Balanced control of neuronal activity is central in maintaining function and viability of neuronal circuits. The endocannabinoid system tightly controls neuronal excitability. Here, we show that endocannabinoids directly target hippocampal glutamatergic neurons to provide protection against acute epileptiform seizures in mice. Functional CB1 cannabinoid receptors are present on glutamatergic terminals of the hippocampal formation, colocalizing with vesicular glutamate transporter 1 (VGluT1). Conditional deletion of the CB1 gene either in cortical glutamatergic neurons or in forebrain GABAergic neurons, as well as virally induced deletion of the CB1 gene in the hippocampus, demonstrate that the presence of CB1 receptors in glutamatergic hippocampal neurons is both necessary and sufficient to provide substantial endogenous protection against kainic acid (KA)-induced seizures. The direct endocannabinoid-mediated control of hippocampal glutamatergic neurotransmission may constitute a promising therapeutic target for the treatment of disorders associated with excessive excitatory neuronal activity.

The transient receptor potential vanilloid type 1 channel (TRPV1) (formerly called vanilloid receptor VR1) is known for its key role of functions in sensory nerves such as perception of inflammatory and thermal pain. Much less is known about the physiological significance of the TRPV1 expression in the brain. Here we demonstrate that TRPV1 knock-out mice (TRPV1-KO) show less anxiety-related behavior in the light–dark test and in the elevated plus maze than their wild-type littermates with no differences in locomotion. Furthermore, TRPV1-KO mice showed less freezing to a tone after auditory fear conditioning and stress sensitization. This reduction of conditioned and sensitized fear could not be explained by alterations in nociception. Also, tone perception per se was unaffected, as revealed by determination of auditory thresholds through auditory brainstem responses and distortion-product otoacoustic emissions. TRPV1-KO showed also less contextual fear if assessed 1 d or 1 month after strong conditioning protocols. These impairments in hippocampus-dependent learning were mirrored by a decrease in long-term potentiation in the Schaffer collateral–commissural pathway to CA1 hippocampal neurons. Our data provide first evidence for fear-promoting effects of TRPV1 with respect to both innate and conditioned fear and for a decisive role of this receptor in synaptic plasticity.

Summary

 N⁶-methyladenosine (m⁶A) and N⁶,2′-O-dimethyladenosine (m⁶Am) are abundant mRNA modifications that regulate transcript processing and translation. The role of both, here termed m⁶A/m, in the stress response in the adult brain in vivo is currently unknown. Here, we provide a detailed analysis of the stress epitranscriptome using m⁶A/m-seq, global and gene-specific m⁶A/m measurements. We show that stress exposure and glucocorticoids region and time specifically alter m⁶A/m and its regulatory network. We demonstrate that deletion of the methyltransferase Mettl3 or the demethylase Fto in adult neurons alters the m⁶A/m epitranscriptome, increases fear memory, and changes the transcriptome response to fear and synaptic plasticity. Moreover, we report that regulation of m⁶A/m is impaired in major depressive disorder patients following glucocorticoid stimulation. Our findings indicate that brain m⁶A/m represents a novel layer of complexity in gene expression regulation after stress and that dysregulation of the m⁶A/m response may contribute to the pathophysiology of stress-related psychiatric disorders.

The corticotropin-releasing hormone receptor 1 (CRHR1) critically controls behavioral adaptation to stress and is causally linked to emotional disorders. Using neurochemical and genetic tools, we determined that CRHR1 is expressed in forebrain glutamatergic and γ-aminobutyric acid-containing (GABAergic) neurons as well as in midbrain dopaminergic neurons. Via specific CRHR1 deletions in glutamatergic, GABAergic, dopaminergic, and serotonergic cells, we found that the lack of CRHR1 in forebrain glutamatergic circuits reduces anxiety and impairs neurotransmission in the amygdala and hippocampus. Selective deletion of CRHR1 in midbrain dopaminergic neurons increases anxiety-like behavior and reduces dopamine release in the prefrontal cortex. These results define a bidirectional model for the role of CRHR1 in anxiety and suggest that an imbalance between CRHR1-controlled anxiogenic glutamatergic and anxiolytic dopaminergic systems might lead to emotional disorders.

Corticotropin-releasing hormone (CRH) is a central integrator in the brain of endocrine and behavioral stress responses, whereas activation of the endocannabinoid CB1 receptor suppresses these responses. Although these systems regulate overlapping functions, few studies have investigated whether these systems interact. Here we demonstrate a novel mechanism of CRH-induced anxiety that relies on modulation of endocannabinoids. Specifically, we found that CRH, through activation of the CRH receptor type 1 (CRHR1), evokes a rapid induction of the enzyme fatty acid amide hydrolase (FAAH), which causes a reduction in the endocannabinoid anandamide (AEA), within the amygdala. Similarly, the ability of acute stress to modulate amygdala FAAH and AEA in both rats and mice is also mediated through CRHR1 activation. This interaction occurs specifically in amygdala pyramidal neurons and represents a novel mechanism of endocannabinoid–CRH interactions in regulating amygdala output. Functionally, we found that CRH signaling in the amygdala promotes an anxious phenotype that is prevented by FAAH inhibition. Together, this work suggests that rapid reductions in amygdala AEA signaling following stress may prime the amygdala and facilitate the generation of downstream stress-linked behaviors. Given that endocannabinoid signaling is thought to exert “tonic” regulation on stress and anxiety responses, these data suggest that CRH signaling coordinates a disruption of tonic AEA activity to promote a state of anxiety, which in turn may represent an endogenous mechanism by which stress enhances anxiety. These data suggest that FAAH inhibitors may represent a novel class of anxiolytics that specifically target stress-induced anxiety.

N6-Methyladenosine (m6A) is an abundant internal RNA modification that regulates transcript processing and translation. The regulation of brain m6A by stressful stimuli in vivo and its role in the stress response are currently unknown. Here, we provide a detailed analysis of the stress-epitranscriptome using m6A-Seq, global and gene-specific m6A measurements. We show that stress exposure and glucocorticoids alter m6A and its regulatory network in a region- and time-specific manner. We demonstrate that depletion of the methyltransferase Mettl3 and the demethylase Fto in adult neurons increases fear memory, and alters the transcriptome response to fear as well as synaptic plasticity. Finally, we report that regulation of m6A is impaired in major depressive disorder patients following glucocorticoid receptor activation. Our findings indicate that brain m6A represents a novel layer of complexity in gene expression regulation after stress and that dysregulation of the m6A-response may contribute to the pathophysiology of stress-related psychiatric disorders.

Abstract Pharmacological approaches to induce N-methyl-D-aspartate receptor (NMDAR) hypofunction have been intensively used to understand the aetiology and pathophysiology of schizophrenia. Yet, the precise cellular and molecular mechanisms that relate to brain network dysfunction remain largely unknown. Here, we used a set of complementary approaches to assess the functional network abnormalities present in mice that underwent a 7-day subchronic phencyclidine (PCP 10mg/kg, subcutaneously, once daily) treatment. Our data revealed that pharmacological intervention with PCP affected cognitive performance and auditory evoked gamma oscillations in the prefrontal cortex (PFC) mimicking endophenotypes of some schizophrenia patients. We further assessed PFC cellular function and identified altered neuronal intrinsic membrane properties, reduced parvalbumin (PV) immunostaining and diminished inhibition onto L5 PFC pyramidal cells. A decrease in the strength of optogenetically-evoked glutamatergic current at the ventral hippocampus (HPC) to PFC synapse was also demonstrated, along with a weaker shunt of excitatory transmission by local PFC interneurons. On a macrocircuit level, functional ultrasound measurements indicated compromised functional connectivity within several brain regions particularly involving PFC and frontostriatal circuits. Herein, we reproduced a panel of schizophrenia endophenotypes induced by subchronic PCP application in mice. We further recapitulated electrophysiological signatures associated with schizophrenia and provided an anatomical reference to critical elements in the brain circuitry. Together, our findings contribute to a better understanding of the physiological underpinnings of deficits induced by subchronic NMDAR antagonist regimes and provide a test system for characterization of pharmacological compounds. Highlights Subchronic PCP treatment alters cognitive performance and evoked gamma synchronization in the prefrontal cortex. Subchronic PCP reduces number of parvalbumin-positive boutons and inhibitory synaptic transmission onto pyramidal neurons in layer 5/6 of the prelimbic cortex. Subchronic PCP reduces the strength of ventral hippocampal inputs to the medial prefrontal cortex. Frontostriatal circuits show robust dysconnectivity after subchronic PCP treatment. Abstract

The selective breeding for extreme behavior on the elevated plus-maze (EPM) resulted in two mouse lines namely high-anxiety behaving (HAB) and low-anxiety behaving (LAB) mice. Using novel behavioral tests we demonstrate that HAB animals additionally exhibit maladaptive escape behavior and defensive vocalizations, whereas LAB mice show profound deficits in escaping from approaching threats which partially results from sensory deficits. We could relate these behavioral distortions to tonic changes in brain activity within the periaqueductal gray (PAG) in HAB mice and the superior colliculus (SC) in LAB mice, using in vivo manganese-enhanced MRI (MEMRI) followed by pharmacological or chemogenetic interventions. Therefore, midbrain-tectal structures govern the expression of both anxiety-like behavior and defensive responses. Our results challenge the uncritical use of the anthropomorphic terms anxiety or anxiety-like for the description of mouse behavior, as they imply higher cognitive processes, which are not necessarily in place.