Variants in the CTSB gene encoding the lysosomal hydrolase cathepsin B (catB) are associated with increased risk of Parkinson9s disease (PD). However, neither the specific CTSB variants driving these associations nor the functional pathways that link catB to PD pathogenesis have been characterized. CatB activity contributes to lysosomal protein degradation and regulates signaling processes involved in autophagy and lysosome biogenesis. Previous in vitro studies have found that catB can cleave monomeric and fibrillar alpha-synuclein, a key protein involved in the pathogenesis of PD that accumulates in the brains of PD patients. However, truncated synuclein isoforms generated by catB cleavage have an increased propensity to aggregate. Thus, catB activity could potentially contribute to lysosomal degradation and clearance of pathogenic alpha synuclein from the cell, but also has the potential of enhancing synuclein pathology by generating aggregation-prone truncations. Therefore, the mechanisms linking catB to PD pathophysiology remain to be clarified. Here, we conducted genetic analyses of the association between common and rare CTSB variants and risk of PD. We then used genetic and pharmacological approaches to manipulate catB expression and function in cell lines and induced pluripotent stem cell-derived dopaminergic neurons and assessed lysosomal activity and the handling of aggregated synuclein fibrils. We find that catB inhibition impairs autophagy, reduces glucocerebrosidase (encoded by GBA1) activity, and leads to an accumulation of lysosomal content. In cell lines, reduction of CTSB gene expression impairs the degradation of pre-formed alpha-synuclein fibrils, whereas CTSB gene activation enhances fibril clearance. In midbrain organoids and dopaminergic neurons treated with alpha-synuclein fibrils, catB inhibition potentiates the formation of inclusions which stain positively for phosphorylated alpha-synuclein. These results indicate that the reduction of catB function negatively impacts lysosomal pathways associated with PD pathogenesis, while conversely catB activation could promote the clearance of pathogenic alpha-synuclein.

ABSTRACT Bipolar disorder (BD) is a multifactorial psychiatric illness affecting about 1% of the world population. The first line treatment, lithium (Li), is effective in only a subset of patients and its mechanism of action remains largely elusive. In the present study, we used iPSC-derived neurons from BD patients responsive (LR) or not (LNR) to lithium and combined electrophysiology, calcium imaging, biochemistry, transcriptomics, and phosphoproteomics to report mechanistic insights into neuronal hyperactivity in BD, and Li’s mode of action. We show a selective rescue of neuronal hyperactivity by Li in BD LR neurons through changes in Na + currents. The whole transcriptome sequencing revealed altered gene expression in BD neurons in pathways related to glutamatergic transmission, and Li selectively altered those involved in cell signaling and ion transport/channel activity. We found the therapeutic effect of Li in BD LR patients was associated with Akt signaling and confirmed that an Akt activator mimics Li effect in BD LR neurons. Further, we showed that AMP-activated protein kinase (AMPK) reduces neural network activity and sodium currents in BD LNR patients. These findings suggest the potential for novel treatment strategies in BD, such as Akt activators in BD LR cases, and the use of AMPK activators for BD LNR patients.