Autism spectrum disorders (ASD) are common, complex and heterogeneous neurodevelopmental disorders. Cellular and molecular mechanisms responsible for ASD pathogenesis have been proposed based on genetic studies, brain pathology and imaging, but a major impediment to testing ASD hypotheses is the lack of human cell models. Here, we reprogrammed fibroblasts to generate induced pluripotent stem cells, neural progenitor cells (NPCs) and neurons from ASD individuals with early brain overgrowth and non-ASD controls with normal brain size. ASD-derived NPCs display increased cell proliferation because of dysregulation of a β-catenin/BRN2 transcriptional cascade. ASD-derived neurons display abnormal neurogenesis and reduced synaptogenesis leading to functional defects in neuronal networks. Interestingly, defects in neuronal networks could be rescued by insulin growth factor 1 (IGF-1), a drug that is currently in clinical trials for ASD. This work demonstrates that selection of ASD subjects based on endophenotypes unraveled biologically relevant pathway disruption and revealed a potential cellular mechanism for the therapeutic effect of IGF-1.

Abstract Neuropsychiatric disorders classically lack defining brain pathologies, but recent work has demonstrated dysregulation at the molecular level, characterized by transcriptomic and epigenetic alterations 1–3 . In autism spectrum disorder (ASD), this molecular pathology involves the upregulation of microglial, astrocyte and neural–immune genes, the downregulation of synaptic genes, and attenuation of gene-expression gradients in cortex 1,2,4–6 . However, whether these changes are limited to cortical association regions or are more widespread remains unknown. To address this issue, we performed RNA-sequencing analysis of 725 brain samples spanning 11 cortical areas from 112 post-mortem samples from individuals with ASD and neurotypical controls. We find widespread transcriptomic changes across the cortex in ASD, exhibiting an anterior-to-posterior gradient, with the greatest differences in primary visual cortex, coincident with an attenuation of the typical transcriptomic differences between cortical regions. Single-nucleus RNA-sequencing and methylation profiling demonstrate that this robust molecular signature reflects changes in cell-type-specific gene expression, particularly affecting excitatory neurons and glia. Both rare and common ASD-associated genetic variation converge within a downregulated co-expression module involving synaptic signalling, and common variation alone is enriched within a module of upregulated protein chaperone genes. These results highlight widespread molecular changes across the cerebral cortex in ASD, extending beyond association cortex to broadly involve primary sensory regions.

Abstract Classically, psychiatric disorders have been considered to lack defining pathology, but recent work has demonstrated consistent disruption at the molecular level, characterized by transcriptomic and epigenetic alterations. 1–3 In ASD, upregulation of microglial, astrocyte, and immune signaling genes, downregulation of specific synaptic genes, and attenuation of regional gene expression differences are observed. 1,2,4–6 However, whether these changes are limited to the cortical association areas profiled is unknown. Here, we perform RNA-sequencing (RNA-seq) on 725 brain samples spanning 11 distinct cortical areas in 112 ASD cases and neurotypical controls. We identify substantially more genes and isoforms that differentiate ASD from controls than previously observed. These alterations are pervasive and cortex-wide, but vary in magnitude across regions, roughly showing an anterior to posterior gradient, with the strongest signal in visual cortex, followed by parietal cortex and the temporal lobe. We find a notable enrichment of ASD genetic risk variants among cortex-wide downregulated synaptic plasticity genes and upregulated protein folding gene isoforms. Finally, using snRNA-seq, we determine that regional variation in the magnitude of transcriptomic dysregulation reflects changes in cellular proportion and cell-type-specific gene expression, particularly impacting L3/4 excitatory neurons. These results highlight widespread, genetically-driven neuronal dysfunction as a major component of ASD pathology in the cerebral cortex, extending beyond association cortices to involve primary sensory regions.

Abstract Immunochemotherapy is the first-line standard for extensive-stage small-cell lung cancer (ES-SCLC). Combining the regimen with anti-angiogenesis may improve efficacy. ETER701 was a multicenter, double-blind, randomized, placebo-controlled phase 3 trial that investigated the efficacy and safety of benmelstobart (a novel programmed death-ligand 1 (PD-L1) inhibitor) with anlotinib (a multi-target anti-angiogenic small molecule) and standard chemotherapy in treatment-naive ES-SCLC. The ETER701 trial assessed two primary endpoints: Independent Review Committee-assessed progression-free survival per RECIST 1.1 and overall survival (OS). Here the prespecified final progression-free survival and interim OS analysis is reported. Patients randomly received benmelstobart and anlotinib plus etoposide/carboplatin (EC; n = 246), placebo and anlotinib plus EC ( n = 245) or double placebo plus EC (‘EC alone’; n = 247), followed by matching maintenance therapy. Compared with EC alone, median OS was prolonged with benmelstobart and anlotinib plus EC (19.3 versus 11.9 months; hazard ratio 0.61; P = 0.0002), while improvement of OS was not statistically significant with anlotinib plus EC (13.3 versus 11.9 months; hazard ratio 0.86; P = 0.1723). The incidence of grade 3 or higher treatment-related adverse events was 93.1%, 94.3% and 87.0% in the benmelstobart and anlotinib plus EC, anlotinib plus EC, and EC alone groups, respectively. This study of immunochemotherapy plus multi-target anti-angiogenesis as first-line treatment achieved a median OS greater than recorded in prior randomized studies in patients with ES-SCLC. The safety profile was assessed as tolerable and manageable. Our findings suggest that the addition of anti-angiogenesis therapy to immunochemotherapy may represent an efficacious and safe approach to the management of ES-SCLC. ClinicalTrials.gov identifier: NCT04234607 .

Abstract Breast cancer has become the most common type of cancers worldwide. Its high prevalence and malignant features are associated with various environmental factors and molecules. The KH-type splicing regulatory protein (KHSRP) participates in the development of breast cancer, while the underlying mechanisms are largely unknown. In this study, we silenced KHSRP expression in MDA-MB-231 cells by small interfering RNA (siKHSRP), and then assessed its effects on cellular features. Finally, we performed whole transcriptome sequencing (RNA-seq) experiments to explore the downstream targets of KHSRP, and validated their changed pattern using quantitative polymerase chain reaction. We found KHSRP showed higher expression level and was associated with worse prognosis in breast cancer patients. In siKHSRP samples, the proliferation, invasion, and migration abilities were significantly repressed compared with negative control (NC) samples, while the apoptosis level was increased. By investigating the RNA-seq data, we found KHSRP globally regulates the expression and alternative splicing profiles of MDA-MB-231 cells by identifying 1632 differentially expressed genes (DEGs) and 1630 HKSRP-regulated AS events (RASEs). Functional enriched analysis of DEGs demonstrated that cilium assembly and movement and extracellular matrix organization pathways were specifically enriched in up DEGs, consistent with the repressed migration and invasion abilities in siKHSRP cells. Interestingly, the cell cycle and DNA damage and repair associated pathways were enriched in both down DEGs and RASE genes, suggesting that KHSRP may modulate cell proliferation by regulating genes in these pathways. Finally, we validated the changed expression and AS patterns of genes in cell cycle and DNA damage/repair pathways. Expression levels of BIRC5 , CCNA2 , CDK1 , FEN1 , FOXM1 , PTTG1 , and UHRF1 were downregulated in siKHSRP samples. The AS patterns of PARK7 , ERCC1, CENPX , and UBE2A were also dysregulated in siKHSRP samples and confirmed PCR experiments. In summary, our study comprehensively explored the downstream targets and their functions of KHSRP in breast cancer cells, highlighting the molecular mechanisms of KHSRP on the oncogenic features of breast cancer. The identified molecular targets could be served as potential therapeutic targets for breast cancer in future.

SUMMARY The inability of neurons to regenerate long axons within the CNS is a major impediment to improving outcome after spinal cord injury, stroke, and other CNS insults. Recent advances have uncovered an intrinsic program that involves coordinate regulation by multiple transcription factors that can be manipulated to enhance growth in the peripheral nervous system. Here, we used a system-genomics approach to characterize regulatory relationships of regeneration-associated transcription factors, identifying RE1-Silencing Transcription Factor (REST; Neuron-Restrictive Silencer Factor, NRSF) as a predicted upstream suppressor of a pro-regenerative gene program associated with axon regeneration in the CNS. We validate our predictions using multiple paradigms, showing that mature mice bearing cell type-specific deletions of REST or expressing dominant-negative mutant REST showed improved regeneration of the corticospinal tract and optic nerve, accompanied by upregulation of regeneration-associated genes in cortical motor neurons and retinal ganglion cells, respectively. These analyses identify a novel role for REST as an upstream suppressor of the intrinsic regenerative program in the CNS and demonstrate the power of a systems biology approach involving integrative genomics and bio-informatics to predict key regulators of CNS repair.

Summary/Abstract The development of successful therapeutics for dementias requires an understanding of their shared and distinct molecular features in the human brain. We performed single-nuclear RNAseq and ATACseq in Alzheimer disease (AD), Frontotemporal degeneration (FTD), and Progressive Supranuclear Palsy (PSP), analyzing 40 participants, yielding over 1.4M cells from three brain regions ranging in vulnerability and pathological burden. We identify 35 shared disease-associated cell types and 14 that are disease-specific, replicating those previously identified in AD. Disease - specific cell states represent molecular features of disease-specific glial-immune mechanisms and neuronal vulnerability in each disorder, layer 4/5 intra-telencephalic neurons in AD, layer 2/3 intra-telencephalic neurons in FTD, and layer 5/6 near-projection neurons in PSP. We infer intrinsic disease-associated gene regulatory networks, which we empirically validate by chromatin footprinting. We find that causal genetic risk acts in specific neuronal and glial cells that differ across disorders, primarily non-neuronal cells in AD and specific neuronal subtypes in FTD and PSP. These data illustrate the heterogeneous spectrum of glial and neuronal composition and gene expression alterations in different dementias and identify new therapeutic targets by revealing shared and disease-specific cell states.