Stress early in life can have a major impact on brain development, and there is increasing evidence that childhood stress confers vulnerability for later developing psychiatric disorders. In particular, during peri-adolescence, brain regions crucial for emotional regulation, such as the prefrontal cortex (PFC), amygdala (AMY) and hippocampus (HPC), are still developing and are highly sensitive to stress. Changes in myelin levels have been implicated in mental illnesses and stress effects on myelin and oligodendrocytes (OLs) are beginning to be explored as a novel and underappreciated mechanism underlying psychopathologies. Yet there is little research on the effects of acute stress on myelin during peri-adolescence, and even less work exploring sex-differences. Here, we used a rodent model to test the hypothesis that exposure to acute traumatic stress as a juvenile would induce changes in OLs and myelin content across limbic brain regions. Male and female juvenile rats underwent three hours of restraint stress with exposure to a predator odor on postnatal day (p) 28. Acute stress induced a physiological response, increasing corticosterone release and reducing weight gain in stress-exposed animals. Brain sections containing the PFC, AMY and HPC were taken either in adolescence (p40), or in adulthood (p95) and stained for markers of OLs and myelin. We found that acute stress induced sex-specific changes in grey matter (GM) myelination and OLs in both the short- and long-term. Exposure to a single stressor as a juvenile increased GM myelin content in the AMY and HPC in p40 males, compared to the respective control group. At p40, corticosterone release during stress exposure was also positively correlated with GM myelin content in the AMY of male rats. Single exposure to juvenile stress also led to long-term effects exclusively in female rats. Compared to controls, stress-exposed females showed reduced GM myelin content in all three brain regions. Acute stress exposure decreased PFC and HPC OL density in p40 females, perhaps contributing towards this observed long-term decrease in myelin content. Overall, our findings suggest that the juvenile brain is vulnerable to exposure to a brief severe stressor. Exposure to a single short traumatic event during peri-adolescence produces long-lasting changes in GM myelin content in the adult brain of female, but not male, rats. These findings highlight myelin plasticity as a potential contributor to sex-specific sensitivity to perturbation during a critical window of development.

Abstract Individual reactions to traumatic stress vary dramatically, yet the biological basis of this variation remains poorly understood. Recent studies demonstrate the surprising plasticity of oligodendrocytes and myelin with stress and experience, providing a potential mechanism by which trauma induces aberrant structural and functional changes in the adult brain. In this study, we utilized a translational approach to test the hypothesis that gray matter myelin contributes to traumatic-stress-induced behavioral variation in both rats and humans. We exposed adult, male rats to a single, severe stressor and used a multimodal approach to characterize avoidance, startle, and fear-learning behavior, as well as oligodendrocyte and myelin content in multiple brain areas. We found that oligodendrocyte cell density and myelin content were correlated with behavioral outcomes in a region-specific manner. Specifically, stress-induced avoidance positively correlated with hippocampal dentate gyrus oligodendrocytes and myelin. Viral overexpression of the oligodendrogenic factor Olig1 in the dentate gyrus was sufficient to induce an anxiety-like behavioral phenotype. In contrast, contextual fear learning positively correlated with myelin in the amygdala and spatial processing regions of the hippocampus. In a group of trauma-exposed US veterans, T1-/T2-weighted magnetic resonance imaging estimates of hippocampal and amygdala myelin associated with symptom profiles in a region-specific manner that mirrored the findings in rats. These results demonstrate a species- independent relationship between region-specific, gray matter oligodendrocytes and myelin and differential behavioral phenotypes following traumatic stress exposure. This study suggests a novel mechanism for brain plasticity that underlies individual variance in sensitivity to traumatic stress.

Summary Prosocial behavior, in particular helping others in need, occurs preferentially in response to the perceived distress of one’s own group members, or ingroup. The development of neural mechanisms underlying social selectivity towards ingroup members are not well established. Here, we used a rat helping behavior test to explore the development and neural basis of ingroup bias for prosocial behavior in adolescent rats. We previously found that adult rats selectively help others from their own social group, and that this selectivity is associated with activation in reward and motivation circuits. Surprisingly, we found that adolescent rats helped both ingroup and outgroup members, evidence suggesting that ingroup bias emerges in adulthood. Analysis of brain-wide neural activity, indexed by expression of the early-immediate gene c-Fos, revealed increased activity for ingroup members across a broad set of regions, which was congruent for adults and adolescents. However, adolescents showed reduced hippocampal and insular activity, and increased orbitofrontal cortex activity compared to adults. Adolescent rats who did not help trapped others also demonstrated increased amygdala connectivity. Together, these findings demonstrate that biases for group-dependent prosocial behavior develop with age in rats and suggest that specific brain regions contribute to this prosocial selectivity, overall pointing to possible targets for the functional modulation of ingroup bias. One Sentence Summary Prosocial selectivity increases with age in parallel with hippocampal and insular activation, providing insight into the neural classification of group membership.