Social interaction is a core component of motivational behavior that is perturbed across multiple neuropsychiatric disorders, including alcohol use disorder (AUD). Positive social bonds are neuroprotective and enhance recovery from stress, so reduced social interaction in AUD may delay recovery and lead to alcohol relapse. We report that chronic intermittent ethanol (CIE) induces social avoidance in a sex-dependent manner and is associated with hyperactivity of serotonin (5-HT) neurons in the dorsal raphe nucleus (DRN). While 5-HT DRN neurons are generally thought to enhance social behavior, recent evidence suggests that specific 5-HT pathways can be aversive. Using chemogenetic iDISCO, the nucleus accumbens (NAcc) was identified as one of 5 regions that were activated by 5-HT DRN stimulation. We then employed an array of molecular genetic tools in transgenic mice to show that 5-HT DRN inputs to NAcc dynorphin neurons drive social avoidance in male mice after CIE by activating 5-HT 2C receptors. NAcc dynorphin neurons also inhibit dopamine release during social interaction, reducing the motivational drive to engage with social partners. This study reveals that excessive serotonergic drive after chronic alcohol can promote social aversion by inhibiting accumbal dopamine release. Drugs that boost brain serotonin levels may be contraindicated for individuals with AUD.

ABSTRACT Alzheimer’s disease (AD) poses an ever-increasing public health concern as the population ages, affecting more than 6 million Americans. AD patients present with mood and sleep changes in the prodromal stages that may be partly driven by loss of monoaminergic neurons in brainstem, but a causal relationship has not been firmly established. The goal of the present study was to evaluate depressive and anxiety-like behaviors in a mouse model of human tauopathy (htau mice) at 4 and 6 months of age prior to the onset of cognitive impairments and correlate these behavior changes with tau pathology, neuroinflammation, and monoaminergic dysregulation in the DRN and LC. We observed depressive-like behaviors at 4 months of age in male and female htau mice and hyperlocomotion in male htau mice. At 6 months, male htau mice developed anxiety-like behavior in the EZM, whereas hyperlocomotion had resolved by this time point. Depressive-like behaviors in the social interaction test persisted at 6 months but were resolved in the sucrose preference test. There was also a significant reduction in number and density of 5-HT-immunoreactive neurons in the rostral DRN in htau mice at 4 months and 5-HT neuronal density was negatively correlated with the intensity of phosphorylated tau staining in this subregion. Additionally, we found evidence of microglial activation in the mid and caudal DRN and astrocytic activation in the rostral DRN. 5-HT neuronal activity was reduced in the DRN and accompanied by downregulation of Tph2 and Sert , whereas genes that promote neuroinflammation and tau phosphorylation were upregulated. Finally, there was enhanced ptau202/205 staining and microglial activity in the LC of htau mice and reduced TH optical density, although the number and density of TH+ neurons were not altered. In total, these results suggest that tau pathology in the DRN and the resulting loss of serotonergic neurotransmission may drive depressive-like behaviors in the early stages of AD, whereas anxiety-like behaviors develop later and may result from neurodegeneration in other regions.

ABSTRACT Protein aggregation in brainstem nuclei is thought to occur in the early stages of Alzheimer’s disease (AD), but its specific role in driving prodromal symptoms and disease progression is largely unknown. The dorsal raphe nucleus (DRN) contains a large population of serotonin (5-hydroxytryptamine; 5-HT) neurons that regulate mood, reward-related behavior, and sleep, which are all disrupted in AD. We report here that tau pathology is present in the DRN of individuals 54-80 years old without a known history of dementia and was found at higher frequency than α-synuclein and TDP-43. Most AD cases had tau pathology in the DRN (90%), whereas only a subset contained TDP-43 or α-synuclein, but not both (30%). To evaluate how early tau pathology impacts behavior, we overexpressed human P301L-tau in the DRN of mice and observed depressive-like behaviors and hyperactivity without any deficits in spatial memory. Tau pathology was predominantly found in neurons relative to glia and colocalized with a significant proportion of Tph2-expressing neurons in the DRN. 5-HT neurons were also hyperexcitable in P301L-tau DRN mice, and there was an increase in the amplitude of excitatory post-synaptic currents (EPSCs), suggestive of increased glutamatergic transmission. Moreover, astrocytic density was elevated in the DRN and accompanied by an increase in IL-1α and Frk expression, which is indicative of inflammation. Additionally, tau pathology was detected in axonal processes in the thalamus, hypothalamus, amygdala, and caudate putamen and a significant proportion of this tau pathology colocalized with the serotonin reuptake transporter (SERT), suggesting that tau may spread in an anterograde manner to regions outside the DRN. Together these results indicate that tau pathology accumulates in the DRN in a subset of individuals over 50 years and may lead to behavioral dysregulation, 5-HT neuronal dysfunction, and activation of local astrocytes which may be prodromal indicators of AD.