A hippocampal pyramidal neuron receives more than 10(4) excitatory glutamatergic synapses. Many of these synapses contain the molecular machinery for messenger RNA translation, suggesting that the protein complement (and thus function) of each synapse can be regulated on the basis of activity. Here, local postsynaptic protein synthesis, triggered by synaptic activation of metabotropic glutamate receptors, was found to modify synaptic transmission within minutes.

Importance

 Patients with anti–N-methyl-d-aspartate receptor (NMDAR) encephalitis often develop prominent psychiatric manifestations. The frequency and type of isolated psychiatric episodes (pure psychiatric symptoms without neurological involvement) either as initial presentation of the disease or as relapse are unknown. 

Objective

 To determine the frequency, symptoms, and outcome of isolated psychiatric episodes in a cohort of patients with anti-NMDAR encephalitis. 

Design, Setting, and Participants

 Observational cohort of patients diagnosed during a 5-year period (median follow-up, 2 years). A total of 571 patients with IgG antibodies against the NR1 subunit of the NMDAR were included in the study. Antibody studies were performed at the University of Pennsylvania and the University of Barcelona, and clinical information was obtained by us or referring physicians. 

Main Outcomes and Measures

 Frequency, type of symptoms, and outcome of patients with anti-NMDAR encephalitis and isolated psychiatric manifestations. 

Results

 Of 571 patients, 23 (4%) developed isolated psychiatric episodes, 5 at disease onset and 18 during relapse. For all 23 patients, age (median, 20 years), sex (91% female), and tumor association (43%; ovarian teratoma in all cases) were similar to the population at large. Predominant symptoms included delusional thinking (74%), mood disturbances (70%, usually manic), and aggression (57%). Brain magnetic resonance imaging findings were abnormal in 10 of 22 patients (45%) and cerebrospinal fluid analysis showed pleocytosis in 17 of 22 patients (77%). Eighty-three percent of the patients had full or substantial recovery after immunotherapy and tumor resection when appropriate. After relapse, 17 of 18 patients (94%) returned to a similar or better prerelapse functional level. 

Conclusions and Relevance

 Isolated psychiatric episodes are rare but can occur as initial onset or relapse of anti-NMDAR encephalitis. Recognition of these episodes is important because they respond to immunotherapy. In patients with new-onset psychosis, having a history of encephalitis, subtle neurological symptoms, and/or abnormal results on ancillary tests should prompt screening for NMDAR antibodies.

Abstract In adulthood, sleep-wake rhythms are one of the most prominent behaviors under circadian control. However, during early life, sleep is spread across the 24-hour day (1–4). The mechanism through which sleep rhythms emerge, and the consequent advantage conferred to a juvenile animal, are unknown. In 2 nd instar Drosophila larvae (L2), like human infants, sleep is not under circadian control (5). Here, we identify the precise developmental timepoint when the circadian clock begins to regulate sleep in Drosophila , leading to the emergence of sleep rhythms at the early 3 rd instar stage (L3). At this stage, a cellular connection forms between DN1a clock neurons and arousalpromoting Dh44 neurons, bringing arousal under clock control to drive the emergence of circadian sleep. Finally, we demonstrate that L3 but not L2 larvae exhibit long-term memory (LTM) of an aversive cue, and that this LTM depends upon deep sleep generated once sleep rhythms begin. We propose that the developmental emergence of circadian sleep enables more complex cognitive processes, including the onset of enduring memories.

Abstract Sleep disruptions are among the most commonly-reported symptoms across neurodevelopmental disorders (NDDs), but mechanisms linking brain development to normal sleep are largely unknown. From a Drosophila screen of human NDD-associated risk genes, we identified the chromatin remodeler Imitation SWItch/SNF ( ISWI ) to be required for adult fly sleep. Loss of ISWI also results in disrupted circadian rhythms, memory, and social behavior, but ISWI acts in different cells and during distinct developmental times to affect each of these adult behaviors. Specifically, ISWI expression in type I neuroblasts is required for both adult sleep and formation of a learning-associated brain region. Expression in flies of the human ISWI homologs SMARCA1 and SMARCA5 differentially rescue adult phenotypes. We propose that sleep deficits are a primary phenotype of early developmental origin in NDDs, and point towards chromatin remodeling machinery as critical for sleep circuit formation.

Neurofibromatosis type 1 (NF1) is a neurodevelopmental disorder commonly associated with social and communicative disabilities. The cellular and circuit mechanisms by which loss of neurofibromin 1 (Nf1) function results in social deficits are unknown. Here, we identify social behavioral dysregulation with loss of Nf1 in Drosophila. These deficits map to primary dysfunction of a small group of peripheral sensory neurons, rather than central brain circuits. Specifically, Nf1 regulation of Ras signaling in adult, Ppk23+ chemosensory cells is required for normal social behaviors in flies. Loss of Nf1 results in attenuated ppk23+ neuronal activity in response to pheromonal cues, and circuit-specific manipulation of Nf1 expression or neuronal activity in ppk23+ neurons rescues social deficits. Unexpectedly, this disrupted sensory processing gives rise to persistent changes in behavior lasting beyond the social interaction, indicating a sustained effect of an acute sensory misperception. Together our data identify a specific circuit mechanism through which Nf1 acts to regulate social behaviors, and suggest social deficits in NF1 arise from propagation of sensory misinformation.

Complex behaviors arise from neural circuits that are assembled from diverse cell types. Sleep is a conserved and essential behavior, yet little is known regarding how the nervous system generates neuron types of the sleep-wake circuit. Here, we focus on the specification of Drosophila sleep-promoting neurons, which are long-field tangential input neurons projecting to the dorsal layers of the fan-shaped body neuropil in the central complex (CX). We use lineage analysis and genetic birth dating to identify two bilateral Type II neural stem cells that generate these dorsal fan-shaped body (dFB) neurons. We show that adult dFB neurons express Ecdysone-induced protein E93 and loss of Ecdysone signaling or E93 in Type II NSCs results in the misspecification of the adult dFB neurons. Finally, we show that E93 knockdown in Type II NSCs affects adult sleep behavior. Our results provide insight into how extrinsic hormonal signaling acts on NSCs to generate neuronal diversity required for adult sleep behavior. These findings suggest that some adult sleep disorders might derive from defects in stem cell-specific temporal neurodevelopmental programs.

Abstract The maturation of sleep behavior across a lifespan (sleep ontogeny) is an evolutionarily conserved phenomenon. Mammalian studies have shown that in addition to increased sleep duration, early life sleep exhibits stark differences compared to mature sleep with regard to the amount of time spent in certain sleep states. How intrinsic maturation of sleep output circuits contributes to sleep ontogeny is poorly understood. The fruit fly Drosophila melanogaster exhibits multifaceted changes to sleep from juvenile to mature adulthood. Here, we use a non-invasive probabilistic approach to investigate changes in sleep architecture in juvenile and mature flies. Increased sleep in juvenile flies is driven primarily by a decreased probability of transitioning to wake, and characterized by more time in deeper sleep states. Functional manipulations of sleep-promoting neurons in the dFB suggest these neurons differentially regulate sleep in juvenile and mature flies. Transcriptomic analysis of dFB neurons at different ages and a subsequent RNAi screen implicate genes involved in distinct molecular processes in sleep control of juvenile and mature flies. These results reveal that dynamic transcriptional states of sleep output neurons contribute to changes in sleep across the lifespan.

Across species, sleep in young animals is critical for normal brain maturation. In contrast to mature adult sleep, the molecular determinants of early life sleep remain unknown. Through an RNAi-based screen, we identified a gene, pdm3, required for sleep maturation in Drosophila. Pdm3, a transcription factor, acts during nervous system development to coordinate the ingrowth of wake-promoting dopaminergic neurites to a sleep-promoting region. Loss of PDM3 prematurely increases dopaminergic inhibition of the sleep center, abolishing the juvenile sleep state. RNA-Seq/ChIP-Seq and a subsequent modifier screen reveal that pdm3 regulates expression of the synaptogenesis gene Msp300 to control sleep ontogeny. These studies define the molecular cues governing sleep behavioral and circuit development, and suggest sleep disorders may be of neurodevelopmental origin.

Food shortage represents a primary challenge to survival, and animals have adapted diverse developmental, physiological, and behavioral strategies to survive when food becomes unavailable. Starvation resistance is strongly influenced by ecological and evolutionary history, yet the genetic basis for the evolution of starvation resistance remains poorly understood. The fruit fly, Drosophila melanogaster, provides a powerful model for leveraging experimental evolution to investigate traits associated with starvation resistance. While control populations only live a few days without food, selection for starvation resistances results in populations that can survive weeks. We have previously shown that selection for starvation resistance results in increased sleep and reduced feeding in adult flies. Here, we investigate the ontogeny of starvation resistance-associated behavioral and metabolic phenotypes in these experimentally selected flies. We find that selection for starvation resistance results in delayed development and a reduction in metabolic rate in larvae that persists into adulthood, suggesting that these traits may allow for the accumulation of energy stores and an increase in body size within these selected populations. In addition, we find that sleep is largely unaffected by starvation selection and that feeding increases during the late larval stages, suggesting that experimental evolution for starvation resistance produces developmentally specified changes in behavioral regulation. Together, these findings reveal a critical role for development in the evolution of starvation resistance and indicate that selection can selectively influence behavior during defined developmental timepoints.

Insomnia is the most common sleep disorder among adults, especially affecting individuals of advanced age or with neurodegenerative disease. Insomnia is also a common comorbidity across psychiatric disorders. Cognitive Behavioral Therapy for Insomnia (CBT-I) is the first-line treatment for insomnia; a key component of this intervention is restriction of sleep opportunity, which optimizes matching of sleep ability and opportunity, leading to enhanced sleep drive. Despite the well-documented efficacy of CBT-I, little is known regarding how CBT-I works at a cellular and molecular level to improve sleep, due in large part to an absence of experimentally-tractable animals models of this intervention. Here, guided by human behavioral sleep therapies, we developed a Drosophila model for behavioral modification of sleep. We demonstrate that restriction of sleep opportunity through manipulation of environmental cues improves sleep efficiency and quality in multiple short-sleeping Drosophila mutants. The response to sleep opportunity restriction requires ongoing environmental inputs, but is independent of the molecular circadian clock. We apply this sleep opportunity restriction paradigm to aging and Alzheimer's disease fly models, and find that sleep impairments in these models are reversible with sleep restriction, with associated improvement in reproductive fitness and extended lifespan. This work establishes a model to investigate the neurobiological basis of CBT-I, and provides a platform that can be exploited towards novel treatment targets for insomnia.