Recent studies suggest that stress-induced atrophy and loss of hippocampal neurons may contribute to the pathophysiology of depression. The aim of this study was to investigate the effect of antidepressants on hippocampal neurogenesis in the adult rat, using the thymidine analog bromodeoxyuridine (BrdU) as a marker for dividing cells. Our studies demonstrate that chronic antidepressant treatment significantly increases the number of BrdU-labeled cells in the dentate gyrus and hilus of the hippocampus. Administration of several different classes of antidepressant, but not non-antidepressant, agents was found to increase BrdU-labeled cell number, indicating that this is a common and selective action of antidepressants. In addition, upregulation of the number of BrdU-labeled cells is observed after chronic, but not acute, treatment, consistent with the time course for the therapeutic action of antidepressants. Additional studies demonstrated that antidepressant treatment increases the proliferation of hippocampal cells and that these new cells mature and become neurons, as determined by triple labeling for BrdU and neuronal- or glial-specific markers. These findings raise the possibility that increased cell proliferation and increased neuronal number may be a mechanism by which antidepressant treatment overcomes the stress-induced atrophy and loss of hippocampal neurons and may contribute to the therapeutic actions of antidepressant treatment.

The authors find that the expression of the DNA methyltransferase Dnmt3a in mice is regulated by chronic cocaine and chronic social defeat stress in the nucleus accumbens. Manipulations that block DNA methylation potentiate cocaine reward and cause an antidepressant-like effect. Despite abundant expression of DNA methyltransferases (Dnmts) in brain, the regulation and behavioral role of DNA methylation remain poorly understood. We found that Dnmt3a expression was regulated in mouse nucleus accumbens (NAc) by chronic cocaine use and chronic social defeat stress. Moreover, NAc-specific manipulations that block DNA methylation potentiated cocaine reward and exerted antidepressant-like effects, whereas NAc-specific Dnmt3a overexpression attenuated cocaine reward and was pro-depressant. On a cellular level, we found that chronic cocaine use selectively increased thin dendritic spines on NAc neurons and that DNA methylation was both necessary and sufficient to mediate these effects. These data establish the importance of Dnmt3a in the NAc in regulating cellular and behavioral plasticity to emotional stimuli.

Recent work implicates regulation of neurogenesis as a form of plasticity in the adult rat hippocampus. Given the known effects of opiates such as morphine and heroin on hippocampal function, we examined opiate regulation of neurogenesis in this brain region. Chronic administration of morphine decreased neurogenesis by 42% in the adult rat hippocampal granule cell layer. A similar effect was seen in rats after chronic self-administration of heroin. Opiate regulation of neurogenesis was not mediated by changes in circulating levels of glucocorticoids, because similar effects were seen in rats that received adrenalectomy and corticosterone replacement. These findings suggest that opiate regulation of neurogenesis in the adult rat hippocampus may be one mechanism by which drug exposure influences hippocampal function.

The transcription factor cAMP response element (CRE)-binding protein (CREB) has been shown to regulate neural plasticity. Drugs of abuse activate CREB in the nucleus accumbens, an important part of the brain's reward pathways, and local manipulations of CREB activity have been shown to affect cocaine reward, suggesting an active role of CREB in adaptive processes that follow exposure to drugs of abuse. Using CRE-LacZ reporter mice, we show that not only rewarding stimuli such as morphine, but also aversive stimuli such as stress, activate CRE-mediated transcription in the nucleus accumbens shell. Using viral-mediated gene transfer to locally alter the activity of CREB, we show that this manipulation affects morphine reward, as well as the preference for sucrose, a more natural reward. We then show that local changes in CREB activity induce a more general syndrome, by altering reactions to anxiogenic, aversive, and nociceptive stimuli as well. Increased CREB activity in the nucleus accumbens shell decreases an animal's responses to each of these stimuli, whereas decreased CREB activity induces an opposite phenotype. These results show that environmental stimuli regulate CRE-mediated transcription within the nucleus accumbens shell, and that changes in CREB activity within this brain area subsequently alter gating between emotional stimuli and their behavioral responses. This control appears to be independent of the intrinsic appetitive or aversive value of the stimulus. The potential relevance of these data to addiction and mood disorders is discussed.

Understanding the fate of adult-generated neurons and the mechanisms that influence them requires consistent labeling and tracking of large numbers of stem cells. We generated a nestin-CreER T2 /R26R-yellow fluorescent protein (YFP) mouse to inducibly label nestin-expressing stem cells and their progeny in the adult subventricular zone (SVZ) and subgranular zone (SGZ). Several findings show that the estrogen ligand tamoxifen (TAM) specifically induced recombination in stem cells and their progeny in nestin-CreER T2 /R26R-YFP mice: 97% of SGZ stem-like cells (GFAP/Sox2 with radial glial morphology) expressed YFP; YFP+ neurospheres could be generated in vitro after recombination in vivo , and maturing YFP+ progeny were increasingly evident in the olfactory bulb (OB) and dentate gyrus (DG) granule cell layer. Revealing an unexpected regional dissimilarity in adult neurogenesis, YFP+ cells accumulated up to 100 d after TAM in the OB, but in the SGZ, YFP+ cells reached a plateau 30 d after TAM. In addition, most SVZ and SGZ YFP+ cells became neurons, underscoring a link between nestin and neuronal fate. Finally, quantification of YFP+ cells in nestin-CreER T2 /R26R-YFP mice allowed us to estimate, for example, that stem cells and their progeny contribute to no more than 1% of the adult DG granule cell layer. In addition to revealing the dynamic contribution of nestin-expressing stem cells to adult neurogenesis, this work highlights the utility of the nestin-CreER T2 /R26R-YFP mouse for inducible gene ablation in stem cells and their progeny in vivo in the two major regions of adult neurogenesis.

This study uses inducible ablation of NeuroD1 from adult neuronal stem cells/progenitors to show that this transcription factor is crucial for the survival and maturation of adult-born neurons in the hippocampus and olfactory bulb. The transcriptional program that controls adult neurogenesis is unknown. We generated mice with an inducible stem cell–specific deletion of Neurod1, resulting in substantially fewer newborn neurons in the hippocampus and olfactory bulb. Thus, Neurod1 is cell-intrinsically required for the survival and maturation of adult-born neurons.

Background Previous work has shown that brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and its receptor, tyrosine kinase receptor B (TrkB), are involved in appetitive behavior. Here we show that BDNF in the ventral tegmental area–nucleus accumbens (VTA–NAc) pathway is also involved in the development of a depression-like phenotype. Methods Brain-derived neurotrophic factor signaling in the VTA–NAc pathway was altered in two complementary ways. One group of rats received intra-VTA infusion of vehicle or BDNF for 1 week. A second group of rats received intra-NAc injections of vehicle or adeno-associated viral vectors encoding full-length (TrkB.FL) or truncated (TrkB.T1) TrkB; the latter is kinase deficient and serves as a dominant-negative receptor. Rats were examined in the forced swim test and other behavioral tests. Results Intra-VTA infusions of BDNF resulted in 57% shorter latency to immobility relative to control animals, a depression-like effect. Intra-NAc injections of TrkB.T1 resulted in and almost fivefold longer latency to immobility relative to TrkB.FL and control animals, an antidepressant-like effect. No effect on anxiety-like behaviors or locomotion was seen. Conclusions These data suggest that BDNF action in the VTA–NAc pathway might be related to development of a depression-like phenotype. This interpretation is intriguing in that it suggests a role for BDNF in the VTA–NAc that is opposite of the proposed role for BDNF in the hippocampus.

Acute seizures after a severe brain insult can often lead to epilepsy and cognitive impairment. Aberrant hippocampal neurogenesis follows the insult but the role of adult-generated neurons in the development of chronic seizures or associated cognitive deficits remains to be determined. Here we show that the ablation of adult neurogenesis before pilocarpine-induced acute seizures in mice leads to a reduction in chronic seizure frequency. We also show that ablation of neurogenesis normalizes epilepsy-associated cognitive deficits. Remarkably, the effect of ablating adult neurogenesis before acute seizures is long lasting as it suppresses chronic seizure frequency for nearly 1 year. These findings establish a key role of neurogenesis in chronic seizure development and associated memory impairment and suggest that targeting aberrant hippocampal neurogenesis may reduce recurrent seizures and restore cognitive function following a pro-epileptic brain insult.

Abnormal subgranular zone (SGZ) neurogenesis is proposed to contribute to Alzheimer's disease (AD)-related decreases in hippocampal function. Our goal was to examine hippocampal neurogenesis in the PDAPP mouse, a model of AD with age-dependent accumulation of amyloid-β42 (Aβ42)-containing plaques that is well studied with regard to AD therapies. A secondary goal was to determine whether altered neurogenesis in the PDAPP mouse is associated with abnormal maturation or number of mature cells. A tertiary goal was to provide insight into why hippocampal neurogenesis appears to be increased in AD post-mortem tissue and decreased in most AD mouse models. We report an age-dependent decrease in SGZ proliferation in homozygous PDAPP mice. At 1 year of age, PDAPP mice also had new dentate gyrus granule neurons with abnormal maturation and fewer dying cells relative to control mice. In contrast to decreased SGZ cell birth, PDAPP mice had increased birth of immature neurons in the outer portion of the granule cell layer (oGCL), providing insight into why some studies link AD with increased neurogenesis. However, these ectopic oGCL cells were still rare compared with SGZ proliferating cells, emphasizing that the primary characteristic of PDAPP mice is decreased neurogenesis. The decrease in SGZ neurogenesis was not associated with an age-dependent loss of dentate granule neurons. The altered neurogenesis in the PDAPP mouse may contribute to the age-related cognitive deficits reported in this model of AD and may be a useful adjunct target for assessing the impact of AD therapies. J. Comp. Neurol. 495:70–83, 2006. © 2006 Wiley-Liss, Inc.