Prolonged social isolation has negative effects on brain and behavior in humans and other social organisms, but neural mechanisms leading to these effects are not understood. Here we tested the hypothesis that even brief periods of social isolation can alter gene expression and DNA methylation in higher cognitive centers of the brain, focusing on the auditory/associative forebrain of the highly social zebra finch. Using RNA sequencing, we first identified genes that individually increase or decrease expression after isolation and observed general repression of gene sets annotated for neurotrophin pathways and axonal guidance functions. We then pursued 4 genes of large effect size: EGR1 and BDNF (decreased by isolation) and FKBP5 and UTS2B (increased). By in situ hybridization, each gene responded in different cell subsets, arguing against a single cellular mechanism. To test whether effects were specific to the social component of the isolation experience, we compared gene expression in birds isolated either alone or with a single familiar partner. Partner inclusion ameliorated the effect of solo isolation on EGR1 and BDNF, but not on FKBP5 and UTS2B nor on circulating corticosterone. By bisulfite sequencing analysis of auditory forebrain DNA, isolation caused changes in methylation of a subset of differentially expressed genes, including BDNF. Thus, social isolation has rapid consequences on gene activity in a higher integrative center of the brain, triggering epigenetic mechanisms that may influence processing of ongoing experience.

长期的社会隔离对人类和其他社会有机体的大脑和行为有负面影响，但导致这些影响的神经机制尚不清楚。在这里，我们测试了这样的假设，即即使是短暂的社会隔离也会改变大脑较高认知中心的基因表达和DNA甲基化，重点是高度社会斑马雀科的听觉/联想性前脑。使用RNA测序，我们首先确定了分离后个别增加或减少表达的基因，并观察了对神经营养蛋白途径和轴突指导功能注释的基因组的总体抑制。然后，我们研究了4个具有较大影响大小的基因：EGR1和BDNF（通过隔离减少）以及FKBP5和UTS2B（增加）。通过原位杂交，每个基因在不同的细胞亚群中反应，反对单一的细胞机制。为了测试影响是否特定于隔离经历的社会组成部分，我们比较了单独或与一个熟悉的伴侣隔离的鸟类中的基因表达。合作伙伴的参与改善了单独隔离对EGR1和BDNF的影响，但对FKBP5和UTS2B或循环皮质酮的影响均没有改善。通过听觉前脑DNA的亚硫酸氢盐测序分析，分离导致差异表达基因（包括BDNF）的子集的甲基化变化。因此，社会隔离对大脑更高的整合中心的基因活动有迅速的影响，触发了表观遗传机制，可能影响正在进行的经验的处理。我们比较了单独或与一个熟悉的伴侣分离的鸟类中的基因表达。合作伙伴的参与改善了单独隔离对EGR1和BDNF的影响，但对FKBP5和UTS2B或循环皮质酮的影响均没有改善。通过听觉前脑DNA的亚硫酸氢盐测序分析，分离导致差异表达基因（包括BDNF）的子集的甲基化变化。因此，社会隔离对大脑更高的整合中心的基因活动有迅速的影响，触发了表观遗传机制，可能影响正在进行的经验的处理。我们比较了单独或与一个熟悉的伴侣分离的鸟类中的基因表达。合作伙伴的参与改善了单独隔离对EGR1和BDNF的影响，但对FKBP5和UTS2B或循环皮质酮的影响均没有改善。通过听觉前脑DNA的亚硫酸氢盐测序分析，分离导致差异表达基因（包括BDNF）的子集的甲基化变化。因此，社会隔离对大脑更高的整合中心的基因活动有迅速的影响，触发了表观遗传机制，可能影响正在进行的经验的处理。分离导致差异表达基因（包括BDNF）的子集的甲基化变化。因此，社会隔离对大脑更高的整合中心的基因活动有迅速的影响，触发了表观遗传机制，可能影响正在进行的经验的处理。分离导致差异表达基因（包括BDNF）的子集的甲基化变化。因此，社会隔离对大脑更高的整合中心的基因活动有迅速的影响，触发了表观遗传机制，可能影响正在进行的经验的处理。