory circuit underlies aversive behaviour following acute exposure to selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs). This early aversive effect is mediated via the corticotrophin-releasing factor type 1 receptor (CRF1R, also known as CRHR1), given that CRF1R antagonism is sufficient to prevent acute SSRI-induced enhancements in aversive learning. These results reveal an essential 5-HTDRN→CRFBNST circuit governing fear and anxiety, and provide a potential mechanistic explanation for the clinical observation of early adverse events to SSRI treatment in some patients with anxiety disorders1,2.

The nucleus accumbens (NAc) and the dynorphinergic system are widely implicated in motivated behaviors. Prior studies have shown that activation of the dynorphin-kappa opioid receptor (KOR) system leads to aversive, dysphoria-like behavior. However, the endogenous sources of dynorphin in these circuits remain unknown. We investigated whether dynorphinergic neuronal firing in the NAc is sufficient to induce aversive behaviors. We found that photostimulation of dynorphinergic cells in the ventral NAc shell elicits robust conditioned and real-time aversive behavior via KOR activation, and in contrast, photostimulation of dorsal NAc shell dynorphin cells induced a KOR-mediated place preference and was positively reinforcing. These results show previously unknown discrete subregions of dynorphin-containing cells in the NAc shell that selectively drive opposing behaviors. Understanding the discrete regional specificity by which NAc dynorphinerigic cells regulate preference and aversion provides insight into motivated behaviors that are dysregulated in stress, reward, and psychiatric disease.

Emerging evidence suggests that people with alcohol use disorders are at higher risk for SARS-CoV-2. SARS-CoV-2 engages angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) and transmembrane serine protease 2 (TMPRSS2) receptors for cellular entry. While ACE2 and TMPRSS2 genes are upregulated in the cortex of alcohol-dependent individuals, information on expression in specific brain regions and neural populations implicated in SARS-CoV-2 neuroinvasion, particularly monoaminergic neurons, is limited. We sought to clarify how chronic alcohol exposure affects

ABSTRACT Schizophrenia is marked by poor social functioning that can have a severe impact on quality of life and independence, but the underlying neural circuity is not well understood. Here we used a translational model of subanesthetic ketamine in mice to delineate neural pathways in the brain linked to social deficits in schizophrenia. Mice treated with chronic ketamine (30 mg/kg/day for 10 days) exhibit profound social and sensorimotor deficits as previously reported. Using three- dimensional c-Fos immunolabeling and volume imaging (iDISCO), we show that ketamine treatment resulted in hypoactivation of the lateral septum (LS) in response to social stimuli. Chemogenetic activation of the LS rescued social deficits after ketamine treatment, while chemogenetic inhibition of previously active populations in the LS (i.e. social engram neurons) recapitulated social deficits in ketamine-naïve mice. We then examined the translatome of LS social engram neurons and found that ketamine treatment dysregulated genes implicated in neuronal excitability and apoptosis, which may contribute to LS hypoactivation. We also identified 38 differentially expressed genes (DEGs) in common with human schizophrenia, including those involved in mitochondrial function, apoptosis, and neuroinflammatory pathways. Chemogenetic activation of LS social engram neurons induced downstream activity in the ventral part of the basolateral amygdala, subparafascicular nucleus of the thalamus, intercalated amygdalar nucleus, olfactory areas, and dentate gyrus, and it also reduces connectivity of the LS with the piriform cortex and caudate-putamen. In sum, schizophrenia-like social deficits may emerge via changes in the intrinsic excitability of a discrete subpopulation of LS neurons that serve as a central hub to coordinate social behavior via downstream projections to reward, fear extinction, motor and sensory processing regions of the brain.

Social interaction is a core component of motivational behavior that is perturbed across multiple neuropsychiatric disorders, including alcohol use disorder (AUD). Positive social bonds are neuroprotective and enhance recovery from stress, so reduced social interaction in AUD may delay recovery and lead to alcohol relapse. We report that chronic intermittent ethanol (CIE) induces social avoidance in a sex-dependent manner and is associated with hyperactivity of serotonin (5-HT) neurons in the dorsal raphe nucleus (DRN). While 5-HT DRN neurons are generally thought to enhance social behavior, recent evidence suggests that specific 5-HT pathways can be aversive. Using chemogenetic iDISCO, the nucleus accumbens (NAcc) was identified as one of 5 regions that were activated by 5-HT DRN stimulation. We then employed an array of molecular genetic tools in transgenic mice to show that 5-HT DRN inputs to NAcc dynorphin neurons drive social avoidance in male mice after CIE by activating 5-HT 2C receptors. NAcc dynorphin neurons also inhibit dopamine release during social interaction, reducing the motivational drive to engage with social partners. This study reveals that excessive serotonergic drive after chronic alcohol can promote social aversion by inhibiting accumbal dopamine release. Drugs that boost brain serotonin levels may be contraindicated for individuals with AUD.

Background Persons with Alzheimer's disease (AD) present with changes in mood, sleep, and arousal that may precede the clinical manifestation of cognitive decline. These early symptoms can be driven by changes in the serotonergic (5-HT) nuclei of the brainstem, particularly the dorsal raphe nucleus (DRN). It is unclear why all 5-HT neurons do not simultaneously develop AD pathology that progresses at the same rate. Objective We sought to identify any underlying genetic components associated with susceptibility or resistance of 5-HT neurons to AD pathology. Methods The Visium Spatial Gene Expression platform was used to identify transcriptomic changes across the DRN in a preclinical model of early AD, human tau-overexpressing mice (htau mice). We further used RNAscope and immunohistochemical assessment to validate findings of primary interest. Results We find that the DRN of htau mice differentially expresses AD-related genes, including those related to kinase binding, ion channel activity, ligand-receptor interactions, and regulation of serine/threonine kinases. We further find that computational sub-clustering of the DRN is consistent with previous circuitry-driven characterizations, allowing for spatial bounding of distinct subregions within the DRN. Of these, we find the dorsolateral DRN is preferentially impacted by 5-HT neuron loss and development of tau pathology, which coincides with increased expression of the long noncoding RNA Map2k3os. Conclusions Map2k3os may serve regulatory roles relevant for tau phosphorylation and warrants further investigation to characterize its interactions. Overall, this report demonstrates the power of large-scale spatial transcriptomics technologies, while underscoring the need for convergent-data validation to overcome their limitations.

In 2020, stay-at-home orders were implemented to stem the spread of SARS-CoV-2 worldwide. Social isolation can be particularly harmful to children and adolescents-during the pandemic, the prevalence of obesity increased by ∼37% in persons aged 2-19. Obesity is often comorbid with type 2 diabetes, which was not assessed in this human pandemic cohort. Here, we investigated whether male mice isolated throughout adolescence develop type 2 diabetes in a manner consistent with human obesity-induced diabetes, and explored neural changes that may underlie such an interaction. We find that isolating C57BL/6J mice throughout adolescence is sufficient to induce type 2 diabetes. We observed fasted hyperglycemia, diminished glucose clearance in response to an insulin tolerance test, decreased insulin signaling in skeletal muscle, decreased insulin staining of pancreatic islets, increased nociception, and diminished plasma cortisol levels compared to group-housed control mice. Using Promethion metabolic phenotyping chambers, we observed dysregulation of sleep and eating behaviors, as well as a time-dependent shift in respiratory exchange ratio of the adolescent-isolation mice. We profiled changes in neural gene transcription from several brain areas and found that a neural circuit between serotonin-producing and GLP-1-producing neurons is affected by this isolation paradigm. Overall, spatial transcription data suggest decreased serotonin neuron activity (via decreased GLP-1-mediated excitation) and increased GLP-1 neuron activity (via decreased serotonin-mediated inhibition). This circuit may represent an intersectional target to further investigate the relationship between social isolation and type 2 diabetes, as well as a pharmacologically-relevant circuit to explore the effects of serotonin and GLP-1 receptor agonists.Isolating C57BL/6J mice throughout adolescence is sufficient to induce type 2 diabetes, presenting with fasted hyperglycemia.Adolescent-isolation mice have deficits in insulin responsiveness, impaired peripheral insulin signaling, and decreased pancreatic insulin production.Transcriptional changes across the brain include the endocannabinoid, serotonin, and GLP-1 neurotransmitters and associated receptors. The neural serotonin/GLP-1 circuit may represent an intersectional target to further investigate the relationship between social isolation and type 2 diabetes. Serotonin-producing neurons of adolescent-isolation mice produce fewer transcripts for the GLP-1 receptor, and GLP-1 neurons produce fewer transcripts for the 5-HT 1A serotonin receptor.

Abstract Cocaine and amphetamine-regulated transcript (CART) peptide has been established as a contributor to anxiogenic behavior. Genetic mutations in the CART gene are associated with anxiety and depression, and increased CART expression has been reported in suicide victims. Extensive research has focused on the role of CART peptide in mesolimbic neurocircuitry, but its involvement in the dorsal raphe nucleus (DRN) and serotonin (5HT) system remains unexplored. Here we demonstrate that CART processes are proximal to 5HT DRN neurons and that microinjection of CART (55-102) peptide into the DRN has an anxiogenic effect in mice. Furthermore, central CART administration reduced cfos activation in 5HT neurons of the ventral DRN, which is a putative reward/anti-stress circuit. The inhibitory effect of CART on 5HT DRN neuronal function and local 5HT release is further demonstrated with in vivo fiber photometry coupled with calcium and 5HT biosensors and by mass spectrometry. Moreover, using Cre-dependent retrograde tracing, we observed DRN-projecting CART neurons in the Edinger Westphal nucleus (EW), nucleus accumbens (NAc), and various hypothalamic nuclei including the ventromedial hypothalamus (VMH). Interestingly, based on ex vivo electrophysiological recordings, acute stress increased excitability in DRN-projecting CART neurons located in the EW, but not in the VMH or NAc. This suggests that the stress may promote anxiety-like behavior by activating the EW CART →5HT DRN circuit that ultimately inhibits 5HT transmission. In sum, understanding the intricate dynamics of the CARTergic and 5HTergic systems proves crucial in addressing 5HT-related dysfunctions, providing invaluable insights into both health and disease.

ABSTRACT Alzheimer’s disease (AD) poses an ever-increasing public health concern as the population ages, affecting more than 6 million Americans. AD patients present with mood and sleep changes in the prodromal stages that may be partly driven by loss of monoaminergic neurons in brainstem, but a causal relationship has not been firmly established. The goal of the present study was to evaluate depressive and anxiety-like behaviors in a mouse model of human tauopathy (htau mice) at 4 and 6 months of age prior to the onset of cognitive impairments and correlate these behavior changes with tau pathology, neuroinflammation, and monoaminergic dysregulation in the DRN and LC. We observed depressive-like behaviors at 4 months of age in male and female htau mice and hyperlocomotion in male htau mice. At 6 months, male htau mice developed anxiety-like behavior in the EZM, whereas hyperlocomotion had resolved by this time point. Depressive-like behaviors in the social interaction test persisted at 6 months but were resolved in the sucrose preference test. There was also a significant reduction in number and density of 5-HT-immunoreactive neurons in the rostral DRN in htau mice at 4 months and 5-HT neuronal density was negatively correlated with the intensity of phosphorylated tau staining in this subregion. Additionally, we found evidence of microglial activation in the mid and caudal DRN and astrocytic activation in the rostral DRN. 5-HT neuronal activity was reduced in the DRN and accompanied by downregulation of Tph2 and Sert , whereas genes that promote neuroinflammation and tau phosphorylation were upregulated. Finally, there was enhanced ptau202/205 staining and microglial activity in the LC of htau mice and reduced TH optical density, although the number and density of TH+ neurons were not altered. In total, these results suggest that tau pathology in the DRN and the resulting loss of serotonergic neurotransmission may drive depressive-like behaviors in the early stages of AD, whereas anxiety-like behaviors develop later and may result from neurodegeneration in other regions.