DREADD not the designer compound Designer receptors exclusively activated by designer drugs (DREADDs) constitute a powerful chemogenetic strategy that can modulate nerve cell activity in freely moving animal preparations. Gomez et al. used radioligand receptor occupancy measurements and in vivo positron emission tomography to show that DREADDs expressed in the brain are not activated by the designer compound CNO (clozapine N -oxide). Instead, they are activated by the CNO metabolite clozapine, a drug with multiple endogenous targets. This may have important implications for the interpretation of results obtained with this popular technology. Science , this issue p. 503

ABSTRACT The lateral septum (LS) is a GABAergic region in the basal forebrain that is implicated in sociability. However, the neural circuits and cell signaling pathways that converge on the LS to mediate social behaviors aren’t well understood. Multiple lines of evidence suggest that brain-derived neurotrophic factor (BDNF) signaling through its receptor TrkB plays important roles in social behavior. While BDNF is not locally produced in LS, we demonstrate that nearly all GABAergic neurons in LS express TrkB. Local knock-down of TrkB expression from LS neurons decreased sociability and reduced recruitment of social novelty-induced neural activity. Since BDNF is not synthesized in LS, we evaluated which inputs to the LS could serve as potential BDNF sources for controlling sociability. By selectively ablating inputs to LS, we demonstrated that inputs from the basolateral amygdala (BLA), but not ventral CA1 (vCA1), regulate sociability. Moreover, depleting BDNF selectively in BLA-LS projection neurons phenocopied the decreased sociability observed following either local LS TrkB knockdown or ablation of BLA-LS inputs. These data support the hypothesis that BLA-LS projection neurons could serve as a critical source of BDNF for activating TrkB signaling in LS neurons to control sociability.

Abstract The lateral septum (LS), a GABAergic structure located in the basal forebrain, is implicated in social behavior, learning and memory. We previously demonstrated that expression of tropomyosin kinase receptor B (TrkB) in LS neurons is required for social novelty recognition. To better understand molecular mechanisms by which TrkB signaling controls behavior, we locally knocked down TrkB in LS and used bulk RNA-sequencing to identify changes in gene expression downstream of TrkB. TrkB knockdown induces upregulation of genes associated with inflammation and immune responses, and downregulation of genes associated with synaptic signaling and plasticity. Next, we generated one of the first atlases of molecular profiles for LS cell types using single nucleus RNA-sequencing (snRNA-seq). We identified markers for the septum broadly, and the LS specifically, as well as for all neuronal cell types. We then investigated whether the differentially expressed genes (DEGs) induced by TrkB knockdown map to specific LS cell types. Enrichment testing identified that downregulated DEGs are broadly expressed across neuronal clusters. Enrichment analyses of these DEGs demonstrated that downregulated genes are uniquely expressed in the LS, and associated with either synaptic plasticity or neurodevelopmental disorders. Upregulated genes are enriched in LS microglia, associated with immune response and inflammation, and linked to both neurodegenerative disease and neuropsychiatric disorders. In addition, many of these genes are implicated in regulating social behaviors. In summary, the findings implicate TrkB signaling in the LS as a critical regulator of gene networks associated with psychiatric disorders that display social deficits, including schizophrenia and autism, and with neurodegenerative diseases, including Alzheimer’s.

Abstract Cocaine binds to the dopamine (DA) transporter (DAT) to regulate cocaine reward and seeking behavior. Zinc (Zn 2+ ) also binds to the DAT, but the in vivo relevance of this interaction is unknown. We found that Zn 2+ concentrations in postmortem brain (caudate) tissue from humans who died of cocaine overdose were significantly lower than in control subjects. Moreover, the level of striatal Zn 2+ content in these subjects negatively correlated with plasma levels of benzoylecgonine, a cocaine metabolite indicative of recent use. In mice, repeated cocaine exposure increased synaptic Zn 2+ concentrations in the caudate putamen (CPu) and nucleus accumbens (NAc). Cocaine-induced increases in Zn 2+ were dependent on the Zn 2+ transporter 3 (ZnT3), a neuronal Zn 2+ transporter localized to synaptic vesicle membranes, as ZnT3 knockout (KO) mice were insensitive to cocaine-induced increases in striatal Zn 2+ . ZnT3 KO mice showed significantly lower electrically-evoked DA release and greater DA clearance when exposed to cocaine compared to controls. ZnT3 KO mice also displayed significant reductions in cocaine locomotor sensitization, conditioned place preference (CPP), self-administration, and reinstatement compared to control mice and were insensitive to cocaine-induced increases in striatal DAT binding. Finally, dietary Zn 2+ deficiency in mice resulted in decreased striatal Zn 2+ content, cocaine locomotor sensitization, CPP, and striatal DAT binding. These results indicate that cocaine increases synaptic Zn 2+ release and turnover/metabolism in the striatum, and that synaptically-released Zn 2+ potentiates the effects of cocaine on striatal DA neurotransmission and behavior and is required for cocaine-primed reinstatement. In sum, these findings reveal new insights into cocaine’s pharmacological mechanism of action and suggest that Zn 2+ may serve as an environmentally-derived regulator of DA neurotransmission, cocaine pharmacodynamics, and vulnerability to cocaine use disorders.