ABSTRACT Circulating glucose regulates organismal energy homeostasis and is tightly controlled in response to feeding behavior. In overweight individuals, glucose homeostasis is often perturbed due to resistance to normal satiety signals, such as insulin and leptin, leading to type 2 diabetes and its attendant complications. An emerging dietary intervention, time-restricted feeding (TRF), aims to ameliorate the adverse metabolic consequences of obesity, however, its effectiveness on glucose control is uncertain. Here, we demonstrate that TRF is only transiently effective in reducing pre-meal serum glucose levels in obese mice lacking leptin. However, in Ob/Ob mice that also lack a gene known to suppress behavior associated with TRF, the p75 neurotrophin receptor (p75NTR), a sustained reduction of glucose levels is observed. These results suggest that the effectiveness of TRF on glycemic control can be enhanced with concurrent targeting of modulators of glucose homeostasis and TRF response.

Abstract Salient cues, such as the rising sun or the availability of food, play a crucial role in entraining biological clocks, allowing for effective behavioral adaptation and ultimately, survival. While the light-dependent entrainment of the central circadian pacemaker (suprachiasmatic nucleus, SCN) is relatively well defined, the molecular and neural mechanisms underlying entrainment associated with food availability remains elusive. Using single nucleus RNA sequencing during scheduled feeding (SF), we identified a leptin receptor (LepR) expressing neuron population in the dorsomedial hypothalamus (DMH) that upregulates circadian entrainment genes and exhibits rhythmic calcium activity prior to an anticipated meal. We found that disrupting DMH LepR neuron activity had a profound impact on both molecular and behavioral food entrainment. Specifically, silencing DMH LepR neurons, mis-timed exogenous leptin administration, or mis-timed chemogenetic stimulation of these neurons all interfered with the development of food entrainment. In a state of energy abundance, repetitive activation of DMH LepR neurons led to the partitioning of a secondary bout of circadian locomotor activity that was in phase with the stimulation and dependent on an intact SCN. Lastly, we discovered that a subpopulation of DMH LepR neurons project to the SCN with the capacity to influence the phase of the circadian clock. This leptin regulated circuit serves as a point of integration between the metabolic and circadian systems, facilitating the anticipation of meal times.