Abstract The neural circuits responsible for animal behavior remain largely unknown. We summarize new methods and present the circuitry of a large fraction of the brain of the fruit fly Drosophila melanogaster. Improved methods include new procedures to prepare, image, align, segment, find synapses in, and proofread such large data sets. We define cell types, refine computational compartments, and provide an exhaustive atlas of cell examples and types, many of them novel. We provide detailed circuits consisting of neurons and their chemical synapses for most of the central brain. We make the data public and simplify access, reducing the effort needed to answer circuit questions, and provide procedures linking the neurons defined by our analysis with genetic reagents. Biologically, we examine distributions of connection strengths, neural motifs on different scales, electrical consequences of compartmentalization, and evidence that maximizing packing density is an important criterion in the evolution of the fly’s brain.

Abstract Roundabout guidance receptor 1 (Robo1) is known to function during midbrain development in mice, but its postnatal role remains poorly defined in part due to the perinatal lethality of the mice lacking the gene. Here, we describe the postnatal phenotypes of Robo1 -/- mice in the B6/129s genetic background. Robo1 -/- mice had both a slower growth rate and shorter lifespan compared to Robo1 +/+ littermates. Skin histological analysis revealed that Robo1 -/- mice displayed increased wrinkles, enlarged sebaceous glands, and a reduced subcutaneous fat layer. Robo1 -/- mice displayed accelerated hair graying in line with an observed overall decrease in melanin production. Although both growth hormone (GH) and insulin-like growth hormone 1 (IGF-1) were suppressed in Robo1 -deficient mice at 3 weeks of age, they were expressed at similar levels to Robo1 intact mice at 7 weeks of age. These findings suggest that Robo1 -mediated hormone regulation is required for normal growth during the early stages of puberty and may provide a crucial timepoint at which to examine the molecular mechanisms of pituitary disorders.

The neural circuits responsible for behavior remain largely unknown. Previous efforts have reconstructed the complete circuits of small animals, with hundreds of neurons, and selected circuits for larger animals. Here we (the FlyEM project at Janelia and collaborators at Google) summarize new methods and present the complete circuitry of a large fraction of the brain of a much more complex animal, the fruit fly Drosophila melanogaster. Improved methods include new procedures to prepare, image, align, segment, find synapses, and proofread such large data sets; new methods that define cell types based on connectivity in addition to morphology; and new methods to simplify access to a large and evolving data set. From the resulting data we derive a better definition of computational compartments and their connections; an exhaustive atlas of cell examples and types, many of them novel; detailed circuits for most of the central brain; and exploration of the statistics and structure of different brain compartments, and the brain as a whole. We make the data public, with a web site and resources specifically designed to make it easy to explore, for all levels of expertise from the expert to the merely curious. The public availability of these data, and the simplified means to access it, dramatically reduces the effort needed to answer typical circuit questions, such as the identity of upstream and downstream neural partners, the circuitry of brain regions, and to link the neurons defined by our analysis with genetic reagents that can be used to study their functions. Note: In the next few weeks, we will release a series of papers with more involved discussions. One paper will detail the hemibrain reconstruction with more extensive analysis and interpretation made possible by this dense connectome. Another paper will explore the central complex, a brain region involved in navigation, motor control, and sleep. A final paper will present insights from the mushroom body, a center of multimodal associative learning in the fly brain.

The mechanisms underlying immune evasion and immunotherapy resistance in small cell lung cancer (SCLC) remain unclear. Herein, we investigate the role of CRACD tumor suppressor in SCLC. We found that CRACD is frequently inactivated in SCLC, and Cracd knockout (KO) significantly accelerates SCLC development driven by loss of Rb1, Trp53, and Rbl2. Notably, the Cracd-deficient SCLC tumors display CD8+ T cell depletion and suppression of antigen presentation pathway. Mechanistically, CRACD loss silences the MHC-I pathway through EZH2. EZH2 blockade is sufficient to restore the MHC-I pathway and inhibit CRACD loss-associated SCLC tumorigenesis. Unsupervised single-cell transcriptomic analysis identifies SCLC patient tumors with concomitant inactivation of CRACD, impairment of tumor antigen presentation, and downregulation of EZH2 target genes. Our findings define CRACD loss as a new molecular signature associated with immune evasion of SCLC cells and proposed EZH2 blockade as a viable option for CRACD-negative SCLC treatment.

Abstract WNT signaling presents an attractive target for cancer therapy due to its widespread oncogenic role. However, the molecular players involved in WNT signaling and the impact of their perturbation remain unknown for numerous recalcitrant cancers including small-cell lung cancer (SCLC). Here we show that beta-catenin, a master mediator of canonical WNT signaling, is not required for SCLC development in genetically engineered mouse models (GEMMs) and its transcriptional program is largely silenced during tumor development. Instead, inactivation of p130 in SCLC cells induces expression of WNT5A, a ligand for beta-catenin-independent WNT pathways. WNT5A is both sufficient and required for SCLC development and cell proliferation and selectively induces Rhoa transcription and activates RHOA protein to drive SCLC. Rhoa knockout suppresses SCLC development in vivo, and chemical perturbation of RHOA selectively inhibits SCLC cell proliferation. These findings suggest a novel requirement for the WNT5A-RHOA axis in SCLC that is distinct from other noncanonical WNT pathways. This vulnerability of p130-WNT5A-RHOA pathway provides critical insight into the development of novel therapeutic strategies for the recalcitrant cancer, as well as the stratification of patients who may benefit from them. This study also sheds new light on the heterogeneity of WNT signaling and the molecular determinants of its cell-type specificity.