Bone resorption may generate collagen fragments such as ICTP and CTX, which can be quantified in serum and/or urine by using specific immunoassays, and which are used as clinical markers. However, the relative abundance of ICTP and CTX varies according to the type of bone pathology, suggesting that these two fragments are generated through distinct collagenolytic pathways. In this study, we analyzed the release of ICTP and CTX from bone collagen by the proteinases reported to play a role in the solubilization of bone matrix. Cathepsin K released large amounts of CTX, but did not allow a detectable release of ICTP. Conversely, the matrix metalloproteinases (MMPs) MMP-2, -9, -13, or -14 released ICTP, but did not allow a detectable release of CTX. Next we analyzed the release of ICTP and CTX from bone explants cultured in the presence of well-established inhibitors of these proteinases and of matrix solubilization. An inhibitor of cysteine proteinases including cathepsin K, inhibited the release of CTX, but not the release of ICTP. MMP inhibitors inhibited the release of ICTP, but also that of CTX, in agreement with the putative role of MMPs in the initiation of bone resorption in addition to matrix solubilization. Similarly the treatment of mice bearing bone metastasis with an MMP inhibitor led to a significant reduction of serum ICTP and CTX, and osteolytic lesions. We conclude that the generation of ICTP and CTX depends on different collagenolytic pathways. This finding may explain why these two markers may discriminate between different bone pathologies.

Major depressive disorder (MDD) is a notably complex illness with a lifetime prevalence of 14%. 1 It is often chronic or recurrent and is thus accompanied by considerable morbidity, excess mortality, substantial costs, and heightened risk of suicide. 2-7 MDD is a major cause of disability worldwide. 8 We conducted a genome-wide association (GWA) meta-analysis in 130,664 MDD cases and 330,470 controls, and identified 44 independent loci that met criteria for statistical significance. We present extensive analyses of these results which provide new insights into the nature of MDD. The genetic findings were associated with clinical features of MDD, and implicated prefrontal and anterior cingulate cortex in the pathophysiology of MDD (regions exhibiting anatomical differences between MDD cases and controls). Genes that are targets of antidepressant medications were strongly enriched for MDD association signals (P=8.5×10 −10 ), suggesting the relevance of these findings for improved pharmacotherapy of MDD. Sets of genes involved in gene splicing and in creating isoforms were also enriched for smaller MDD GWA P-values, and these gene sets have also been implicated in schizophrenia and autism. Genetic risk for MDD was correlated with that for many adult and childhood onset psychiatric disorders. Our analyses suggested important relations of genetic risk for MDD with educational attainment, body mass, and schizophrenia: the genetic basis of lower educational attainment and higher body mass were putatively causal for MDD whereas MDD and schizophrenia reflected a partly shared biological etiology. All humans carry lesser or greater numbers of genetic risk factors for MDD, and a continuous measure of risk underlies the observed clinical phenotype. MDD is not a distinct entity that neatly demarcates normalcy from pathology but rather a useful clinical construct associated with a range of adverse outcomes and the end result of a complex process of intertwined genetic and environmental effects. These findings help refine and define the fundamental basis of MDD.

Introductory paragraph Cannabis is the most frequently used illicit psychoactive substance worldwide 1 . Life time use has been reported among 35-40% of adults in Denmark 2 and the United States 3 . Cannabis use is increasing in the population 4–6 and among users around 9% become dependent 7 . The genetic risk component is high with heritability estimates of 51 8 –70% 9 . Here we report the first genome-wide significant risk locus for cannabis use disorder (CUD, P=9.31×10 −12 ) that replicates in an independent population (P replication =3.27×10 −3 , P metaanalysis =9.09×10 −12 ). The finding is based on a genome-wide association study (GWAS) of 2,387 cases and 48,985 controls followed by replication in 5,501 cases and 301,041 controls. The index SNP (rs56372821) is a strong eQTL for CHRNA2 and analyses of the genetic regulated gene expressions identified significant association of CHRNA2 expression in cerebellum with CUD. This indicates a potential therapeutic use in CUD of compounds with agonistic effect on the neuronal acetylcholine receptor alpha-2 subunit encoded by CHRNA2 . At the polygenic level analyses revealed a significant decrease in the risk of CUD with increased load of variants associated with cognitive performance.

Abstract The differentiation of human pluripotent stem cells (hPSCs) into mesencephalic dopaminergic (mesDA) neurons requires a precise combination of extrinsic factors that recapitulates the in vivo environment and timing. Current methods are capable of generating authentic mesDA neurons after long-term culture in vitro ; however, when mesDA progenitors are transplanted in vivo , the resulting mesDA neurons are only minor components of the graft. This low yield hampers the broad use of these cells in the clinic. In this study, we genetically modified pluripotent stem cells to generate a novel type of stem cells called lineage-restricted undifferentiated stem cells (LR-USCs), which robustly generate mesDA neurons. LR-USCs are prevented from differentiating into a broad range of nondopaminergic cell types by knocking out genes that are critical for the specification of cells of alternate lineages. Specifically, we target transcription factors involved in the production of spinal cord and posterior hindbrain cell types. When LR-USCs are differentiated under caudalizing condition, which normally give rise to hindbrain cell types, a large proportion adopt a midbrain identity and develop into authentic mesDA neurons. We show that the mesDA neurons are electrophysiologically active, and due to their higher purity, are capable of restoring motor behavior eight weeks after transplantation into 6-hydroxydopamine (6-OHDA)-lesioned rats. This novel strategy improves the reliability and scalability of mesDA neuron generation for clinical use.

ABSTRACT Objective SORCS2 is an intracellular sorting receptor genetically associated with body mass index (BMI) in humans, yet its mode of action remains unknown. Elucidating the receptor function that defines its role in metabolic health is the objective of this work. Methods Combining in vivo metabolic studies in SORCS2-deficient mouse models with ex vivo structural and functional analyses as well as single-cell transcriptomics of murine pancreatic tissues, we studied the pathophysiological consequences of receptor dysfunction for metabolism. Results Our studies identified an important role for SORCS2 in islet stress response essential to sustain glucose-stimulated insulin release. In detail, we show that SORCS2 is predominantly expressed in islet alpha cells. Loss of receptor expression coincides with the inability of these cells to produce osteopontin, a secreted factor that facilitates insulin release from beta cells under stress. In line with diminished osteopontin levels, beta cells in SORCS2- deficient islets show changes in gene expression patterns related to aggravated ER stress, protein misfolding, as well as mitochondrial dysfunction; and they exhibit defects in insulin granule maturation and a blunted response to glucose stimulation in vivo and ex vivo . Impaired glucose tolerance in receptor mutant mice coincides with alterations in body weight and composition. Conclusion Our data identified a novel concept in protective islet stress response involving the alpha cell receptor SORCS2 and provide experimental support for association of SORCS2 with metabolic control in humans.

The schizophrenia and bipolar disorder associated gene, BRD1, encodes a scaffold protein that in complex with epigenetic modifiers regulate gene sets enriched for psychiatric disorder risk. Preclinical evidence from male Brd1+/- mice has previously implicated BRD1 with phenotypes of translational relevance to schizophrenia. Here we describe the phenotype of female Brd1+/- mice and report attenuated dendritic architecture and monoaminergic dysregulation accompanied by sex-specific changes in affective behaviors. In accordance, global gene expression profiling reveals regional dysregulation of gene sets enriched with major depressive disorder and schizophrenia risk in female and male Brd1+/- mice, respectively. Independent of sex, however, differentially expressed genes cluster in common functional pathways associated with psychiatric disorders, including mitochondrial dysfunction and oxidative phosphorylation as well as G-protein coupled-, and nuclear receptor mediated signaling. Accordingly, we provide in vitro evidence that BRD1 modulates the transcriptional drive of a subset of nuclear receptors (e.g. the vitamin D and glucocorticoid receptors). Moreover, we demonstrate enrichment of psychiatric disorder risk in the target genes of nuclear receptors, sex-biased expression of several nuclear receptor genes in the adult brain of Brd1+/- mice, and that sex-biased genes in general are enriched with nuclear receptor genes particularly at the earliest developmental stage of the human brain. Overall, our data suggests that the spatio-temporal interaction between BRD1 and subsets of nuclear receptors in the brain is sex-biased and that hampered BRD1 mediated regulation of target genes governed by certain nuclear receptors may significantly contribute to sex differences in psychopathology.

Autism spectrum disorder (ASD) is a highly heritable and heterogeneous group of neurodevelopmental phenotypes diagnosed in more than 1% of children. Common genetic variants contribute substantially to ASD susceptibility, but to date no individual variants have been robustly associated with ASD. With a marked sample size increase from a unique Danish population resource, we report a genome-wide association meta-analysis of 18,381 ASD cases and 27,969 controls that identifies five genome-wide significant loci. Leveraging GWAS results from three phenotypes with significantly overlapping genetic architectures (schizophrenia, major depression, and educational attainment), seven additional loci shared with other traits are identified at equally strict significance levels. Dissecting the polygenic architecture we find both quantitative and qualitative polygenic heterogeneity across ASD subtypes, in contrast to what is typically seen in other complex disorders. These results highlight biological insights, particularly relating to neuronal function and corticogenesis and establish that GWAS performed at scale will be much more productive in the near term in ASD, just as it has been in a broad range of important psychiatric and diverse medical phenotypes.

Abstract Motor neuron development requires an orchestrated action of trophic factors and guidance cues for axons to reach their targets. Here, we identify SorCS2 as a novel receptor for progranulin (PGRN) that is required for motor axon outgrowth in zebrafish and mice. In both species motor neurons express SorCS2, and PGRN is produced in cells juxta-positioned the projecting axon, but in mice the neurons also co-express PGRN. In zebrafish, sorcs2 knockdown produces stunted and aberrantly branched motor axons, and in Sorcs2 -/- mice, forelimb innervation and motor neuron regeneration are substantially perturbed; phenotypes also observed in fish and mice lacking PGRN. SorCS2 binds PGRN and while motor neuron cultures from wildtype mice respond to exogenous PGRN by axon outgrowth, knockout neurons are unresponsive. Remarkably, when co-expressed in the same cells, SorCS2 controls secretion of PGRN. We conclude that SorCS2 navigates motor neuron development and enables axon regeneration through binding of PGRN.

Abstract Alzheimer’s disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder and the most frequent cause of dementia. The disease has a substantial genetic component comprising both highly penetrant familial mutations ( APP , PSEN1, and PSEN2 ) and sporadic cases with complex genetic etiology. Mutations in APP and PSEN1/2 alter the proteolytic processing of APP to its metabolites, including Aβ and APP Intracellular Domain (AICD). In this study, we use transgenic porcine models carrying the human APPsw and PSEN1M146I transgenes to demonstrate the pathobiological relevance of transcriptional regulation facilitated by APP and its AICD domain. Through molecular characterization of hippocampal tissue, we describe the differential expression of gene sets that cluster in molecular pathways with translational relevance to AD. We further identify phosphorylated and unphosphorylated AICD in differential complexes with proteins implicated in signal transduction and transcriptional regulation. Integrative genomic analysis of transcriptional changes in somatic cell cultures derived from pigs treated with γ-secretase inhibitor demonstrates the importance of γ-secretase APP processing in transcriptional regulation. Our data supports a model in which APP and, in particular, its AICD domain, modulates gene networks associated with AD pathobiology through interaction with signaling proteins. One Sentence Summary Utilizing transgenic porcine models, our study reveals that Alzheimer’s disease-related mutations affect neuronal gene expression and highlights the role of the AICD domain of APP in modulating gene networks associated with Alzheimer’s pathobiology.