Abstract Alzheimer’s disease (AD) is a devastating neurodegenerative disorder with no effective cure. Cerebrovascular and neurovascular pathology are early and causal hallmarks of AD, where cerebral amyloid angiopathy (CAA), the deposition of amyloid β (Aβ) at the cerebral vasculature, is present in about 90% of cases. Our previous work has uncovered the protective effect of carbonic anhydrase (CA) inhibition against Aβ-mediated mitochondrial dysfunction, production of reactive oxygen species (ROS) and apoptosis in vascular, glial and neuronal cells in culture. Here, we tested for the first time in a transgenic model of AD and cerebrovascular amyloidosis, the TgSwDI mice, a therapeutic regimen employing the FDA-approved CA inhibitors (CAIs), methazolamide (MTZ) and acetazolamide (ATZ). These drugs are used in humans for glaucoma, high altitude sickness, and other disorders, and can cross the blood-brain barrier. We found that both CAIs were non- toxic, significantly reduced cerebral amyloidosis, vascular, microglial and astrocytic Aβ accumulation, and ameliorated cognition. MTZ and ATZ treatment prevented caspase-3 activation in endothelial cells, microglia and astrocytes, reverted capillary constriction and microhemorrhages, reduced gliosis, and induced glial pro-clearance pathways, which are likely responsible for the reduction of Aβ deposition. Notably, we unveiled a critical new druggable target, revealing that the mitochondrial isozyme CA-VB is specifically upregulated in TgSwDI mouse brains, as well as in human brains of CAA and AD (with CAA) patients. Importantly, Aβ challenge induced CA-VB overexpression in human cerebral endothelial cells, and CA-VB silencing, mimicking CAIs effects, reduced Aβ-mediated endothelial apoptosis. This work paves the way for the application of CAIs in clinical trials for AD and CAA and uncovers CA-VB as a mediator of cerebral amyloid toxicity.

Maternal care is profoundly important for mammalian survival, and non-biological parents can express it after experience with infants. One critical molecular signal for maternal behavior is oxytocin, a hormone centrally released by hypothalamic paraventricular nucleus (PVN). Oxytocin enables plasticity within the auditory cortex, a necessary step for responding to infant vocalizations. To determine how this change occurs during natural experience, we continuously monitored homecage behavior of female virgin mice co-housed for days with an experienced mother and litter, synchronized with recordings from virgin PVN cells, including from oxytocin neurons. Mothers engaged virgins in maternal care by ensuring their nest presence, and demonstrated maternal behavior in self-generated pup retrieval episodes. These social interactions activated virgin PVN and gated behaviorally-relevant cortical plasticity for pup vocalizations. Thus rodents can acquire maternal behavior by social transmission, and our results describe a mechanism for adapting brains of adult caregivers to infant needs via endogenous oxytocin.One Sentence Summary Mother mice help co-housed virgins become maternal by enacting specific behaviors that activate virgin oxytocin neurons.

Parental care is required to ensure the health and survival of offspring. Caretaking in mammals is challenging as infants are largely helpless and require near-continual oversight over prolonged periods. Mouse pups in particular cannot thermoregulate, and will succumb to hypothermia unless kept warm by an adult caretaker or an insulating nest. Parents must balance caretaking behaviors with other activities important for survival such as regulating their own temperature and foraging for food or water, which necessarily involve periods of pup neglect. To understand in high detail the consequential decision-making involved in care of infant pups, we built a new system for long-term 24/7 continuous monitoring of mouse homecage behaviors, including thermal imaging, video recording from above, side and directly under the nest, with environmental controls to standardize housing conditions across animals. We monitored single dams and their offspring, before, during and after parturition, from initial mating over four consecutive litters. We found that about half of the animals had high litter survival rates (‘high-pup-survival’ dams) but the other half had little to no pups survive (‘low-pup-survival’ dams). The relative amount of litter survival did not change or improve across litters in absence of intervention: Low-pup-survival dams continued to neglect pups and nest-building across litters, losing nearly all offspring within a day after birth. We could predict which animals would become low-pup-survival dams by inspecting the nests they built a few days before parturition. Low-pup-survival dams minimally engaged with nest building, and after birth, generally avoided pups and the nest. Nest quality deteriorated due to movement of the dam in and out of the nest, exacerbating temperature loss and mortality of the litter. In contrast, high-pup-survival dams spent a considerable amount of time rebuilding and adjusting the nest over the first postnatal day and beyond. Remarkably, if we co-housed low-pup-survival dams with a high-pup-survival dam and her litter, when the low-pup-survival dam was bred again and singly-housed, litter survival rates thereafter were consistently much higher along with increased attention toward pups and nest. Thus, even under well-controlled and ideal lab housing conditions, mouse maternal care can be remarkably variable, with continued nest rebuilding as the most important factor in ensuring high litter survival rates. Furthermore, despite some animals perseverating in maternal neglect and losing their pups, caretaking and nest-building can improve after interactions with experienced and successful parents.