Abstract Chronic stress is a major risk factor for psychiatric illnesses, including depression; however, the pathophysiological mechanisms whereby stress leads to mood disorders remain unclear. The recent FDA approval of antidepressants with novel mechanisms of action, like Zulresso®, a synthetic neuroactive steroid analog with molecular pharmacology similar to allopregnanolone, has spurred interest in new therapeutic targets and, potentially, novel pathophysiological mechanisms for depression. Allopregnanolone acts as a positive allosteric modulator of GABA A receptors (GABA A RS), acting preferentially at δ subunit-containing receptors (δ-GABA A RS). Accumulating clinical and preclinical evidence supports the antidepressant effects of exogenous administration of allopregnanolone and allopregnanolone analogs; however, the role of endogenous neurosteroids in the pathophysiology of depression remains unknown. Here, we examine whether altered neurosteroid signaling may contribute to behavioral deficits following chronic unpredictable stress (CUS) in mice. We first identified reductions in expression of δ-GABA A Rs, the predominant site of action of 5a-reduced neuroactive steroids, following CUS. Additionally, utilizing LC-MS/MS we discovered a decrease in levels of allopregnanolone in the BLA, but not plasma of mice following CUS, an indication of impaired neurosteroid synthesis. CRISPR knockdown the rate-limiting enzymes involved in allopregnanolone synthesis, 5α-reductase type 1 and 2, in the BLA mimicked the behavioral deficits associated with CUS in mice. Furthermore, overexpression expression of 5α-reductase type 1 and 2 in the BLA improved behavioral outcomes. Collectively, this suggests chronic stress impairs endogenous neurosteroid signaling in the BLA which is sufficient to induce behavioral deficits similar to those observed following CUS. Further, these studies suggest that the therapeutic efficacy of allopregnanolone-based treatments may be due to their ability to directly target the underlying pathophysiology of mood disorders. Therefore, targeting endogenous neurosteroidogenesis may offer a novel therapeutic strategy for the treatment of mood disorders.

Traumatic brain injury (TBI) causes cortical dysfunction and can lead to post-traumatic epilepsy. Multiple studies demonstrate that GABAergic inhibitory network function is compromised following TBI, which may contribute to hyperexcitability and motor, behavioral, and cognitive deficits. Preserving the function of GABAergic interneurons, therefore, is a rational therapeutic strategy to preserve cortical function after TBI and prevent long-term clinical complications. Here, we explored an approach based on the ketogenic diet, a neuroprotective and anticonvulsant dietary therapy which results in reduced glycolysis and increased ketosis. Utilizing a pharmacologic inhibitor of glycolysis (2-deoxyglucose, or 2-DG), we found that acute in vitro glycolytic inhibition decreased the excitability of excitatory neurons, but not inhibitory interneurons, in cortical slices from naïve mice. Employing the controlled cortical impact (CCI) model of TBI in mice, we found that in vitro 2-DG treatment rapidly attenuated epileptiform activity seen in acute cortical slices 3-5 weeks after TBI. One week of in vivo 2-DG treatment immediately after TBI prevented the development of epileptiform activity, restored excitatory and inhibitory synaptic activity, and attenuated loss of parvalbumin-positive inhibitory interneurons. In summary, inhibition of glycolysis with 2-DG may have therapeutic potential to restore network function following TBI.

Feeding is at once both a basic biological need and a function set in a complex system of competing motivational drivers. Orexin/hypocretin neurons are located exclusively within the lateral hypothalamus (LH) and are commonly implicated in feeding, arousal, and motivated behavior, although largely based on studies employing long-term systemic manipulations. Here we show how orexin neurons in freely behaving mice respond in real time to food presentations, and how this response is modulated by differences in metabolic state and salience. Orexin neurons increased activity during approach to food, and this activity declined to baseline at the start of consummatory behavior. Furthermore, the activity of orexin neurons on approach was enhanced by manipulations of metabolic state, and increased food salience. We investigated the nucleus accumbens shell (NAcSh) as a candidate afferent region to inhibit LH orexin neurons following approach, and using projection and cell type-specific electrophysiology, demonstrated that the NAcSh forms both direct and indirect inhibitory projections to LH orexin cells. Together these findings reveal that the activity of orexin neurons is associated with food approach rather than consumption, is modulated by motivationally relevant factors, and that the NAcSh-LH pathway is capable of suppressing orexin cell recruitment.

The centrosome is an important microtubule-organizing center (MTOCs) in animal cells and it consists of two barrel-shaped structures (centrioles), surrounded by the pericentriolar material (PCM), which nucleates microtubules. PCM components form condensates, supramolecular assemblies that concentrate microtubule nucleators. Centrosomes can form close to an existing structure (canonical duplication) or de novo. How centrosomes form de novo is not known. PLK4 is a master driver of centrosome biogenesis, which is critical to recruit several centriole components. Here, we investigate the beginning of centrosome biogenesis, taking advantage of Xenopus egg extracts, where we and others have shown that PLK4 can induce de novo MTOC formation (Eckerdt et al., 2011; Zitouni et al., 2016). Surprisingly, we observe that in vitro, PLK4 can self-assemble into supramolecular assemblies that recruit α/β-tubulin. In Xenopus extracts, PLK4 supramolecular assemblies additionally recruit the PLK4 substrate STIL and the microtubule nucleator, γ-tubulin, and form acentriolar MTOCs de novo. The assembly of these robust microtubule asters is independent of dynein, similarly to centrosomes. We suggest a new mechanism of action for PLK4, where it forms a self-organizing catalytic scaffold that recruits centriole components, PCM factors and α/β-tubulin, leading to MTOC formation.

Pituitary adenylate cyclase activating polypeptide (PACAP) is a neuromodulator implicated in anxiety, metabolism and reproductive behavior. PACAP global knockout mice have decreased fertility and PACAP modulates LH release. However, its source and role at the hypothalamic level remain unknown. We demonstrate that PACAP-expressing neurons of the ventral premamillary nucleus of the hypothalamus (PMVPACAP) project to, and make direct contact with, kisspeptin neurons in the arcuate and AVPV/PeN nuclei and a subset of these neurons respond to PACAP exposure. Targeted deletion of PACAP from the PMV through stereotaxic virally mediated cre- injection or genetic cross to LepR-i-cre mice with PACAPfl/fl mice led to delayed puberty onset and impaired reproductive function in female, but not male, mice. We propose a new, sex-specific role for PACAP-expressing neurons in the PMV in the relay of nutritional state information to regulate GnRH release by modulating the activity of kisspeptin neurons, thereby regulating reproduction.

Multiciliated cells (MCC) are specialized epithelia that contain hundreds of motile cilia used to propel fluid over the surface of the cell. To template these cilia, each MCC produces hundreds of centrioles by a process termed centriole amplification. Airway progenitor cells initially contain two parental centrioles that nucleate multiple centrioles at once, and structures called deuterosomes that assemble the vast majority of centrioles during amplification. Remarkably, how each cell regulates the precise number of its centrioles and cilia remains unknown. Here, we investigate mechanisms that establish centriole number in MCC using an ex vivo airway culture model. We show that ablation of parental centrioles, via inhibition of Plk4 kinase, does not perturb deuterosome formation and centriole amplification, nor alter the total complement of centrioles per cell. Airway MCC vary in size and surface area, and exhibit a broad range in centriole number. Quantification of centriole abundance in vitro and in vivo identified a direct relationship between cell-surface area and centriole number. By manipulating cell size and shape, we discovered that centriole number scales with increasing surface area. Collectively, our results demonstrate that parental centrioles and Plk4 are dispensable for deuterosome formation, centriole amplification, and establishment of centriole number. Instead, a cell-intrinsic surface area-dependent mechanism controls centriole and cilia abundance in multiciliated cells.

Centriole reduplication leads to the formation of supernumerary centrosomes, which promote cellular transformation, invasion and are a hallmark of tumors. A close association between a mother centriole and a procentriole (engagement), established during centriole duplication, intrinsically blocks reduplication. Premature loss of centriole association predisposes centrioles for reduplication and occurs during various types of cell cycle arrests in the presence of high Polo-like kinase 1 activity. Here we use nano-scale imaging and biochemistry to reveal the processes leading to the loss of centriole association and reduplication. We discover that centriole reduplication is driven by events occurring on procentriole microtubule walls. These events are mechanistically different from mitotic centriole separation driven by Pericentrin and Separase but are similar to the physiological process of centriole distancing occurring in unperturbed cycling G2 cells. We propose a concept in which centriole reduplication is a consequence of hijacked and amplified centriole maturation process.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

SUMMARY Modulation of corticostriatal plasticity alters the information flow throughout basal ganglia circuits and represents a fundamental mechanism for motor learning, action selection, and reward. Synaptic plasticity in the striatal direct- and indirect-pathway spiny projection neurons (dSPNs and iSPNs) are dichotomically regulated by two distinct networks of GPCR signaling cascades. While it is well-known that dopamine D2 and adenosine A2a receptors bidirectionally regulate iSPN plasticity, it remains unclear how D1 signaling modulation of synaptic plasticity is counteracted by a dSPN-specific Gi signaling. Here, we show that striatal dynorphin selectively suppresses long-term potentiation (LTP) through Kappa Opioid Receptor (KOR) in dSPNs. Both KOR antagonism and conditional deletion of dynorphin in dSPNs enhance LTP counterbalancing with different levels of D1 receptor activation. Behaviorally, mice lacking dynorphin specifically in dSPNs show normal motor behavior and reward-based learning, but enhanced flexibility during reversal learning. These findings support a model in which D1R and KOR signaling bidirectionally modulate synaptic plasticity in striatal direct pathways and behavior.

Abstract Oocytes, including those from mammals, lack centrioles, but neither the mechanism by which mature eggs lose their centrioles nor the exact stage at which centrioles are destroyed during oogenesis is known. To answer questions raised by centriole disappearance during oogenesis, using a transgenic mouse expressing GFP-centrin-2 (GFP CETN2), we traced their presence from e11.5 primordial germ cells (PGCs) through oogenesis and their ultimate dissolution in mature oocytes. We show tightly coupled CETN2 doublets in PGCs, oogonia, and pre-pubertal oocytes. Beginning with follicular recruitment of incompetent germinal vesicle (GV) oocytes, through full oocyte maturation, the CETN2 doublets separate within the pericentriolar material (PCM); concomitantly, a rise in single CETN2 pairs is identified. CETN2 dissolution accelerates following meiosis resumption. Remarkably, a single CETN2 pair is retained in the PCM of most meiotic metaphase-I and -II spindle poles. Partial dissolution of the CETN2 foci occurs even as other centriole markers, like Cep135, a protein necessary for centriole duplication, are maintained at the PCM. Furthermore, live imaging demonstrates that the link between the two centrioles breaks as meiosis resumes and that centriole association with the PCM is progressively lost. Microtubule inhibition shows that centriole dissolution is uncoupled from microtubule dynamics. Thus, centriole doublets, present in early G2-arrested meiotic prophase oocytes, begin partial reduction during follicular recruitment and meiotic resumption, much later than previously thought.

ABSTRACT Neuronal activity undergoes significant changes during vigilance states, accompanied by an accommodation of energy demands. While the astrocyte-neuron lactate shuttle has shown that lactate is the primary energy substrate for sustaining neuronal activity in multiple brain regions, its role in regulating sleep/wake architecture is not fully understood. We manipulated the cell-specific expression of monocarboxylate transporters (MCTs), the major lactate transporters, to examine the involvement of astrocytic lactate supply in maintaining consolidated wakefulness. Our results demonstrate that reduced expression of MCT4 in astrocytes disrupts lactate supply to orexin neurons in the lateral hypothalamus (LH), impairing wakefulness stability. We also show that MCT2-mediated lactate uptake is necessary for maintaining tonic firing of orexinergic neurons and stabilizing wakefulness. Our findings provide both in vivo and in vitro evidence supporting the critical role of astrocyte-to-orexinergic neuron lactate shuttle in regulating proper sleep/wake stability— a crucial step for maintaining physiological functions and overall well-being.