Healthy Research Rewards
ResearchHub is incentivizing healthy research behavior. At this time, first authors of open access papers are eligible for rewards. Visit the publications tab to view your eligible publications.
Got it
EN
Erik Nelson
Author with expertise in Role of Microglia in Neurological Disorders
Achievements
Open Access Advocate
Cited Author
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
9
(78% Open Access)
Cited by:
10
h-index:
5
/
i10-index:
2
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
42

Btbd11 is an inhibitory interneuron specific synaptic scaffolding protein that supports excitatory synapse structure and function

Alexei Bygrave et al.Nov 2, 2021
SUMMARY Synapses in the brain exhibit cell-type-specific differences in basal synaptic transmission and plasticity. Here, we evaluated cell-type-specific differences in the composition of glutamatergic synapses, identifying Btbd11, as an inhibitory interneuron-specific synapse-enriched protein. Btbd11 is highly conserved across species and binds to core postsynaptic proteins including Psd-95. Intriguingly, we show that Btbd11 can undergo liquid-liquid phase separation when expressed with Psd-95, supporting the idea that the glutamatergic post synaptic density in synapses in inhibitory and excitatory neurons exist in a phase separated state. Knockout of Btbd11 from inhibitory interneurons decreased glutamatergic signaling onto parvalbumin-positive interneurons. Further, both in vitro and in vivo , we find that Btbd11 knockout disrupts network activity. At the behavioral level, Btbd11 knockout from interneurons sensitizes mice to pharmacologically induced hyperactivity following NMDA receptor antagonist challenge. Our findings identify a cell-type-specific protein that supports glutamatergic synapse function in inhibitory interneurons—with implication for circuit function and animal behavior.
42
Citation7
0
Save
0

Transcriptomic analysis of the human habenula in schizophrenia

Ege Yalcinbas et al.Feb 27, 2024
Abstract Importance Habenula (Hb) pathophysiology is involved in many neuropsychiatric disorders, including schizophrenia. Deep brain stimulation and pharmacological targeting of the Hb are emerging as promising therapeutic treatments. However, little is known about the cell type-specific transcriptomic organization of the human Hb or how it is altered in schizophrenia. Objective To define the molecular neuroanatomy of the human habenula and identify transcriptomic changes in individuals with schizophrenia compared to neurotypical controls. Design, Setting, and Participants This study utilized Hb-enriched postmortem human brain tissue. Single nucleus RNA-sequencing (snRNA-seq) and single molecule fluorescent in situ hybridization (smFISH) experiments were conducted to identify molecularly defined Hb cell types and map their spatial location (n=3-7 donors). Bulk RNA-sequencing and cell type deconvolution were used to investigate transcriptomic changes in Hb-enriched tissue from 35 individuals with schizophrenia and 33 neurotypical controls. Gene expression changes associated with schizophrenia in the Hb were compared to those previously identified in the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC), hippocampus, and caudate. Main Outcomes and Measures Semi-supervised snRNA-seq cell type clustering. Transcript visualization and quantification of smFISH probes. Bulk RNA-seq cell type deconvolution using reference snRNA-seq data. Schizophrenia-associated gene differential expression analysis adjusting for Hb and thalamus fractions, RNA degradation-associated quality surrogate variables, and other covariates. Cross-brain region schizophrenia-associated gene expression comparison. Results snRNA-seq identified 17 cell type clusters across 16,437 nuclei, including 3 medial and 7 lateral Hb populations. Cell types were conserved with those identified in a rodent model. smFISH for cell type marker genes validated snRNA-seq Hb cell types and depicted the spatial organization of subpopulations. Bulk RNA-seq analyses yielded 45 schizophrenia-associated differentially expressed genes (FDR < 0.05), with 32 (71%) unique to Hb-enriched tissue. Conclusions These results identify topographically organized cell types with distinct molecular signatures in the human Hb. They further demonstrate unique transcriptomic changes in the epithalamus associated with schizophrenia, thereby providing molecular insights into the role of Hb in neuropsychiatric disorders. Key Points Question What is the molecular and cellular organization of the human habenula and how is it uniquely disrupted in schizophrenia? Findings In this single cell and spatial transcriptomic study of postmortem human habenula, we identified 10 molecularly defined medial and lateral habenula cell types. Several of these subpopulations were topographically organized and conserved across species. Bulk RNA-sequencing and cell type deconvolution of habenula-enriched tissue samples from 35 subjects with schizophrenia and 33 neurotypical controls revealed both shared and unique transcriptomic changes associated with schizophrenia compared to other brain regions. Meaning The results of this study identify molecular changes in the human epithalamus associated with schizophrenia, further justifying the habenula as a relevant therapeutic target for neuropsychiatric disorders.
0
Citation2
0
Save
0

An integrated single-nucleus and spatial transcriptomics atlas reveals the molecular landscape of the human hippocampus

Erik Nelson et al.Apr 28, 2024
The hippocampus contains many unique cell types, which serve the structure's specialized functions, including learning, memory and cognition. These cells have distinct spatial topography, morphology, physiology, and connectivity, highlighting the need for transcriptome-wide profiling strategies that retain cytoarchitectural organization. Here, we generated spatially-resolved transcriptomics (SRT) and single-nucleus RNA-sequencing (snRNA-seq) data from adjacent tissue sections of the anterior human hippocampus across ten adult neurotypical donors. We defined molecular profiles for hippocampal cell types and spatial domains. Using non-negative matrix factorization and transfer learning, we integrated these data to define gene expression patterns within the snRNA-seq data and infer the expression of these patterns in the SRT data. Using this approach, we leveraged existing rodent datasets that feature information on circuit connectivity and neural activity induction to make predictions about axonal projection targets and likelihood of ensemble recruitment in spatially-defined cellular populations of the human hippocampus. Finally, we integrated genome-wide association studies with transcriptomic data to identify enrichment of genetic components for neurodevelopmental, neuropsychiatric, and neurodegenerative disorders across cell types, spatial domains, and gene expression patterns of the human hippocampus. To make this comprehensive molecular atlas accessible to the scientific community, both raw and processed data are freely available, including through interactive web applications.
0
Citation1
0
Save
0

Influence of the large–Z effect during contact between butterfly sister species

Erik Nelson et al.Jun 5, 2020
Abstract Comparisons of genomes from recently diverged butterfly populations along a suture zone in central Texas have revealed high levels of divergence on the Z chromosome relative to autosomes, as measured by fixation index, F st . The pattern of divergence appears to result from accumulation of incompatible alleles, obstructing introgression on the Z chromosome in hybrids. However, it is unknown whether this mechanism is sufficient to explain the data. Here, we simulate the effects of hybrid incompatibility on interbreeding butterfly populations using a model in which populations accumulate cross–incompatible alleles in allopatry prior to contact. We compute statistics for introgression and population divergence during contact between model butterfly populations and compare them to statistics obtained for 15 pairs of butterfly species interbreeding along the Texas suture zone. For populations that have evolved sufficiently in allopatry, the model exhibits high levels of divergence on the Z chromosome relative to autosomes in populations inter-breeding on time scales comparable to periods of interglacial contact between butterfly populations in central Texas. Levels of divergence on the Z chromosome increase when interacting groups of genes are closely linked, consistent with interacting clusters of functionally related genes in butterfly genomes. Results for various periods in allopatry are in qualitative agreement with the pattern of data for butterflies, supporting a picture of speciation in which populations are subjected to cycles of divergence in glacial isolation, and partial fusion during interglacial contact.
33

Activity-regulated gene expression across cell types of the mouse hippocampus

Erik Nelson et al.Nov 24, 2022
Abstract Activity-regulated gene (ARG) expression patterns in the hippocampus (HPC) regulate synaptic plasticity, learning, and memory, and are linked to both risk and treatment response for many neuropsychiatric disorders. The HPC contains discrete classes of neurons with specialized functions, but cell type-specific activity-regulated transcriptional programs are not well characterized. Here, we used single-nucleus RNA-sequencing (snRNA-seq) in a mouse model of acute electroconvulsive seizures (ECS) to identify cell type-specific molecular signatures associated with induced activity in HPC neurons. We used unsupervised clustering and a priori marker genes to computationally annotate 15,990 high-quality HPC neuronal nuclei from N =4 mice across all major HPC subregions and neuron types. Activity-induced transcriptomic responses were divergent across neuron populations, with dentate granule cells being particularly responsive to activity. Differential expression analysis identified both upregulated and downregulated cell type-specific gene sets in neurons following ECS. Within these gene sets, we identified enrichment of pathways associated with varying biological processes such as synapse organization, cellular signaling, and transcriptional regulation. Finally, we used matrix factorization to reveal continuous gene expression patterns differentially associated with cell type, ECS, and biological processes. This work provides a rich resource for interrogating activity-regulated transcriptional responses in HPC neurons at single-nuclei resolution in the context of ECS, which can provide biological insight into the roles of defined neuronal subtypes in HPC function.
0

Neutral speciation in realistic populations

Erik NelsonJan 14, 2024
Abstract de Aguiar et al. have shown that basic patterns of species diversity found in nature can be described by a neutral model of speciation in which species emerge simply as a consequence of local mating, and mate preference for genetic similarity. Their results have been cited as support for the neutral theory of biodiversity. However, because the mutation rates considered in their work are much larger than those experienced by living organisms, there is still some question as to whether speciation will occur in this type of model under realistic conditions. Here, I develop a variant of the neutral model that includes a realistic mechanism for organism dispersal. I explore speciation in the model for a class of mobile organisms (butterflies), and I find that speciation does occur under conditions consistent with butterfly populations, albeit on narrow landscapes. The model also appears to exhibit scaling behavior – specifically, if the model is “scaled up” by increasing the area of the landscape while holding its length to width ratio and population density constant, the number of species tends to an asymptotic value. The results suggest that it is possible to infer speciation patterns in large populations by simulating much smaller, computationally tractable populations.
0

How often do Protein Genes Navigate Valleys of Low Fitness?

Erik Nelson et al.Mar 29, 2019
In order escape from local fitness peaks, a population must navigate across valleys of low fitness. How these transitions occur, and what role they play in adaptation, have been subjects of active interest in evolutionary genetics for almost a century. However, to our knowledge, this problem has never been addressed directly, by considering the evolution of a gene, or group of genes, as a whole, including the complex effects of fitness interactions among multiple loci. Here, we use a precise model of protein fitness to compute the probability P(s, Δt) that an allele, randomly sampled from a population at time t, has crossed a fitness valley of depth s during an interval [t - Δt, t] in the immediate past. We study populations of model genes evolving under equilibrium conditions consistent with those in mammalian mitochondria. From this data, we estimate that genes encoding small protein motifs navigate fitness valleys of depth 2Ns ≳ 30 with probability P ≳ 0.1 on a time scale of human evolution, where N is the (mitochondrial) effective population size. The results are consistent with recent findings for Watson--Crick switching in mammalian mitochondrial tRNA molecules.