A signaling pathway was delineated by which insulin-like growth factor 1 (IGF-1) promotes the survival of cerebellar neurons. IGF-1 activation of phosphoinositide 3-kinase (PI3-K) triggered the activation of two protein kinases, the serine-threonine kinase Akt and the p70 ribosomal protein S6 kinase (p70 S6K ). Experiments with pharmacological inhibitors, as well as expression of wild-type and dominant-inhibitory forms of Akt, demonstrated that Akt but not p70 S6K mediates PI3-K-dependent survival. These findings suggest that in the developing nervous system, Akt is a critical mediator of growth factor-induced neuronal survival.

A mechanism by which the Ras–mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway mediates growth factor–dependent cell survival was characterized. The MAPK-activated kinases, the Rsks, catalyzed the phosphorylation of the pro-apoptotic protein BAD at serine 112 both in vitro and in vivo. The Rsk-induced phosphorylation of BAD at serine 112 suppressed BAD-mediated apoptosis in neurons. Rsks also are known to phosphorylate the transcription factor CREB (cAMP response element–binding protein) at serine 133. Activated CREB promoted cell survival, and inhibition of CREB phosphorylation at serine 133 triggered apoptosis. These findings suggest that the MAPK signaling pathway promotes cell survival by a dual mechanism comprising the posttranslational modification and inactivation of a component of the cell death machinery and the increased transcription of pro-survival genes.

Altered olfactory function is a common symptom of COVID-19, but its etiology is unknown. A key question is whether SARS-CoV-2 (CoV-2) - the causal agent in COVID-19 - affects olfaction directly, by infecting olfactory sensory neurons or their targets in the olfactory bulb, or indirectly, through perturbation of supporting cells. Here we identify cell types in the olfactory epithelium and olfactory bulb that express SARS-CoV-2 cell entry molecules. Bulk sequencing demonstrated that mouse, non-human primate and human olfactory mucosa expresses two key genes involved in CoV-2 entry, ACE2 and TMPRSS2. However, single cell sequencing revealed that ACE2 is expressed in support cells, stem cells, and perivascular cells, rather than in neurons. Immunostaining confirmed these results and revealed pervasive expression of ACE2 protein in dorsally-located olfactory epithelial sustentacular cells and olfactory bulb pericytes in the mouse. These findings suggest that CoV-2 infection of non-neuronal cell types leads to anosmia and related disturbances in odor perception in COVID-19 patients.

The signaling pathway from phosphoinositide 3-kinase to the protein kinase Akt controls organismal life-span in invertebrates and cell survival and proliferation in mammals by inhibiting the activity of members of the FOXO family of transcription factors. We show that mammalian FOXO3a also functions at the G 2 to M checkpoint in the cell cycle and triggers the repair of damaged DNA. By gene array analysis, FOXO3a was found to modulate the expression of several genes that regulate the cellular response to stress at the G 2 -M checkpoint. The growth arrest and DNA damage response gene Gadd45a appeared to be a direct target of FOXO3a that mediates part of FOXO3a's effects on DNA repair. These findings indicate that in mammals FOXO3a regulates the resistance of cells to stress by inducing DNA repair and thereby may also affect organismal life-span.

Complex animal behaviors are likely built from simpler modules, but their systematic identification in mammals remains a significant challenge. Here we use depth imaging to show that 3D mouse pose dynamics are structured at the sub-second timescale. Computational modeling of these fast dynamics effectively describes mouse behavior as a series of reused and stereotyped modules with defined transition probabilities. We demonstrate this combined 3D imaging and machine learning method can be used to unmask potential strategies employed by the brain to adapt to the environment, to capture both predicted and previously hidden phenotypes caused by genetic or neural manipulations, and to systematically expose the global structure of behavior within an experiment. This work reveals that mouse body language is built from identifiable components and is organized in a predictable fashion; deciphering this language establishes an objective framework for characterizing the influence of environmental cues, genes and neural activity on behavior.Video AbstracteyJraWQiOiI4ZjUxYWNhY2IzYjhiNjNlNzFlYmIzYWFmYTU5NmZmYyIsImFsZyI6IlJTMjU2In0.eyJzdWIiOiIzNDUwNTZkZTQxNDBmMmFlYmQyNmViY2VhNWMwNjAzZCIsImtpZCI6IjhmNTFhY2FjYjNiOGI2M2U3MWViYjNhYWZhNTk2ZmZjIiwiZXhwIjoxNjc4MjY4NDkxfQ.FRrCgdWpV0LwenoKQaQ54Y4u34K-UAUixf99AbSI3nAzfFB9uwEFd8dmhP_KpfMQ8DQOkNeAkZkmFMfk4iRNgK1vd_VxKM-7wq0dz05UjCuz1Nz3DE7dN_dHPJxJQpSt8G1T8hruVOlPPwsN9srEmB98s7K5UAbK2IEPz7J_XvaLbBUayjGKyYkE-JPmmXa6qbwDfnACE3C3xaF5y9Y8TG5GmDjn-FERHReaSzuExev74GErdtrZdL3a7YpSBuV6PI-BWfhvqGPdv-Zkxb5EUDU_gJ7RXCNl4DfEP-8N3qQqoynku9Yy46LO0tWzpmO9LTV-YXgJYYQr_LW3La0aYg(mp4, (40.82 MB) Download video

The Bcl-2 homology 3 (BH3) domain of prodeath Bcl-2 family members mediates their interaction with prosurvival Bcl-2 family members and promotes apoptosis. We report that survival factors trigger the phosphorylation of the proapoptotic Bcl-2 family member BAD at a site (Ser-155) within the BAD BH3 domain. When BAD is bound to prosurvival Bcl-2 family members, BAD Ser-155 phosphorylation requires the prior phosphorylation of Ser-136, which recruits 14-3-3 proteins that then function to increase the accessibility of Ser-155 to survival-promoting kinases. Ser-155 phosphorylation disrupts the binding of BAD to prosurvival Bcl-2 proteins and thereby promotes cell survival. These findings define a mechanism by which survival signals inactivate a proapoptotic Bcl-2 family member, and suggest a role for 14-3-3 proteins as cofactors that regulate sequential protein phosphorylation events.

In the search for neuroprotective factors in Huntington's disease, we found that insulin growth factor 1 via activation of the serine/threonine kinase Akt/PKB is able to inhibit neuronal death specifically induced by mutant huntingtin containing an expanded polyglutamine stretch. The IGF-1/Akt pathway has a dual effect on huntingtin-induced toxicity, since activation of this pathway also results in a decrease in the formation of intranuclear inclusions of mutant huntingtin. We demonstrate that huntingtin is a substrate of Akt and that phosphorylation of huntingtin by Akt is crucial to mediate the neuroprotective effects of IGF-1. Finally, we show that Akt is altered in Huntington's disease patients. Taken together, these results support a potential role of the Akt pathway in Huntington's disease.

In the mouse, glomeruli in the olfactory bulb receive projections from single classes of olfactory neurons, thereby forming an odour map. Information from the glomeruli is then relayed to the cortex but the projection patterns from individual glomeruli are not known. Three papers now examine the details of this projection. Luo and colleagues use a combination of genetics and retrograde mono-trans-synaptic rabies virus labelling. They trace the presynaptic connections of individual cortical neurons and find no evidence of connections supporting a stereotyped odour map in the cortex, but see systematic topographical differences in amygdala connectivity. The lack of stereotypical cortical projection is corroborated, both at the level of bulk axonal patterning and in projections of individually labelled neurons, by two papers — one from the Axel laboratory, and one from the Baldwin laboratory — that examine the anterograde projections from individual glomeruli. Together, these findings provide anatomical evidence for combinatorial processing of information from diverse glomeruli by cortical neurons and may also reflect different functions of various areas in mediating innate or learned odour preferences. Sensory information is transmitted to the brain where it must be processed to translate stimulus features into appropriate behavioural output. In the olfactory system, distributed neural activity in the nose is converted into a segregated map in the olfactory bulb1,2,3. Here we investigate how this ordered representation is transformed in higher olfactory centres in mice. We have developed a tracing strategy to define the neural circuits that convey information from individual glomeruli in the olfactory bulb to the piriform cortex and the cortical amygdala. The spatial order in the bulb is discarded in the piriform cortex; axons from individual glomeruli project diffusely to the piriform without apparent spatial preference. In the cortical amygdala, we observe broad patches of projections that are spatially stereotyped for individual glomeruli. These projections to the amygdala are overlapping and afford the opportunity for spatially localized integration of information from multiple glomeruli. The identification of a distributive pattern of projections to the piriform and stereotyped projections to the amygdala provides an anatomical context for the generation of learned and innate behaviours.