Abstract Obesity is primarily a consequence of consuming calories beyond energetic requirements, but underpinning drivers have not been fully defined. 5-Hydroxytryptamine (5-HT) neurons in the dorsal Raphe nucleus (5-HT DRN ) regulate different types of feeding behavior, such as eating to cope with hunger or for pleasure. Here, we observed that activation of 5-HT DRN to hypothalamic arcuate nucleus (5-HT DRN → ARH) projections inhibits food intake driven by hunger via actions at ARH 5-HT 2C and 5-HT 1B receptors, whereas activation of 5-HT DRN to ventral tegmental area (5-HT DRN → VTA) projections inhibits non-hunger-driven feeding via actions at 5-HT 2C receptors. Further, hunger-driven feeding gradually activates ARH-projecting 5-HT DRN neurons via inhibiting their responsiveness to inhibitory GABAergic inputs; non-hunger-driven feeding activates VTA-projecting 5-HT DRN neurons through reducing a potassium outward current. Thus, our results support a model whereby parallel circuits modulate feeding behavior either in response to hunger or to hunger-independent cues.

Free-feeding animals navigate complex nutritional landscapes in which food availability, cost, and nutritional value can vary markedly. Animals have thus developed neural mechanisms that enable the detection of nutrient restriction, and these mechanisms engage adaptive physiological and behavioral responses that limit or reverse this nutrient restriction. This review focuses specifically on dietary protein as an essential and independently defended nutrient. Adequate protein intake is required for life, and ample evidence exists to support an active defense of protein that involves behavioral changes in food intake, food preference, and food motivation, likely mediated by neural changes that increase the reward value of protein foods. Available evidence also suggests that the circulating hormone fibroblast growth factor 21 (FGF21) acts in the brain to coordinate these adaptive changes in food intake, making it a unique endocrine signal that drives changes in macronutrient preference in the context of protein restriction.

Abstract Dietary protein restriction induces adaptive changes in food preference, increasing protein consumption over carbohydrates or fat. We investigated whether motivation and reward signaling underpin these preferences. In an operant task, protein-restricted male mice increased their responding for liquid protein rewards, but not carbohydrate, fat, or sweet rewards. The protein restriction-induced increase in operant responding for protein was absent in Fgf21 -KO mice and mice with neuron-specific deletion of the FGF21 co-receptor beta-Klotho ( Klb Cam2ka ) mice. Fiber photometry recording of VTA dopamine neurons revealed that oral delivery of maltodextrin triggered a larger activation of dopamine neurons as compared to casein in control-fed mice, while casein produced a larger response in protein-restricted mice. This restriction-induced shift in nutrient-specific dopamine signaling was lost in Fgf21 -KO mice. These data demonstrate that FGF21 acts in the brain to induce a protein-specific appetite by specifically enhancing the reward value of protein-containing foods and the motivation to consume them.

Summary The ovarian hormone estrogens promote binge alcohol drinking and contribute to sex differences in alcohol use disorder. However, the mechanisms for estrogen-induced binge drinking are largely unknown. This study aims to test if estrogens act on 5-hydroxytryptamine neurons in the dorsal raphe nucleus (5-HT DRN ) to promote binge drinking. We used the drinking in the dark (DID) behavioral test in mice to mimic binge drinking in humans. We found that female mice drank more alcohol than male mice in chronic DID tests. This sex difference was associated with distinct alterations in mRNA expression of estrogen receptor α (ERα) and 5-HT-related genes in the DRN, suggesting a potential role of estrogen/ERs/5-HT signaling in binge alcohol drinking. In supporting this view, 5-HT DRN neurons from naïve male mice had lower baseline neuronal firing activity but higher sensitivity to alcohol-induced excitation compared to 5-HT DRN neurons from naïve female mice. Notably, this higher sensitivity was blunted by 17β-estradiol treatment in males, indicating an estrogen-dependent mechanism. We further showed that both ERα and ERβ are expressed in 5-HT DRN neurons, whereas ERα agonist propyl pyrazole triol (PPT) depolarizes 5-HT DRN neurons and ERβ agonist diarylpropionitrile (DPN) hyperpolarizes 5-HT DRN neurons. Notably, both PPT and DPN treatments blocked the stimulatory effects of alcohol on 5-HT DRN neurons in males, despite the fact that they have antagonistic effects on the activity dynamics of 5-HT DRN neurons. These results suggest that ERs’ inhibitory effects on ethanol-induced burst firing of 5-HT DRN neurons may contribute to higher levels of binge drinking in females. Consistently, chemogenetic activation of ERα- or ERβ-expressing neurons in the DRN reduced binge alcohol drinking. These results support a model in which estrogens act on ERα/β to prevent alcohol-induced activation of 5-HT DRN neurons, which in return leads to higher binge alcohol drinking.

Dietary protein restriction induces adaptive changes in food preference, increasing protein consumption over carbohydrates or fat. We investigated whether motivation and reward signaling underpin these preferences. In an operant task, protein-restricted male mice responded more for liquid protein rewards, but not carbohydrate, fat, or sweet rewards compared to non-restricted mice. When the number of responses required to access protein reward varied, protein-restricted mice exhibited higher operant responses at moderate to high response requirements. The protein restriction-induced increase in operant responding for protein was absent in Fgf21-KO mice and mice with neuron-specific deletion of the FGF21 co-receptor beta-Klotho (Klb

SUMMARY Excitotoxicity caused by NMDA receptors (NMDARs) is a major cause of neuronal death in ischemic stroke. However, past efforts of directly targeting NMDARs have unfortunately failed in clinical ischemic stroke trials. Here we reveal an unexpected mechanism underlying NMDARs-mediated neurotoxicity, which leads to identification of a novel target and development of an effective therapeutic peptide for ischemic stroke. We show that NMDAR’s excitotoxicity upon ischemic insults is mediated by physical and functional coupling to TRPM2. The physical interaction of TRPM2 with NMDARs results in markedly increase in the surface expression of NMDARs, leading to enhanced NMDAR function and increased neuronal death. We identified a specific NMDAR-interacting domain on TRPM2, and developed a cell-permeable peptide to uncouple TRPM2-NMDARs. The disrupting-peptide protects neurons against ischemic injury in vitro and protects mice against ischemic stroke in vivo . These findings provide an unconventional strategy to eliminate excitotoxic neuronal death without directly targeting NMDARs. HIGHLIGHTS TRPM2 physically and functionally interacts with NMDARs Interaction of TRPM2 with NMDARs exacerbates NMDAR’s extrasynaptic excitotoxicity by increasing NMDAR’s surface expression during ischemic injury TRPM2 recruits PKCγ to the interacting complexes to increase NMDAR’s surface expression Uncoupling the interaction between TRPM2 and NMDARs with a disrupting peptide (TAT-EE 3 ) protects neurons against ischemic stroke in vitro and in vivo GRAPHIC ABSTRACT TRPM2 excerbates NMDAR’s excitotoxicity by physically and functionally interacting with NMDARs. The disrupting pipette TAT-EE 3 protects neurons against ischemic injury in vitro and in vivo .

Thermogenic beige adipocytes are recognized as potential therapeutic targets for combating metabolic diseases. However, the metabolic advantages that they offer are compromised with aging. Here we show that treating mice with estrogen (E2), a hormone that decreases with age, can counteract the age-related decline in beige adipogenesis when exposed to cold temperature while concurrently enhancing energy expenditure and improving glucose tolerance in mice. Mechanistically, we found that nicotinamide phosphoribosyl transferase (NAMPT) plays a pivotal role in facilitating the formation of E2-induced beige adipocytes, which subsequently suppresses the onset of age-related endoplasmic reticulum (ER) stress. Furthermore, we found that targeting NAMPT signaling, either genetically or pharmacologically, can restore the formation of beige adipocytes by increasing the number of perivascular adipocyte progenitor cells. Conversely, the absence of NAMPT signaling prevents this process. Together, our findings shed light on the mechanisms regulating the age-dependent impairment of beige adipocyte formation and underscore the E2-NAMPT-controlled ER stress pathway as a key regulator of this process. Thermogenic beige adipose tissue can enhance energy expenditure and improve metabolism, but its formation declines with age. Park, Hu et al. show that replenishing estrogen can restore cold-induced beige adipogenesis by regulating NAMPT-controlled ER stress.

Oxysterols are metabolites of cholesterol that regulate cholesterol homeostasis. Among these, the most abundant oxysterol is 27-hydroxycholesterol (27HC), which can cross the blood-brain barrier. Because 27HC functions as an endogenous selective estrogen receptor modulator, we hypothesize that 27HC binds to the estrogen receptor α (ERα) in the brain to regulate energy balance. Supporting this view, we found that delivering 27HC to the brain reduced food intake and activated proopiomelanocortin (POMC) neurons in the arcuate nucleus of the hypothalamus (POMC ARH ) in an ERα-dependent manner. In addition, we observed that inhibiting brain ERα, deleting ERα in POMC neurons, or chemogenetic inhibition of POMC ARH neurons blocked the anorexigenic effects of 27HC. Mechanistically, we further revealed that 27HC stimulates POMC ARH neurons by inhibiting the small conductance of the calcium-activated potassium (SK) channel. Together, our findings suggest that 27HC, through its interaction with ERα and modulation of the SK channel, inhibits food intake as a negative feedback mechanism against a surge in circulating cholesterol.