Fragile X syndrome, the most commonly known genetic cause of autism, is due to loss of the fragile X mental retardation protein, which regulates signal transduction at metabotropic glutamate receptor-5 in the brain. Fragile X mental retardation protein deletion in mice enhances metabotropic glutamate receptor-5-dependent long-term depression in the hippocampus and cerebellum. Here we show that a distinct type of metabotropic glutamate receptor-5-dependent long-term depression at excitatory synapses of the ventral striatum and prefrontal cortex, which is mediated by the endocannabinoid 2-arachidonoyl-sn-glycerol, is absent in fragile X mental retardation protein-null mice. In these mutants, the macromolecular complex that links metabotropic glutamate receptor-5 to the 2-arachidonoyl-sn-glycerol-producing enzyme, diacylglycerol lipase-α (endocannabinoid signalosome), is disrupted and metabotropic glutamate receptor-5-dependent 2-arachidonoyl-sn-glycerol formation is compromised. These changes are accompanied by impaired endocannabinoid-dependent long-term depression. Pharmacological enhancement of 2-arachidonoyl-sn-glycerol signalling normalizes this synaptic defect and corrects behavioural abnormalities in fragile X mental retardation protein-deficient mice. The results identify the endocannabinoid signalosome as a molecular substrate for fragile X syndrome, which might be targeted by therapy. Fragile X syndrome is a major genetic cause of autism and is caused by loss of the fragile X mental retardation protein. In a mouse model of fragile X syndrome, Junget al. show that an absence of neuronal endocannabinoid signalling is responsible for the neurophysiological and behavioural defects.

The endocannabinoid system plays an important role in the intake of palatable food. For example, endocannabinoid signaling in the upper small-intestinal epithelium is increased (i) in rats after tasting dietary fats, which promotes intake of fats, and (ii) in a mouse model of diet-induced obesity, which promotes overeating via impaired nutrient-induced gut–brain satiation signaling. We now utilized a combination of genetic, pharmacological, and behavioral approaches to identify roles for cannabinoid CB1Rs in upper small-intestinal epithelium in preferences for a western-style diet (WD, high-fat/sucrose) versus a standard rodent diet (SD, low-fat/no sucrose). Mice were maintained on SD in automated feeding chambers. During testing, mice were given simultaneous access to SD and WD, and intakes were recorded. Mice displayed large preferences for the WD, which were inhibited by systemic pretreatment with the cannabinoid CB1R antagonist/inverse agonist, AM251, for up to 3 h. We next used our novel intestinal epithelium-specific conditional cannabinoid CB1R-deficient mice (IntCB1−/−) to investigate if intestinal CB1Rs are necessary for WD preferences. Similar to AM251 treatment, preferences for WD were largely absent in IntCB1−/− mice when compared to control mice for up to 6 h. Together, these data suggest that CB1Rs in the murine intestinal epithelium are required for acute WD preferences.

The endocannabinoid system is expressed in cells throughout the body and controls a variety of physiological and pathophysiological functions. We describe robust and reproducible UPLC-MS/MS-based methods for analyzing metabolism of the endocannabinoids, 2-arachidonoyl- sn -glycerol and arachidonoyl ethanolamide, and related monoacylglycerols (MAGs) and fatty acid ethanolamides (FAEs), respectively, in mouse mucosal tissues (i.e., intestine and lung). These methods are optimized for analysis of activity of the MAG biosynthetic enzyme, diacylglycerol lipase (DGL), and MAG degradative enzymes, monoacylglycerol lipase (MGL) and alpha/beta hydrolase domain containing-6 (ABHD6). Moreover, we describe a novel UPLC-MS/MS-based method for analyzing activity of the FAE degradative enzyme, fatty acid amide hydrolase (FAAH), that does not require use of radioactive substrates. In addition, we describe in vivo pharmacological methods to inhibit MAG biosynthesis selectively in the mouse small-intestinal epithelium. These methods will be useful for profiling endocannabinoid metabolism in rodent mucosal tissues in health and disease.

One of cannabis' most iconic effects is the stimulation of hedonic high-calorie eating—the "munchies"—yet habitual cannabis users are, on average, leaner than non-users. We asked whether this phenotype might result from lasting changes in energy balance established during adolescence, when use of the drug often begins. We found that daily low-dose administration of cannabis' intoxicating constituent, Δ9-tetrahydrocannabinol (THC), to adolescent male mice causes an adult metabolic phenotype characterized by reduced fat mass, increased lean mass and utilization of fat as fuel, partial resistance to diet-induced obesity and dyslipidemia, enhanced thermogenesis, and impaired cold- and β-adrenergic receptor-stimulated lipolysis. Further analyses revealed that this phenotype is associated with molecular anomalies in the adipose organ, including ectopic overexpression of muscle-associated proteins and heightened anabolic processing. Thus, adolescent exposure to THC may promote an enduring "pseudo-lean" state that superficially resembles healthy leanness but might in fact be rooted in adipose organ dysfunction.

SUMMARY One of cannabis’ most iconic effects is the stimulation of hedonic high-calorie eating – the ‘munchies’ – yet habitual cannabis users are on average leaner than non-users. We asked whether this unexpected phenotype might result from lasting changes in energy balance established during adolescence, when habitual use of the drug often begins. We found that daily low-dose administration of cannabis’ intoxicating constituent, Δ 9 -tetrahydrocannabinol (THC), to adolescent mice causes an adult metabolic phenotype characterized by reduced fat mass, increased lean mass and utilization of fat as fuel, partial resistance to diet-induced obesity and dyslipidemia, and enhanced thermogenesis. Multi-omics analyses revealed that this phenotype is associated with multiple molecular anomalies in the adipose organ, which include ectopic overexpression of muscle-associated proteins and heightened anabolic processing. Thus, adolescent exposure to THC may promote an enduring ‘pseudo-lean’ state that superficially resembles healthy leanness but might in fact be rooted in adipose organ dysfunction.

Background: Increasing evidence suggests that the endocannabinoid system (ECS) in the brain controls anxiety and may be a therapeutic target for the treatment of anxiety disorders. For example, both pharmacological and genetic disruption of cannabinoid receptor subtype-1 (CB1R) signaling in the central nervous system is associated with increased anxiety-like behaviors in rodents, while activating the system is anxiolytic. Sex is also a critical factor that controls the behavioral expression of anxiety; however, roles for the ECS in the gut in these processes and possible differences between sexes are largely unknown. Objective: In this study, we aimed to determine if CB1Rs in the intestinal epithelium exert control over anxiety-like behaviors in a sex-dependent manner. Methods: We subjected male and female mice with conditional deletion of CB1Rs in the intestinal epithelium (intCB1−/−) and controls (intCB1+/+) to the elevated plus maze (EPM), light/dark box, and open field test. Corticosterone (CORT) levels in plasma were measured at baseline and immediately after EPM exposure. Results: When compared with intCB1+/+ male mice, intCB1−/− male mice exhibited reduced levels of anxiety-like behaviors in the EPM and light/dark box. In contrast to male mice, no differences were found between female intCB1+/+ and intCB1−/− mice. Circulating CORT was higher in female versus male mice for both genotype groups at baseline and after EPM exposure; however, there was no effect of genotype on CORT levels. Conclusions: Collectively, these results indicate that genetic deletion of CB1Rs in the intestinal epithelium is associated with an anxiolytic phenotype in a sex-dependent manner.

Abstract Modulation of bile acid (BA) structure is a potential strategy for obesity and metabolic disease treatment. BAs act not only as signaling molecules involved in energy expenditure and glucose homeostasis, but also as regulators of food intake. The structure of BAs, particularly the position of the hydroxyl groups of BAs, impacts food intake partly by intestinal effects: (1) modulating the activity of N-acyl phosphatidylethanolamine phospholipase D, which produces the anorexigenic bioactive lipid oleoylethanolamide (OEA) or (2) regulating lipid absorption and the gastric emptying-satiation pathway. We hypothesized that 16α-hydroxylated BAs uniquely regulate food intake because of the long intermeal intervals in snake species in which these BAs are abundant. However, the effects of 16α-hydroxylated BAs in mammals are completely unknown because they are not naturally found in mammals. To test the effect of 16α-hydroxylated BAs on food intake, we isolated the 16α-hydroxylated BA pythocholic acid from ball pythons (Python regius). Pythocholic acid or deoxycholic acid (DCA) was given by oral gavage in mice. DCA is known to increase N-acyl phosphatidylethanolamine phospholipase D activity better than other mammalian BAs. We evaluated food intake, OEA levels, and gastric emptying in mice. We successfully isolated pythocholic acid from ball pythons for experimental use. Pythocholic acid treatment significantly decreased food intake in comparison to DCA treatment, and this was associated with increased jejunal OEA, but resulted in no change in gastric emptying or lipid absorption. The exogenous BA pythocholic acid is a novel regulator of food intake and the satiety signal for OEA in the mouse intestine.

Abstract Polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) are brominated flame retardant chemicals and environmental contaminants with endocrine-disrupting properties that are associated with diabetes and metabolic syndrome in humans. However, their diabetogenic actions are not completely characterized or understood. In this study, we investigated the effects of DE-71, a commercial penta-mixture of PBDEs, on glucose regulatory parameters in a perinatal exposure model using female C57Bl/6 mice. Results from in vivo glucose and insulin tolerance tests and ex vivo analyses showed that DE-71 produced fasting hyperglycemia, glucose intolerance, reduced sensitivity and delayed glucose clearance after insulin challenge, and exaggerated hepatic endocannabinoid tone in F1 offspring exposed to 0.1 mg/kg DE-71 relative to control. DE-71 effects on F0 dams were more limited indicating that indirect exposure to developing offspring is more detrimental. Other ex vivo glycemic correlates occur more generally in exposed F0 and F1, i.e., reduced plasma insulin and altered glucoregulatory endocrines, exaggerated sympathoadrenal activity, decreased thermogenic brown adipose tissue mass and reduced hepatic glutamate dehydrogenase enzymatic activity. Hepatic PBDE congener analysis indicated maternal transfer of BDE-28 and −153 to F1 at a collective level of 200 ng/g lipid, in range with maximum values detected in serum of human females. Given the persistent diabetogenic phenotype, especially pronounced in female offspring after developmental exposure to environmentally relevant levels of DE-71, additional animal studies should be conducted that further characterize PBDE-induced diabetic pathophysiology and identify critical developmental time windows of susceptibility. Longitudinal human studies should also be conducted to determine the risk of long-lasting metabolic consequences after maternal transfer of PBDEs during early-life development.

Anxiety disorders are major risk factors for obesity. However, the mechanisms accounting for this susceptibility remain unclear. Animal models have proved to be useful tools for understanding the role of emotional functioning in the development and maintenance of metabolic alterations implicated in obesity. Here we sought to determine the predictive value of behavioral indices of anxiety for hormonal and metabolic imbalances in rats. Adult Lewis rats were screened on the elevated plus maze (EPM). K-means clustering was used to divide the rats into two groups based on their anxiety index in the EPM: low (LA) and high anxiety (HA) rats. This proxy of anxiety combines individual EPM parameters and accepted ratios into a single score. Four weeks later, we measured markers of endocrine and metabolic function. We found that relative LA rats, the HA rats exhibited reduced latencies to exit a modified light-dark conflict test. Our results show that the HA rats displayed increased corticosterone levels when compared to LA rats. Furthermore, the HA rats weighted more and exhibited an enhanced glycemic response to exogenously administered glucose during the glucose tolerance test, indicating glucose intolerance. Notably, when compared to LA rats, the HA rats showed higher circulating levels of the endogenous cannabinoid, 2-arachidonoyl-sn-glycerol (2-AG). Together, these data indicate that patterns of emotional reactivity associated with anxiety may share common pathological pathways with metabolic complications implicated in obesity. Uncovering metabolic risk factors for anxiety disorders have the potential to strongly impact how we treat mental illnesses.

Abstract Polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) are commercially used as indoor flame retardants that penetrate biota and bioaccumulate in human tissues, including breast milk. PBDEs have been associated with endocrine disruption, diabetes and metabolic syndrome (MetS) in humans and animals. However, their sex-specific diabetogenic effects are not completely understood. Our past works show diabetogenic effects of the commercial penta-mixture of PBDEs, DE-71, in perinatally exposed C57Bl/6 female mice. As a comparison, in the current study, the effects of DE-71 on glucose homeostasis in male offspring were examined. C57BL/6 dams were exposed to DE-71 at 0.1 mg/kg/d (L-DE-71), 0.4 mg/kg/d (H-DE-71) or received corn oil vehicle (VEH/CON) for a total of 10 wks, including gestation and lactation. Male offspring were examined in adulthood and DE-71 exposure produced hypoglycemia upon extended fasting. In vivo glucose challenge testing showed marked intolerance (H-DE-71) and incomplete clearance (L- and H-DE-71). Moreover, L-DE-71-exposed mice showed altered glucose responses to insulin, especially incomplete glucose clearance and/or utilization. In addition, L-DE-71 produced elevated levels of plasma glucagon and the incretin GLP-1 but no changes were detected on insulin. These alterations, which represent relevant criteria used clinically to diagnose diabetes, were accompanied with reduced hepatic glutamate dehydrogenase enzymatic activity, elevated adrenal epinephrine and decreased thermogenic brown adipose tissue mass, which may indicate several organ system targets of PBDEs. Liver levels of several endocannabinoid species were not altered by perinatal exposure to DE-71 in males. Our findings demonstrate that chronic low exposure to PBDEs in mothers can reprogram glucose homeostasis and glucoregulatory hormones in male offspring. Previous findings using female offspring showed altered glucose homeostasis that aligned with a contrasting diabetogenic phenotype. We summarize the results of the current work generated in males in light of previous findings on females. Taken together, these findings, combined with our prior results, offer a comprehensive account of sex-dependent effects of maternally transferred environmentally relevant PBDEs on glucose homeostasis and glucoregulatory endocrine dysregulation.