Abstract Alzheimer’s disease (AD) is a devastating neurodegenerative condition that affects memory and cognition, characterized by neuronal loss and currently lacking a cure. Mutations in PSEN1 (Presenilin 1) are among the most common causes of early-onset familial AD (fAD). While changes in neuronal excitability are believed to be early indicators of AD progression, the link between PSEN1 mutations and neuronal excitability remains to be fully elucidated. This study examined induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived NGN2 induced neurons (iNs) from fAD patients with PSEN1 mutations S290C or A246E, alongside CRISPR-corrected isogenic cell lines, to investigate early changes in excitability. Electrophysiological profiling revealed reduced excitability in both PSEN1 mutant iNs compared to their isogenic controls. Neurons bearing S290C and A246E mutations exhibited divergent passive membrane properties compared to isogenic controls, suggesting distinct effects of PSEN1 mutations on neuronal excitability. Additionally, both PSEN1 backgrounds exhibited higher current density of voltage-gated potassium (Kv) channels relative to their isogenic iNs, while displaying comparable voltage-gated sodium (Nav) channel current density. This suggests that the Nav/Kv imbalance contributes to impaired neuronal firing in fAD iNs. Deciphering these early cellular and molecular changes in AD is crucial for understanding the disease pathogenesis.

Abstract Repressor element-1 silencing transcription factor (REST) is a transcriptional repressor involved in neurodevelopment and neuroprotection. REST forms a complex with the REST corepressors, CoREST1, CoREST2, or CoREST3 (encoded by RCOR1 , RCOR2 , and RCOR3 , respectively). Emerging evidence suggests that the CoREST family can target unique genes independently of REST, in various neural and glial cell types during different developmental stages. However, there is limited knowledge regarding the expression and function of the CoREST family in human neurodevelopment. To address this gap, we employed 2D and 3D human pluripotent stem cell (hPSC) models to investigate REST and RCOR gene expression levels. Our study revealed a significant increase in RCOR3 expression in glutamatergic cortical and GABAergic ventral forebrain neurons, as well as mature functional NGN2-induced neurons. Additionally, a simplified astrocyte transdifferentiation protocol resulted in a significant decrease in RCOR2 expression following differentiation. REST expression was notably reduced in mature neurons and cerebral organoids, along with RCOR2 in the latter. In summary, our findings provide the first insights into the cell-type-specific expression patterns of RCOR genes in human neuronal and glial differentiation. Specifically, RCOR3 expression increases in neurons, while RCOR2 levels decrease in astrocytes. The dynamic expression patterns of REST and RCOR genes during hPSC neuronal and glial differentiation underscore the potential distinct roles played by REST and CoREST proteins in regulating the development of these cell types in humans. Graphical abstract Highlights REST and RCOR genes display cell-type specific expression patterns in neural cells RCOR3 (encodes CoREST3) is upregulated during neuronal and astrocyte differentiation RCOR2 (encodes CoREST2) is downregulated during differentiation of astrocytes Evidence of potential cell-type specific functions of the CoREST family

Abstract Vanishing white matter disease (VWMD) is a rare leukodystrophy involving loss of function mutations of the guanine exchange factor eIF2B and typically presenting with juvenile onset. We aimed to identify repurposable FDA approved drugs in an in vitro drug screen using patient-derived fibroblasts and induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived astrocytes. Dysregulated GADD34 and CHOP were identified in patient fibroblasts and iPSC-derived astrocytes under proteasomal stress conditions. A drug screen from a 2400 FDA approved drug library with EIF2B5 disease patient fibroblasts identified 113 anti-inflammatory drugs as a major class of hits with cytoprotective effects. A panel of potential candidate drugs including berberine, deflazacort, ursodiol, zileuton, guanabenz and Anavex 2-73, and preclinical ISRIB, increased cell survival of MG132-stressed EIF2B2 and EIF2B5 disease VWMD astrocytes, and were further investigated for their effect on the integrated stress response and mitochondrial stress. ISRIB but not other drugs significantly affected eIF2α phosphorylation and GADD34 expression. Ursodiol demonstrated capacity to reduce complex I subunit upregulation, ameliorate oxidative stress, loss of mitochondrial membrane potential and upregulation of eIF2B subunits in VWMD astrocytes, highlighting its potential as a cytoprotective compound for VWMD.

Abstract Sensing mechanical stimuli is crucial for the function of internal and external tissues, such as the skin and muscles. Much of our understanding of mechanosensory physiology relies on rodent studies, which may not directly translate to humans. To address the knowledge gap in human mechanosensation, we developed distinct populations of human mechanosensory neuronal subtypes from human pluripotent stem cells (hPSC). By inducing co-expression of NGN2/RUNX3 or NGN2/SHOX2 in hPSC-derived migrating neural crest cells we directed their specification to proprioceptor and low-threshold mechanoreceptor neuronal subtypes, respectively. The induced neurons exhibited transcriptional profiles consistent with mechanosensory neurons and displayed functional responses to mechanical stimuli, such as stretch and submicrometer probe indentation to the soma. Notably, each subtype displayed unique mechanical thresholds and desensitization properties akin to proprioceptors and low-threshold mechanoreceptors and both induced neuronal subtypes fired action potentials in response to minute mechanical stimuli, predominantly relying on PIEZO2 for mechanosensory function. Collectively, this study provides a foundational model for exploring human neuronal mechanosensory biology.

ABSTRACT Diffuse Intrinsic Pontine Gliomas (DIPGs) are deadly brain cancers in children for which there is currently no effective treatment. This can partly be attributed to preclinical models that lack essential elements of the in vivo tissue environment, resulting in treatments that appear promising preclinically, but fail to result in effective cures. Recently developed co-culture models combining stem cell-derived brain organoids with brain cancer cells provide tissue dimensionality and a human-relevant tissue-like microenvironment. As these models are technically challenging and time consuming it is imperative to establish whether interaction with the organoid influences DIPG biology and thus warrants their use. To address this question, we cultured DIPG cells with cortical organoids. We created “mosaic” co-cultures enriched for tumour cell-neuronal cell interactions versus “assembloid” co-cultures enriched for tumour cell-tumour cell interactions. Sequential window acquisition of all theoretical mass spectra (SWATH-MS) was used to analyse the proteomes of DIPG fractions isolated by flow-assisted cell sorting. Control proteomes from DIPG spheroids were compared with DIPG cells isolated from mosaic and assembloid co-cultures. This revealed that tumour cell adhesion was reduced, and DNA synthesis and replication were increased, in DIPG cells under either co-culture condition. By contrast, the mosaic co-culture was associated with pathways implicated in dendrite growth. We propose that co-culture with brain organoids is a valuable tool to parse the contribution of the brain microenvironment to DIPG tumour biology.