ABSTRACT Dystonia is a debilitating hyperkinetic movement disorder, frequently transmitted as a monogenic trait. Here, we describe homozygous frameshift, nonsense and missense variants in TSPOAP1 , encoding the active zone RIM-binding protein 1 (RIMBP1), as a novel genetic cause of autosomal recessive dystonia in seven subjects from three unrelated families. Subjects carrying loss-of-function variants presented with juvenile- onset progressive generalized dystonia, associated with intellectual disability and cerebellar atrophy. Conversely, subjects carrying a pathogenic missense variant (p.Gly1808Ser) presented with isolated adult-onset focal dystonia. In mice, complete loss of RIMBP1, known to reduce neurotransmission, led to motor abnormalities reminiscent of dystonia, decreased Purkinje cell dendritic arborization, and reduced numbers of cerebellar synapses. In vitro analysis of the p.Gly1808Ser variant showed larger spike-evoked calcium transients and enhanced neurotransmission, suggesting that RIMBP1-linked dystonia can be caused by either reduced or enhanced rates of spike-evoked release in relevant neural networks. Our findings establish a direct link between presynaptic RIMBP1 dysfunction and dystonia and highlight the critical role played by well-balanced neurotransmission in motor control and disease pathogenesis.

Abstract Heat acclimation is an adaptive process that improves physiological performance and supports survival in the face of increasing environmental temperatures, but the underlying mechanisms are not well understood. Here we identified a discrete group of neurons in the mouse hypothalamic preoptic area (POA) that rheostatically increase their activity over the course of heat acclimation, a property required for mice to become heat tolerant. In non-acclimated mice, peripheral thermoafferent pathways via the parabrachial nucleus activate POA neurons and mediate acute heat-defense mechanisms. However, long-term heat exposure promotes the POA neurons to gain intrinsically warm-sensitive activity, independent of thermoafferent parabrachial input. This newly gained cell-autonomous warm sensitivity is required to recruit peripheral heat tolerance mechanisms in acclimated animals. This pacemaker-like, warm-sensitive activity is driven by a combination of increased sodium leak current and enhanced utilization of the Na V 1.3 ion channel. We propose that this salient neuronal plasticity mechanism adaptively drives acclimation to promote heat tolerance.

Abstract Heat acclimation is an adaptive process that improves physiological performance and supports survival in the face of increasing environmental temperatures. Understanding the underlying mechanisms holds potential to mitigate health risks and reduces the steadily increasing number of heat-related casualties associated with global warming. Here we report the identification of a discrete group of hypothalamic preoptic neurons that transform to rheostatically increase their activity over the course of heat acclimation, a property required for mice to become heat tolerant. Peripheral thermo-afferent pathways via the parabrachial nucleus activate preoptic neurons and mediate acute heat-defense mechanisms in non-acclimated animals. However, long-term heat exposure promotes the preoptic neurons to gain intrinsically warm-sensitive activity, independent of thermo-afferent parabrachial input. Our data shows that their newly gained cell-autonomous warm-sensitivity is required to recruit peripheral heat tolerance mechanisms in acclimated animals. Mechanistically, we find a combination of increased sodium leak current and enhanced utilization of the Na v 1.3 ion channel to drive their pacemaker-like, warm-sensitive activity. We propose a salient neuronal plasticity mechanism, adaptively driving acclimation to promote heat tolerance. Highlights Heat acclimation induces tonic, warm-sensitive firing in hypothalamic VMPO neurons Tonic activity in VMPO neurons primes peripheral organs to gain heat tolerance capacity Warm-sensitive tonic firing recruits heat tolerance mechanisms in acclimated animals Na V 1.3 persistent sodium currents drive tonic, warm-sensitive firing in VMPO neurons

Recent evidence suggests that the human hippocampus, traditionally associated with declarative memory, plays a role in motor sequence learning (MSL). However, the classic MSL paradigm depends initially on declarative learning. Therefore, it is critical to discern whether the participation of the hippocampus relates to its canonical role or to processing a general aspect of learning that transcends the declarative/non-declarative distinction. To address this issue, here we turn to visuomotor adaptation -a type of motor learning involving skill recalibration- which unlike MSL can be easily manipulated to eliminate the explicit component. Here, we examined the broader involvement of the hippocampus in procedural motor learning by using diffusion MRI to indirectly assess structural plasticity associated with memory consolidation in visuomotor adaptation (VMA) and an implicit-only version (IVMA). We found that both VMA and IVMA engaged the left posterior hippocampus in a learning-specific manner. Remarkably, while VMA induced only transient hippocampal alterations, IVMA elicited structural changes that persisted overnight, underscoring the reliance on implicit learning for enduring neuroplasticity. As expected, training on both visuomotor tasks impacted the microstructure of the cerebellum, the motor and the posterior parietal cortex. Notably, the temporal dynamics of changes in these regions closely paralleled those of the left hippocampus, suggesting that motor and limbic regions operate in a coordinated manner as part of the same neural network. Collectively, our findings support an active role of the hippocampus in procedural motor memory and argue for a unified function in memory encoding regardless of the declarative or non-declarative nature of the task.

ABSTRACT In the past years, machine-learning-based approaches to track animal poses with high spatial and temporal resolution have become available, but toolkits to extract, integrate, and analyze coordinate datasets in a user-friendly manner have lagged behind. Here, we introduce Fear-Mouse Tracker (FMT), a simple and open-source MATLAB-based pipeline to extract and quantitatively analyze DeepLabCut-derived coordinates of mice presented with threatening stimuli that commonly trigger innate defensive responses. This framework allows for unbiased quantitative estimations of stretch-attend posture (SAP) observed during risk assessment behaviors, as well as for measurements of the timing and extent of freezing and escape responses that follow the presentation of threatening stimuli such as a predator odor, or sweeping and looming stimuli resembling predator approaches. FMT is specially designed for users not very experienced in using programming languages, thus making it more accessible to a broader audience.

ABSTRACT Prolonged changes in neural activity trigger homeostatic synaptic plasticity (HSP) allowing neuronal networks to operate in functional ranges. Cell-wide or input-specific adaptations can be induced by pharmacological or genetic manipulations of activity, and by sensory deprivation. Reactive functional changes caused by deafferentation may partially share mechanisms with HSP. Acute hippocampal slices constitute a suitable model to investigate relatively rapid (hours) pathway-specific modifications occurring after denervation and explore the underlying mechanisms. As Schaffer collaterals constitute a major glutamatergic input to CA1 pyramidal neurons, we conducted whole-cell recordings of miniature excitatory postsynaptic currents (mEPSCs) to evaluate changes over 12 hours after slice preparation and CA3 dissection. We observed an increment in mEPSCs amplitude and a decrease in decay time, suggesting synaptic AMPA receptor upregulation and subunit content modifications. Sorting mEPSC by rise time, a correlate of synapse location along dendrites, revealed amplitude raises at two separate domains. A specific frequency increase was observed in the same domains and was accompanied by a global, unspecific raise. Amplitude and frequency increments were lower at sites initially more active, consistent with local compensatory processes. Transient preincubation with a specific Ca 2+ /calmodulin-dependent kinase II (CaMKII) inhibitor either blocked or occluded amplitude and frequency upregulation in different synapse populations. Results are consistent with the concurrent development of different known CaMKII-dependent HSP processes. Our observations support that deafferentation causes rapid and diverse compensations resembling classical slow forms of adaptation to inactivity. These results may contribute to understand fast-developing homeostatic or pathological events after brain injury.