Abstract Chronic stress is a major risk factor for psychiatric illnesses, including depression; however, the pathophysiological mechanisms whereby stress leads to mood disorders remain unclear. The recent FDA approval of antidepressants with novel mechanisms of action, like Zulresso®, a synthetic neuroactive steroid analog with molecular pharmacology similar to allopregnanolone, has spurred interest in new therapeutic targets and, potentially, novel pathophysiological mechanisms for depression. Allopregnanolone acts as a positive allosteric modulator of GABA A receptors (GABA A RS), acting preferentially at δ subunit-containing receptors (δ-GABA A RS). Accumulating clinical and preclinical evidence supports the antidepressant effects of exogenous administration of allopregnanolone and allopregnanolone analogs; however, the role of endogenous neurosteroids in the pathophysiology of depression remains unknown. Here, we examine whether altered neurosteroid signaling may contribute to behavioral deficits following chronic unpredictable stress (CUS) in mice. We first identified reductions in expression of δ-GABA A Rs, the predominant site of action of 5a-reduced neuroactive steroids, following CUS. Additionally, utilizing LC-MS/MS we discovered a decrease in levels of allopregnanolone in the BLA, but not plasma of mice following CUS, an indication of impaired neurosteroid synthesis. CRISPR knockdown the rate-limiting enzymes involved in allopregnanolone synthesis, 5α-reductase type 1 and 2, in the BLA mimicked the behavioral deficits associated with CUS in mice. Furthermore, overexpression expression of 5α-reductase type 1 and 2 in the BLA improved behavioral outcomes. Collectively, this suggests chronic stress impairs endogenous neurosteroid signaling in the BLA which is sufficient to induce behavioral deficits similar to those observed following CUS. Further, these studies suggest that the therapeutic efficacy of allopregnanolone-based treatments may be due to their ability to directly target the underlying pathophysiology of mood disorders. Therefore, targeting endogenous neurosteroidogenesis may offer a novel therapeutic strategy for the treatment of mood disorders.

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.

Sign-tracking behavior, in which animals interact with a cue that predicts reward, provides an example of how incentive salience can be attributed to cues and elicit motivation. The nucleus accumbens (NAc) and ventral pallidum (VP) are two regions involved in cue-driven motivation. The VP, and subregions of the NAc including the medial shell and core, are critical for sign-tracking, and connections between the medial shell and VP are known to participate in sign-tracking and other motivated behaviors. The NAc lateral shell (NAcLSh) is a distinct and understudied subdivision of the NAc, and its contribution to the process by which reward cues acquire value remains unclear. The NAcLSh has been implicated in reward-directed behavior, and has reciprocal connections with the VP, suggesting that NAcLSh and VP interactions could be important mechanisms for incentive salience. Here, we use DREADDs (Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs) and an intersectional viral delivery strategy to produce a biased inhibition of NAcLSh neurons projecting to the VP, and vice versa. We find that disruption of connections from NAcLSh to VP reduces sign-tracking behavior while not affecting consumption of food rewards. In contrast, VP to NAcLSh disruption affected neither sign-tracking nor reward consumption, but did produce a greater shift in animals' behavior more towards the reward source when it was available. These findings indicate that the NAcLSh → VP pathway plays an important role in guiding animals towards reward cues, while VP → NAcLSh back-projections may not and may instead bias motivated behavior towards rewards.

Abstract About 85% of adults in the United States report drinking alcohol in their lifetime. Mood disorders, like generalized anxiety disorder and major depression, are highly comorbid with alcohol use. The basolateral amygdala (BLA) is an area of the brain that is heavily implicated in both mood disorders and alcohol use disorder. Importantly, modulation of BLA network/oscillatory states via parvalbumin-positive (PV) GABAergic interneurons has been shown to control the behavioral expression of fear and anxiety. Further, PV interneurons express a high density of δ-subunit-containing GABA A receptors (GABA A Rs), which are sensitive to low concentrations of alcohol. Our lab previously demonstrated that δ-subunit-containing GABA A Rs on PV interneurons in the BLA influence voluntary ethanol intake and anxiety-like behavior in withdrawal. Therefore, we hypothesized that the effects of alcohol may modulate BLA network states that have been associated with fear and anxiety behaviors via δ-GABA A Rs on PV interneurons in the BLA. Given the impact of ovarian hormones on the expression of δ-GABA A Rs, we examined the ability of alcohol to modulate local field potentials (LFPs) in the BLA from male and female C57BL/6J and Gabrd -/- mice after acute and repeated exposure to alcohol. Here, we demonstrate that acute and repeated alcohol can differentially modulate oscillatory states in male and female C57BL/6J mice, a process which involves δ-GABA A Rs. This is the first study to demonstrate that alcohol is capable of altering network states implicated in both anxiety and alcohol use disorders. Significance Statement Alcohol use disorder and mood disorders are highly comorbid. The basolateral amygdala (BLA) is implicated in both of these disorders, but the mechanisms contributing to their shared pathophysiology remain uncertain. Here we demonstrate that acute and repeated alcohol exposure can alter network oscillations in the BLA which control the behavioral expression of fear and anxiety. These data suggest that alcohol may directly influence network states associated with mood. Further, we demonstrate sex differences in alcohol’s ability to modulate BLA network states, an effect involving δ-GABA A receptors, which may contribute to sex differences in alcohol intake and comorbid mood disorders. These data potentially point to a novel mechanism mediating the effects of alcohol on affective states.

Abstract Animals organize reward seeking around aversive events. An abundance of research shows that foot shock, as well as a shock-associated cue, can elicit freezing and suppress reward seeking. Yet, there is evidence that experience can flip the effect of foot shock to facilitate reward seeking. Here we examine cue suppression, foot shock suppression and foot shock facilitation of reward seeking in a single behavioural setting. Male Long Evans rats received fear discrimination consisting of danger, uncertainty and safety cues. Discrimination took place over a baseline of rewarded nose poking. With limited experience, all cues and foot shock strongly suppressed reward seeking. With continued experience, suppression became specific to shock-associated cues and foot shock facilitated reward seeking. Our results provide a means of assessing positive properties of foot shock, and may provide insight into maladaptive behavior around aversive events.