Molecular and Genetic Dissection of Brain Circuits Controlling Fever

Harvard University, Cambridge MA

Investigators

Linked publications & trials

Abstract

PROJECT SUMMARY ABSTRACT  During an infection, animals exhibit adaptive changes in behavior and physiology aimed at increasing survival.  Although  many  causes  of  acute  infection  exist,  a  similar  set  of  stereotyped  symptoms  occur,  which  includes  increased body temperature or fever, decreased appetite and increased lethargy. Both warm-­ and cold-­blooded  animals  generate  a  fever  in  response  infection  suggesting  that  fever  circuits  are  hard-­wired  and  highly  conserved, yet exactly how the nervous system alters body temperature and associated behavior in response to  infection remains unknown. We have identified a population of neurons in the preoptic area of the hypothalamus  that  are  highly  activated  following  administration  of  inflammatory  lipopolysaccharides  (LPS).  Due  to  the  close  proximity between  the  organum  vasculosum  of  the  laminae  terminalis  (OVLT),  where  inflammatory  cytokines  enter the brain to affect nearby cells, and neurons of the preotpic area regulating normal body temperature, and  our preliminary data, we propose that these newly identified LPS-­sensitive neurons control fever initiation during  an immune response. We will use chemogenetic activation and cell ablation approaches to demonstrate that this  population plays a role in increasing body temperature and in affecting other fever-­associated behaviors upon  LPS injection. Further, we have recently developed new approaches for molecular characterization of genetically  defined  cell  populations  in  situ  using  single-­cell  RNA  sequencing  (scRNA-­seq)  and  multiplex,  error-­robust,  fluorescent in situ hybridization (MERFISH) to generate a spatially-­resolved and functionally-­aware atlas of the  preoptic area. We will apply a similar strategy to characterize fever-­inducing neurons as well as surrounding non-­ neuronal  cell  types  that are  likely  to  play  a  role  in fever generation  through paracrine  mechanisms. Finally,  we  propose to use viral-­mediated tracing and functional tools to determine the direct and indirect circuit mechanisms  by  which  LPS-­sensitive  neurons  and  their  targets  exert  control  over  body  temperature  and  fever-­related  behaviors.  Our  data  will  lead  to  a  molecular  and  functional  characterization  of  LPS-­sensitive  neurons  in  the  preoptic area and to a better understanding of how inflammatory sickness symptoms, such as fever and related  behavioral  changes,  are  regulated  in  the  brain.  These  efforts  have  direct  implications  for  understanding  the  mechanisms underlying  human  sickness, and  may  inform  new therapeutic  strategies for the treatment  of fever  and associated symptoms.  Â