Synchrotron-x-ray powder-diffraction and differential-scanning-calorimetry measurements on solid ${\mathrm{C}}_{60}$ reveal a first-order phase transition from a low-temperature simple-cubic structure with a four-molecule basis to a face-centered-cubic structure at 249 K. The free-energy change at the transition is approximately 6.7 J/g. Model fits to the diffraction intensities are consistent with complete orientational disorder at room temperature, and with the development of orientational order rather than molecular displacements or distortions at low temperature.

Abstract The primary motor cortex (M1) is essential for voluntary fine-motor control and is functionally conserved across mammals 1 . Here, using high-throughput transcriptomic and epigenomic profiling of more than 450,000 single nuclei in humans, marmoset monkeys and mice, we demonstrate a broadly conserved cellular makeup of this region, with similarities that mirror evolutionary distance and are consistent between the transcriptome and epigenome. The core conserved molecular identities of neuronal and non-neuronal cell types allow us to generate a cross-species consensus classification of cell types, and to infer conserved properties of cell types across species. Despite the overall conservation, however, many species-dependent specializations are apparent, including differences in cell-type proportions, gene expression, DNA methylation and chromatin state. Few cell-type marker genes are conserved across species, revealing a short list of candidate genes and regulatory mechanisms that are responsible for conserved features of homologous cell types, such as the GABAergic chandelier cells. This consensus transcriptomic classification allows us to use patch–seq (a combination of whole-cell patch-clamp recordings, RNA sequencing and morphological characterization) to identify corticospinal Betz cells from layer 5 in non-human primates and humans, and to characterize their highly specialized physiology and anatomy. These findings highlight the robust molecular underpinnings of cell-type diversity in M1 across mammals, and point to the genes and regulatory pathways responsible for the functional identity of cell types and their species-specific adaptations.

ABSTRACT We report the generation of a multimodal cell census and atlas of the mammalian primary motor cortex (MOp or M1) as the initial product of the BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN). This was achieved by coordinated large-scale analyses of single-cell transcriptomes, chromatin accessibility, DNA methylomes, spatially resolved single-cell transcriptomes, morphological and electrophysiological properties, and cellular resolution input-output mapping, integrated through cross-modal computational analysis. Together, our results advance the collective knowledge and understanding of brain cell type organization: First, our study reveals a unified molecular genetic landscape of cortical cell types that congruently integrates their transcriptome, open chromatin and DNA methylation maps. Second, cross-species analysis achieves a unified taxonomy of transcriptomic types and their hierarchical organization that are conserved from mouse to marmoset and human. Third, cross-modal analysis provides compelling evidence for the epigenomic, transcriptomic, and gene regulatory basis of neuronal phenotypes such as their physiological and anatomical properties, demonstrating the biological validity and genomic underpinning of neuron types and subtypes. Fourth, in situ single-cell transcriptomics provides a spatially-resolved cell type atlas of the motor cortex. Fifth, integrated transcriptomic, epigenomic and anatomical analyses reveal the correspondence between neural circuits and transcriptomic cell types. We further present an extensive genetic toolset for targeting and fate mapping glutamatergic projection neuron types toward linking their developmental trajectory to their circuit function. Together, our results establish a unified and mechanistic framework of neuronal cell type organization that integrates multi-layered molecular genetic and spatial information with multi-faceted phenotypic properties.

Summary Multiple sclerosis (MS) is an immune-mediated demyelinating disease that alters central nervous system (CNS) functions. Relapsing-remitting MS (RRMS) is the most common form, which can transform into secondary-progressive MS (SPMS) that is associated with progressive neurodegeneration. Single-nucleus RNA sequencing (snRNA-seq) of MS lesions identified disease-related transcriptomic alterations; however, their relationship to non-lesioned MS brain regions has not been reported and which could identify prodromal or other disease susceptibility signatures. Here, snRNA-seq was used to generate high-quality RRMS vs. SPMS datasets of 33,197 nuclei from 8 normal-appearing MS brains, which revealed divergent cell type-specific changes. Notably, SPMS brains downregulated astrocytic sphingosine kinases ( SPHK1/2 ) – the enzymes required to phosphorylate and activate the MS drug, fingolimod. This reduction was modeled with astrocyte-specific Sphk1/2 null mice in which fingolimod lost activity, supporting functionality of observed transcriptomic changes. These data provide an initial resource for studies of single cells from non-lesioned RRMS and SPMS brains.

The primary motor cortex (M1) is essential for voluntary fine motor control and is functionally conserved across mammals. Using high-throughput transcriptomic and epigenomic profiling of over 450,000 single nuclei in human, marmoset monkey, and mouse, we demonstrate a broadly conserved cellular makeup of this region, whose similarity mirrors evolutionary distance and is consistent between the transcriptome and epigenome. The core conserved molecular identity of neuronal and non-neuronal types allowed the generation of a cross-species consensus cell type classification and inference of conserved cell type properties across species. Despite overall conservation, many species specializations were apparent, including differences in cell type proportions, gene expression, DNA methylation, and chromatin state. Few cell type marker genes were conserved across species, providing a short list of candidate genes and regulatory mechanisms responsible for conserved features of homologous cell types, such as the GABAergic chandelier cells. This consensus transcriptomic classification allowed the Patch-seq identification of layer 5 (L5) corticospinal Betz cells in non-human primate and human and characterization of their highly specialized physiology and anatomy. These findings highlight the robust molecular underpinnings of cell type diversity in M1 across mammals and point to the genes and regulatory pathways responsible for the functional identity of cell types and their species-specific adaptations.

Kim et al. conclude that somatic gene recombination (SGR) and amyloid precursor protein (APP) genomic complementary DNAs (gencDNAs) in brain are plasmid PCR artifacts and do not naturally exist. We disagree. Lee et al. presented a total of nine distinct approaches, in addition to three from a prior publication, which support the existence of APP gencDNAs, and seven of these are independent of APP PCR (Table 1). Contamination in our pull-down dataset was identified after publication of Lee et al.; however subsequent analyses showed that the contamination does not change any of our conclusions including those in our other publications (see below). Notably, alterations of APP gencDNA number and form by Alzheimer's disease (AD) and cell-type cannot be explained by plasmid contamination and PCR artifact. Here we provide data and discussion, which address the three analyses used by Kim et al. to reach their conclusions: plasmid contaminant identification, plasmid PCR, and single-cell sequencing.