Abstract Brexanolone (allopregnanolone), was recently approved by the FDA for the treatment of post-partum depression, demonstrating long-lasting antidepressant effects. Despite our understanding of the mechanism of action of neurosteroids as positive allosteric modulators (PAMs) of GABA a receptors, we still do not fully understand how allopregnanolone exerts these persistent antidepressant effects. Here, we demonstrate that allopregnanolone and similar synthetic neuroactive steroid analogs, SGE-516 (tool-compound) and zuranolone (SAGE-217, investigational-compound), are capable of modulating oscillatory states across species, which we propose may contribute to long-lasting changes in behavioral states. We identified a critical role for interneurons in generating oscillations in the basolateral amygdala (BLA) and a role for delta-containing GABA a Rs in mediating the ability of neurosteroids to modulate network and behavioral states. Actions of allopregnanolone in the BLA is sufficient to alter behavioral states and enhance BLA high-theta oscillations (6-12Hz) through delta-containing GABA a receptors, a mechanism distinct from other GABA a PAMs, such as benzodiazepines. Moreover, treatment with the allopregnanolone analog SGE-516 induces long-lasting protection from chronic stress-induced disruption of network states, which correlates with improved behavioral outcomes. Our findings demonstrate a novel molecular and cellular mechanism mediating the well-established anxiolytic and antidepressant effects of neuroactive steroids.

Psychiatric disorders, including anxiety and depression, are highly comorbid in people with epilepsy. However, the mechanisms mediating the shared pathophysiology are currently unknown. There is considerable evidence implicating the basolateral amygdala (BLA) in the network communication of anxiety and fear, a process demonstrated to involve parvalbumin-positive (PV) interneurons. The loss of PV interneurons has been well described in the hippocampus of chronically epileptic mice and in postmortem human tissue of patients with temporal lobe epilepsy (TLE). We hypothesize that a loss of PV interneurons in the BLA may contribute to comorbid mood disorders in epilepsy. To test this hypothesis, we employed a ventral intrahippocampal kainic acid (vIHKA) model of chronic epilepsy in mice, which exhibits profound behavioral deficits associated with chronic epilepsy. We demonstrate a loss of PV interneurons and dysfunction of remaining PV interneurons in the BLA of chronically epileptic mice. Further, we demonstrate altered principal neuron function and impaired coordination of BLA network and behavioral states in chronically epileptic mice. To determine whether these altered network and behavioral states were due to the loss of PV interneurons, we ablated a similar percentage of PV interneurons observed in chronically epileptic mice by stereotaxically injecting AAV-Flex-DTA into the BLA of PV-Cre mice. Loss of PV interneurons in the BLA is sufficient to alter behavioral states, inducing deficits in fear learning and recall of fear memories. These data suggest that compromised inhibition in the BLA in chronically epileptic mice contributes to behavioral deficits, suggesting a novel mechanism contributing to comorbid anxiety and epilepsy.Psychiatric illnesses and epilepsy are highly comorbid and negatively impact the quality of life of people with epilepsy. The pathophysiological mechanisms mediating the bidirectional relationship between mood disorders and epilepsy remain unknown and, therefore, treatment options remain inadequate. Here we demonstrate a novel mechanism, involving the loss of PV interneurons in the BLA, leading to a corruption of network and behavioral states in mice. These findings pinpoint a critical node and demonstrate a novel cellular and circuit mechanism involved in the comorbidity of psychiatric illnesses and epilepsy.

γ-Aminobutyric acid (GABA) is the principal inhibitory neurotransmitter in the adult brain which mediates its rapid effects on neuronal excitability via ionotropic GABA A receptors. GABA levels in the brain are critically dependent upon GABA-aminotransferase (GABA-AT) which promotes its degradation. Vigabatrin, a low-affinity GABA-AT inhibitor, exhibits anticonvulsant efficacy, but its use is limited due to cumulative ocular toxicity. OV329 is a rationally designed, next-generation GABA-AT inhibitor with enhanced potency. We demonstrate that sustained exposure to OV329 in mice reduces GABA-AT activity and subsequently elevates GABA levels in the brain. Parallel increases in the efficacy of GABAergic inhibition were evident, together with elevations in electroencephalographic delta power. Consistent with this, OV329 exposure reduced the severity of status epilepticus and the development of benzodiazepine refractory seizures. Thus, OV329 may be of utility in treating seizure disorders and associated pathologies that result from neuronal hyperexcitability.