The cAMP cascade, including the cAMP response element-binding protein (CREB), is known to play an important role in neuronal survival and plasticity. Here the influence of this cascade on neurogenesis in adult hippocampus was determined. Activation of the cAMP cascade by administration of rolipram, an inhibitor of cAMP breakdown, increased the proliferation of newborn cells in adult mouse hippocampus. In addition, rolipram induction of cell proliferation resulted in mature granule cells that express neuronal-specific markers. Increased cell proliferation is accompanied by activation of CREB phosphorylation in dentate gyrus granule cells, suggesting a role for this transcription factor. This possibility is supported by studies demonstrating that cell proliferation is decreased in conditional transgenic mice that express a dominant negative mutant of CREB in hippocampus. The results suggest that the cAMP–CREB cascade could contribute to the actions of neurotransmitters and neurotrophic factors on adult neurogenesis.

Abstract Dopamine (DA) neurotransmission has been implicated in several neurological and psychiatric disorders. The dopamine transporter (DAT) is highly expressed in dopaminergic neurons of the ventral mesencephalon and regulates neurotransmission by transporting DA back into the presynaptic terminals. To mediate restricted DNA recombination events into DA neurons using the Cre/loxP technology, we have generated a knockin mouse expressing Cre recombinase under the transcriptional control of the endogenous DAT promoter. To minimize interference with DAT function by preservation of both DAT alleles, Cre recombinase expression was driven from the 3′ untranslated region (3′UTR) of the endogenous DAT gene by means of an internal ribosomal entry sequence. Crossing this murine line with a LacZ reporter showed colocalization of DAT immunocytochemistry and β‐galactosidase staining in all regions analyzed. This knockin mouse can be used for generating tissue specific knockouts in mice carrying genes flanked by loxP sites, and will facilitate the analysis of gene function in dopaminergic neurons. genesis 44:383–390, 2006. Published 2006 Wiley‐Liss, Inc.

Dopamine (DA) plays a critical role in the brain, and the ability to directly measure dopaminergic activity is essential for understanding its physiological functions. We therefore developed red fluorescent G-protein-coupled receptor-activation-based DA (GRABDA) sensors and optimized versions of green fluorescent GRABDA sensors. In response to extracellular DA, both the red and green GRABDA sensors exhibit a large increase in fluorescence, with subcellular resolution, subsecond kinetics and nanomolar-to-submicromolar affinity. Moreover, the GRABDA sensors resolve evoked DA release in mouse brain slices, detect evoked compartmental DA release from a single neuron in live flies and report optogenetically elicited nigrostriatal DA release as well as mesoaccumbens dopaminergic activity during sexual behavior in freely behaving mice. Coexpressing red GRABDA with either green GRABDA or the calcium indicator GCaMP6s allows tracking of dopaminergic signaling and neuronal activity in distinct circuits in vivo.

ABSTRACT Medial ganglionic eminence (MGE)-derived parvalbumin (PV)+, somatostatin (SST)+ and Neurogliaform (NGFC)-type cortical and hippocampal interneurons, have distinct molecular, anatomical and physiological properties. However, the molecular mechanisms regulating their diversity remain poorly understood. Here, via single-cell transcriptomics, we show that the obligate NMDA-type glutamate receptor (NMDAR) subunit gene Grin1 mediates subtype-specific transcriptional regulation of gene expression in MGE-derived interneurons, leading to altered subtype abundances. Notably, MGE-specific conditional Grin1 loss results in a systemic downregulation of diverse transcriptional, synaptogenic and membrane excitability regulatory programs. These widespread gene expression abnormalities mirror aberrations that are typically associated with neurodevelopmental disorders, particularly schizophrenia. Our study hence provides a road map for the systematic examination of NMDAR signaling in interneuron subtypes, revealing potential MGE-specific genetic targets that could instruct future therapies of psychiatric disorders.

Abstract In vertebrates, motor control relies on cholinergic neurons in the spinal cord that have been extensively studied over the past hundred years, yet the full heterogeneity of these neurons and their different functional roles in the adult remain to be defined. Here, we developed a targeted single nuclear RNA sequencing approach and used it to identify an array of cholinergic interneurons, visceral and skeletal motor neurons. Our data expose markers for distinguishing these classes of cholinergic neurons and their extremely rich diversity. Specifically, visceral motor neurons, which provide autonomic control, could be divided into more than a dozen transcriptomic classes with anatomically restricted localization along the spinal cord. The complexity of the skeletal motor neurons was also reflected in our analysis with alpha, beta, and gamma subtypes clearly distinguished. In combination, our data provide a comprehensive transcriptomic description of this important population of neurons that control many aspects of physiology and movement and encompass the cellular substrates for debilitating degenerative disorders.

ABSTRACT Type I lissencephaly is a neuronal migration disorder caused by haploinsuffiency of the LIS1 gene and is characterized in humans by agyria, mislamination of brain structures, developmental delays, and epilepsy. Here, we investigate the impact of LIS1 mutation on the cellular migration, morphophysiology, microcircuitry and genomics of mouse hippocampal CA1 parvalbumin-containing inhibitory interneurons (PV+INTs). We find that WT PV+INTs consist of two physiological subtypes (80% fast-spiking (FS), 20% non-fast-spiking (NFS)) and four morphological subtypes (basket, axo-axonic, bistratified, radiatum-targeting). We also discover that cell-autonomous mutations within interneurons disrupts morphological development of PV+INTs and results in the emergence of a non-canonical “intermediate spiking (IS)” subset of PV+INTs. In the GlobalLis mutant, IS/NFS cells become the dominant PV+INT subtypes (56%) and the percentage of FS cells shrinks to 44%. We also find that IS/NFS cells are prone to entering depolarizing block, causing them to temporarily lose the ability to initiate action potentials and control network excitation, potentially promoting seizures. Finally, single-cell nuclear RNAsequencing of PV+INTs revealed several misregulated genes related to morphogenesis, cellular excitability, and synapse formation.

The monoamine neuromodulator dopamine (DA) plays a critical role in the brain, and the ability to directly measure dopaminergic activity is essential for understanding its physiological functions. We therefore developed the first red fluorescent GPCR-activation–based DA (GRABDA) sensors and optimized versions of green fluorescent GRABDA sensors following our previous studies. In response to extracellular DA, both the red and green GRABDA sensors have a large increase in fluorescence (ΔF/F values of 150% and 340%, respectively), with subcellular resolution, subsecond kinetics, and nanomolar to submicromolar affinity. Moreover, both the red and green GRABDA sensors readily resolve evoked DA release in mouse brain slices, detect compartmental DA release in live flies with single-cell resolution, and report optogenetically elicited nigrostriatal DA release as well as mesoaccumbens dopaminergic activity during sexual behavior in freely behaving mice. Importantly, co-expressing red GRABDA with either green GRABDA or the calcium indicator GCaMP6s provides a robust tool for simultaneously tracking neuronal activity and dopaminergic signaling in distinct circuits in vivo .