We generated mice that overexpress the sirtuin, SIRT1. Transgenic mice have been generated by knocking in SIRT1 cDNA into the beta-actin locus. Mice that are hemizygous for this transgene express normal levels of beta-actin and higher levels of SIRT1 protein in several tissues. Transgenic mice display some phenotypes similar to mice on a calorie-restricted diet: they are leaner than littermate controls; are more metabolically active; display reductions in blood cholesterol, adipokines, insulin and fasted glucose; and are more glucose tolerant. Furthermore, transgenic mice perform better on a rotarod challenge and also show a delay in reproduction. Our findings suggest that increased expression of SIRT1 in mice elicits beneficial phenotypes that may be relevant to human health and longevity.

Although peripheral nerves can regenerate after injury, proximal nerve injury in humans results in minimal restoration of motor function. One possible explanation for this is that injury-induced axonal growth is too slow. Heat shock protein 27 (Hsp27) is a regeneration-associated protein that accelerates axonal growth in vitro. Here, we have shown that it can also do this in mice after peripheral nerve injury. While rapid motor and sensory recovery occurred in mice after a sciatic nerve crush injury, there was little return of motor function after sciatic nerve transection, because of the delay in motor axons reaching their target. This was not due to a failure of axonal growth, because injured motor axons eventually fully re-extended into muscles and sensory function returned; rather, it resulted from a lack of motor end plate reinnervation. Tg mice expressing high levels of Hsp27 demonstrated enhanced restoration of motor function after nerve transection/resuture by enabling motor synapse reinnervation, but only within 5 weeks of injury. In humans with peripheral nerve injuries, shorter wait times to decompression surgery led to improved functional recovery, and, while a return of sensation occurred in all patients, motor recovery was limited. Thus, absence of motor recovery after nerve damage may result from a failure of synapse reformation after prolonged denervation rather than a failure of axonal growth.

Abstract Estrogen signaling in the central nervous system promotes weight loss by increasing thermogenesis and physical activity in the ventromedial hypothalamus (VMH), but the precise neuronal populations regulating these aspects of energy expenditure remain unclear. Here we define the molecular and functional heterogeneity of the VMH using single cell RNA sequencing, in situ hybridization, chemogenetic activation, and targeted gene knockdown. We describe six molecularly distinct neuron clusters in the VMH. In females, estrogen receptor alpha (ERα) is restricted to neurons expressing tachykinin-1 ( Tac1 ) or reprimo ( Rprm ). Further, Tac1 and Rprm expression is enriched in females, a sex difference that is established by permanent effects of gonadal hormones early in life. Finally, while Tac1 ablation selectively impairs movement, here we show that silencing Rprm selectively dysregulates temperature without affecting physical activity. Together this work provides a novel architectural framework whereby distinct and sexually differentiated neuron populations within the VMH mediate sex-specific aspects of metabolic homeostasis.

Trade-offs between metabolic and reproductive processes are important for survival, particularly in mammals that gestate their young. Puberty and reproduction, as energetically taxing life stages, are often gated by metabolic availability in animals with ovaries. How the nervous system coordinates these trade-offs is an active area of study. We identify somatostatin neurons of the tuberal nucleus (TNSST) as a node of the feeding circuit that alters feeding in a manner sensitive to metabolic and reproductive states in mice. Whereas chemogenetic activation of TNSST neurons increased food intake across sexes, selective ablation decreased food intake only in female mice during proestrus. Interestingly, this ablation effect was only apparent in animals with a low body mass. Fat transplantation and bioinformatics analysis of TNSST neuronal transcriptomes revealed white adipose as a key modulator of the effects of TNSST neurons on food intake. Together, these studies point to a mechanism whereby TNSST hypothalamic neurons modulate feeding by responding to varying levels of circulating estrogens differentially based on energy stores. This research provides insight into how neural circuits integrate reproductive and metabolic signals, and illustrates how gonadal steroid modulation of neuronal circuits can be context-dependent and gated by metabolic status.

Abstract Adjuvant tamoxifen therapy for invasive breast cancer improves patient survival. Unfortunately, long-term treatment comes with side effects that impact health and quality of life, including hot flashes, changes in bone density, and fatigue. Partly due to a lack of proven animal models, the tissues and cell types that mediate these negative side effects are largely unknown. Here we show that mice undergoing a 28-day course of tamoxifen treatment experience dysregulation of core and skin temperature, changes in bone density, and decreased physical activity, recapitulating key aspects of the human physiological response. Single cell RNA sequencing reveals that tamoxifen treatment induces significant and widespread gene expression changes in different cell types of the hypothalamus, most strongly in neurons and ependymal cells. These expression changes are dependent on estrogen receptor alpha (ERα), as conditional knockout of ERα in the hypothalamus ablated or reversed tamoxifen-induced gene expression. Accordingly, ERα-deficient mice do not exhibit changes in thermal regulation, bone density, or movement in response to tamoxifen treatment. These findings provide mechanistic insight into the effects of tamoxifen on the hypothalamus and support a model in which hypothalamic ERα mediates several key side effects of tamoxifen therapy.