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.

Abstract Although most adults in the United States will drink alcohol in their life, only about 6% will go on to develop an alcohol use disorder (AUD). While a great deal of work has furthered our understanding of the cycle of addiction, it remains unclear why certain people transition to disordered drinking. Altered activity in regions implicated in AUDs, like the basolateral amygdala (BLA), has been suggested to play a role in the pathophysiology of AUDs, but how these networks contribute to alcohol misuse remains unclear. Our recent work demonstrated that alcohol can modulate BLA network states and that GABAergic parvalbumin (PV) interneurons are crucial modulators of network activity in the BLA. Further, our lab has demonstrated that δ subunit-containing GABA A receptors, which are modulated by alcohol, are highly expressed on PV interneurons in the BLA. These receptors on PV interneurons have also been shown to influence alcohol intake in a voluntary binge drinking paradigm and anxiety-like behavior in withdrawal. Therefore, we hypothesized that alcohol may impact BLA network states via δ subunit-containing GABA A receptors on PV interneurons to impact the extent of alcohol use. To test this hypothesis, we measured the impact of acute alcohol exposure on oscillatory states in the basolateral amygdala and then assessed the relationship to the extent of voluntary ethanol consumption in the Intermittent Access, Drinking-in-the-Dark-Multiple Scheduled Access, and Chronic Intermittent Ethanol exposure paradigms. Remarkably, we demonstrate that the average alcohol intake negatively correlates with δ subunit-containing GABA A receptor expression on PV interneurons and gamma power in the BLA after the first exposure to alcohol. These data implicate δ subunit-containing GABA A receptor expression on PV interneurons in the BLA in voluntary alcohol intake and suggest that BLA network states may serve as a useful biomarker for those at risk for alcohol misuse. Significance Statement Oscillatory states in the BLA have been demonstrated to drive behavioral states involved in emotional processing, including negative valence processing. Given that negative emotional states/hyperkatifeia contribute to the cycle of AUDs, our previous work demonstrating the ability of alcohol to modulate BLA network states and thereby behavioral states suggests that this mechanism may influence alcohol intake. Here we demonstrate a relationship between the ability of alcohol to modulate oscillations in the BLA and future alcohol intake such that the extent to which alcohol influences BLA network states predict the extent of future voluntary alcohol intake. These findings suggest that individual variability in the sensitivity of the BLA network to alcohol influences voluntary alcohol consumption.

Anxiety disorders are the most prevalent mental health disorder worldwide, with a lifetime prevalence of 5-7% of the human population. Although the etiology of anxiety disorders is incompletely understood, one aspect of host health that affects anxiety disorders is the gut-brain axis. We used a mouse model of gastrointestinal (GI) colonization to demonstrate that the commensal fungus Candida albicans affects host health via the gut-brain axis. In mice, bacterial members of the gut microbiota can influence the host gut-brain axis, affecting anxiety-like behavior and the hypothalamus-pituitary-adrenal (HPA) axis which produces the stress hormone corticosterone (CORT). Here we showed that mice colonized with C. albicans demonstrated increased anxiety-like behavior and increased basal production of CORT as well as dysregulation of CORT production following acute stress. The HPA axis and anxiety-like behavior are negatively regulated by the endocannabinoid anandamide (AEA). C. albicans-colonized mice exhibited systemic changes in the endocannabinoidome, within the GI tract and the brain, and showed a negative correlation between brain AEA levels and serum CORT. Further, increasing AEA levels using the well-characterized fatty acid amide hydrolase (FAAH) inhibitor URB597 was sufficient to reverse both neuroendocrine phenotypes in C. albicans-colonized mice. Thus, a commensal fungus that is a common colonizer of humans had widespread effects on the physiology of its host. To our knowledge, this is the first report of microbial manipulation of the endocannabinoid (eCB) system that resulted in neuroendocrine changes contributing to anxiety-like behavior.