ABSTRACT Hunger increases the motivation of an organism to seek out and consume highly palatable energy dense foods. While hunger-sensing Agouti-related peptide (AgRP) neurons influence this process, whether metabolic detection of homeostatic state via metabolic sensing in AgRP neurons potentiates motivation through the midbrain dopamine system is unexplored. Here, we used the AgRP-specific deletion of carnitine acetyltransferase (Crat), a metabolic enzyme regulating glucose and fatty acid oxidation, as a model of impaired metabolic-sensing in AgRP neurons. We then tested the hypothesis that appropriate metabolic-sensing in AgRP neurons is required to increase food reward motivation by modulating accumbal or striatal dopamine release. Electrophysiological studies confirm that Crat deletion in AgRP neurons (KO) impairs normal ex vivo glucose-sensing, and in vivo photometry experiments show that AgRP neurons in KO mice do not exhibit normal responses to repeated palatable food presentation and consumption, highlighting that this model is appropriate to test the hypothesis. Fiber photometry experiments, using the dopamine sensor GRAB-DA, revealed that impaired metabolic-sensing reduces acute dopamine release (seconds) in the nucleus accumbens, but not the dorsal striatum, to palatable food consumption and during operant responding. Positron electron tomography (PET) methods indicated that impaired metabolic-sensing in AgRP neurons suppressed radiolabelled 18F-fDOPA accumulation after ∼30 minutes in the dorsal striatum but not the ventral striatum, suggesting a role for AgRP neurons to restrict a long term post-ingestive dopamine response in the dorsal striatum. Finally, impaired metabolic-sensing in AgRP neurons suppresses motivated operant responding for sucrose rewards. Notably, these behavioural effects are potentiated in the hungry state and therefore highlight that metabolic-sensing in AgRP neurons is required for the appropriate temporal integration and transmission of homeostatic hunger-sensing to dopamine signalling in the striatum.

Background: Rates of risky drinking are continuing to rise, particularly in women, yet sex as a biological variable has been largely ignored. An emerging yet understudied potential component of this circuitry is the central projecting Edinger Westphal (EWcp), which is made up of two prominent, but distinct cell populations expressing either an array of neuropeptides (including cocaine and amphetamine regulated transcript; CART) or vGlut2 (glutamatergic). Methods: Here, we use a combination of approaches including genetic, molecular biology, behavioural testing, and electrophysiology to understand how the EWcp contributes to alcohol consumption in female versus male mice. Results: Chemogenetic inhibition of EWcp CART cells reduced binge drinking specifically in female, but not male mice. Further, inhibition of EWcp CART cells prevented ghrelin induced drinking, and viral mediated ghrelin receptor (Ghsr) knockdown in the EWcp reduced binge drinking in female, but not male mice. RNAscope revealed Ghsr expression across peptidergic (marked by CART) and glutamatergic populations in the EWcp, with neurons from female mice more sensitive to bath application of ghrelin than male mice. Targeted knockdown of Ghsr from distinct EWcp populations revealed GHSR signalling on peptidergic, but not glutamatergic cells mediate binge drinking in female mice. Finally, both a GHSR inverse agonist and antagonist delivered directly within the EWcp reduced binge drinking in female mice. Conclusions: These findings suggest the EWcp is a region mediating excessive alcohol bingeing through GHSR actions on peptidergic cells (CART expressing) in female mice and expand our understanding of the neural mechanism(s) underpinning how the ghrelin system mediates alcohol consumption.

Abstract An environment can have a powerful influence over appetite and feeding behaviour. For example, an environmental context, which reliably predicts food, will increase the appetitive food drive to the same environment context. Interestingly, mice are required to be hungry to develop such a context-induced feeding (CIF) response, suggesting the neural circuits sensitive to hunger play an important role to associate an internal energy state with a particular environment context. Hunger-sensing Agouti related peptide (AgRP) neurons are activated by circulating signals of energy deficit and reset to a silenced state by gut feedback mechanisms following food consumption. We hypothesised that AgRP neurons are both necessary and sufficient to drive CIF in the absence of hunger. While fasting increased CIF, chemogenetic inhibition of AgRP neurons during context acquisition prevented this effect. Intriguingly, chemogenetic activation of AgRP neurons during context acquisition did not increase CIF, suggesting precise temporal firing properties may be required. Indeed, photostimulation of AgRP neurons, only during context exposure (ON-OFF in context), increased CIF. Moreover, AgRP photostimulation prior to context exposure, coupled with the termination of photostimulation in the context in the absence of food consumption, was sufficient to drive a subsequent CIF. Our results suggest that AgRP neurons regulate the acquisition of CIF when the temporal firing properties are matched to context exposure. These results further highlight that acute AgRP inhibition is a salient neural event underscoring the effect of hunger on associative learning.

Abstract By modeling neural network dynamics related to homeostatic state and BMI, we identified a novel pathway projecting from the medial prefrontal cortex (mPFC) to the lateral hypothalamus (LH) in humans. We then assessed the physiological role and dissected the function of this mPFC-LH circuit in mice. In vivo recordings of population calcium activity revealed that this glutamatergic mPFC-LH pathway is activated in response to acute stressors and inhibited during food consumption, suggesting a role in stress-related control over food intake. Consistent with this role, inhibition of this circuit increased feeding and sucrose seeking during mild stressors, but not under non-stressful conditions. Finally, chemogenetic or optogenetic activation of the mPFC-LH pathway is sufficient to suppress food intake and sucrose-seeking in mice. These studies identify a glutamatergic mPFC-LH as a novel stress-sensitive anorexigenic neural pathway involved in the cortical control of food intake.