Aging is considered to be associated with progressive changes in the brain and its associated sensory, motor, and cognitive functions. A large number of studies comparing young and aged animals have reported differences in various behaviors between age-cohorts, indicating behavioral dysfunctions related to aging. However, relatively little is known about behavioral changes from young adulthood to middle age, and the effect of age on behavior during the early stages of life remains to be understood. In order to investigate age-related changes in the behaviors of mice from young adulthood to middle age, we performed a large-scale analysis of the behavioral data obtained from our behavioral test battery involving 1739 C57BL/6J wild-type mice at 2-12 months of age.Significant behavioral differences between age groups (2-3-, 4-5-, 6-7-, and 8-12-month-old groups) were found in all the behavioral tests, including the light/dark transition, open field, elevated plus maze, rotarod, social interaction, prepulse inhibition, Porsolt forced swim, tail suspension, Barnes maze, and fear conditioning tests, except for the hot plate test. Compared with the 2-3-month-old group, the 4-5- and 6-7-month-old groups exhibited decreased locomotor activity to novel environments, motor function, acoustic startle response, social behavior, and depression-related behavior, increased prepulse inhibition, and deficits in spatial and cued fear memory. For most behaviors, the 8-12-month-old group showed similar but more pronounced changes in most of these behaviors compared with the younger age groups. Older groups exhibited increased anxiety-like behavior in the light/dark transition test whereas those groups showed seemingly decreased anxiety-like behavior measured by the elevated plus maze test.The large-scale analysis of behavioral data from our battery of behavioral tests indicated age-related changes in a wide range of behaviors from young adulthood to middle age in C57BL/6J mice, though these results might have been influenced by possible confounding factors such as the time of day at testing and prior test experience. Our results also indicate that relatively narrow age differences can produce significant behavioral differences during adulthood in mice. These findings provide an insight into our understanding of the neurobiological processes underlying brain function and behavior that are subject to age-related changes in early to middle life. The findings also indicate that age is one of the critical factors to be carefully considered when designing behavioral tests and interpreting behavioral differences that might be induced by experimental manipulations.

Increased levels of lactate, an end-product of glycolysis, have been proposed as a potential surrogate marker for metabolic changes during neuronal excitation. These changes in lactate levels can result in decreased brain pH, which has been implicated in patients with various neuropsychiatric disorders. We previously demonstrated that such alterations are commonly observed in five mouse models of schizophrenia, bipolar disorder, and autism, suggesting a shared endophenotype among these disorders rather than mere artifacts due to medications or agonal state. However, there is still limited research on this phenomenon in animal models, leaving its generality across other disease animal models uncertain. Moreover, the association between changes in brain lactate levels and specific behavioral abnormalities remains unclear. To address these gaps, the International Brain pH Project Consortium investigated brain pH and lactate levels in 109 strains/conditions of 2,294 animals with genetic and other experimental manipulations relevant to neuropsychiatric disorders. Systematic analysis revealed that decreased brain pH and increased lactate levels were common features observed in multiple models of depression, epilepsy, Alzheimer's disease, and some additional schizophrenia models. While certain autism models also exhibited decreased pH and increased lactate levels, others showed the opposite pattern, potentially reflecting subpopulations within the autism spectrum. Furthermore, utilizing large-scale behavioral test battery, a multivariate cross-validated prediction analysis demonstrated that poor working memory performance was predominantly associated with increased brain lactate levels. Importantly, this association was confirmed in an independent cohort of animal models. Collectively, these findings suggest that altered brain pH and lactate levels, which could be attributed to dysregulated excitation/inhibition balance, may serve as transdiagnostic endophenotypes of debilitating neuropsychiatric disorders characterized by cognitive impairment, irrespective of their beneficial or detrimental nature.

Abstract The human vesicular monoamine transporter 1 ( VMAT1 ) harbors unique substitutions (Asn136Thr/Ile) that affect monoamine uptake into synaptic vesicles. These substitutions are absent in all known mammals, suggesting their contributions to distinct aspects of human behavior modulated by monoaminergic transmission, such as emotion and cognition. To directly test the impact of these human-specific mutations, we introduced the humanized residues into mouse Vmat1 via CRISPR/Cas9-mediated genome editing and examined changes at the behavioral, neurophysiological and molecular levels. Behavioral tests revealed reduced anxiety-related traits of Vmat1 Ile mice, consistent with human studies, and electrophysiological recordings showed altered oscillatory activity in the amygdala under anxiogenic conditions. Transcriptome analyses further identified amygdala-specific changes in the expression of genes involved in neurodevelopment and emotional regulation, which may corroborate the observed phenotypes. This knock-in mouse model hence provides compelling evidence that the mutations affecting monoaminergic signaling and amygdala circuits have contributed to the evolution of human socio-emotional behaviors.

Genome stability is essential for brain development and function. However, the contribution of DNA repair to genome stability in neurons remains elusive. Here, we demonstrate that the base excision repair protein Polβ is involved in hippocampal neuronal differentiation via a TET-mediated active DNA demethylation during early postnatal stages. Polβ deficiency induced extensive DNA double-strand breaks (DSBs) in hippocampal neurons, and a lesser extent in cortical neurons, during a period in which decreased levels of 5-methylcytosine were observed in genomic DNA. Inhibition of the hydroxylation of 5-methylcytosine by microRNAs miR29a/b-1 expression diminished DSB formation. Conversely, its induction by TET1 overexpression increased DSBs. The damaged hippocampal neurons exhibited aberrant neuronal gene expression profiles and dendrite formation. Behavioral analyses revealed impaired spatial learning and memory in adulthood. Thus, Polβ maintains genome stability in the active DNA demethylation that occurs during postnatal neuronal development, thereby contributing to differentiation and subsequent behavior.