Abstract Copy number variations (CNVs) at 7q11.23 cause Williams-Beuren (WBS) and 7q microduplication syndromes (7Dup), two neurodevelopmental disorders with shared and opposite cognitive-behavioral phenotypes. Using patient-derived and isogenic neurons, we integrated transcriptomics, translatomics and proteomics to elucidate the molecular underpinnings of this dosage effect. We found that 7q11.23 CNVs cause opposite alterations in neuronal differentiation and excitability. Genes related to neuronal transmission chiefly followed 7q11.23 dosage and appeared transcriptionally controlled, while translation and ribosomal protein genes followed the opposite trend and were post-transcriptionally buffered. Mechanistically, we uncovered REST regulon as a key mediator of observed phenotypes and rescued transcriptional and excitability alterations through REST inhibition. We identified downregulation of global protein synthesis, mGLUR5 and ERK-mTOR pathways activity in steady-state in both WBS and 7Dup, whereas BDNF stimulation rescued them specifically in 7Dup. Overall, we show that 7q11.23 CNVs alter protein synthesis and neuronal firing-established molecular and cellular phenotypes of neurodevelopmental disorders. Graphical abstract

Abstract Symmetrical 7q11.23 dosage alterations cause craniofacial and cognitive/behavioral phenotypes that provide a privileged entry point into the evolution of the modern human face and (pro-) sociality. We undertook a functional dissection of chromatin remodeler BAZ1B in neural crest stem cells (NCSCs) from a uniquely informative cohort of typical and atypical patients harboring 7q11.23 Copy Number Variants (CNVs). Our results reveal a key contribution of BAZ1B to NCSC in vitro induction and migration, coupled with a crucial involvement in neural crest (NC)-specific transcriptional circuits and distal regulation. By intersecting our experimental data with new paleogenetic analyses comparing modern and archaic humans, we uncover a modern-specific enrichment for regulatory changes both in BAZ1B and its experimentally defined downstream targets, thereby providing the first empirical validation of the self-domestication hypothesis and positioning BAZ1B as a master regulator of the modern human face. One Sentence Summary BAZ1B dosage shapes the modern human face.

Abstract Copy number variations at 7q11.23 cause neurodevelopmental disorders with shared and opposite manifestations. Deletion causes Williams-Beuren syndrome (WBS), while duplication causes 7q11.23 microduplication syndrome (7Dup). Converging evidence indicates GTF2I , from the 7q11.23 locus, is a key mediator of the cognitive-behavioral phenotypes associated with WBS and 7Dup. Here we integrate molecular profiling of patient-derived cortical organoids (COs) and transgenic mouse models to dissect 7q11.23 disease mechanisms. Proteomic and transcriptomic profiling of COs revealed opposite dynamics of neural progenitor proliferation and transcriptional imbalances, leading to precocious excitatory neuron production in 7Dup. The accelerated excitatory neuron production in 7Dup COs could be rescued by GTF2I knockdown. Transgenic mice with Gtf2i duplication recapitulated early neuronal differentiation defects and ASD-like behaviors. Remarkably, inhibition of LSD1, a downstream effector of GTF2I , was sufficient to rescue ASD-like phenotypes. We propose that the GTF2I-LSD1 axis constitutes a molecular pathway amenable to therapeutic intervention.

Copy number variation (CNV) at 7q11.23 causes Williams-Beuren syndrome (WBS) and 7q microduplication syndrome (7Dup), neurodevelopmental disorders (NDDs) featuring intellectual disability accompanied by symmetrically opposite neurocognitive features. Although significant progress has been made in understanding the molecular mechanisms underlying 7q11.23-related pathophysiology, the propagation of CNV dosage across gene expression layers and their interplay remains elusive. Here we uncovered 7q11.23 dosage-dependent symmetrically opposite dynamics in neuronal differentiation and intrinsic excitability. By integrating transcriptomics, translatomics, and proteomics of patient-derived and isogenic induced neurons, we found that genes related to neuronal transmission follow 7q11.23 dosage and are transcriptionally controlled, while translational factors and ribosomal genes are posttranscriptionally buffered. Consistently, we found phosphorylated RPS6 (p-RPS6) downregulated in WBS and upregulated in 7Dup. Surprisingly, p-4EBP was changed in the opposite direction, reflecting dosage-specific changes in total 4EBP levels. This highlights different dosage-sensitive dyregulations of the mTOR pathway as well as distinct roles of p-RPS6 and p-4EBP during neurogenesis. Our work demonstrates the importance of multiscale disease modeling across molecular and functional layers, uncovers the pathophysiological relevance of ribosomal biogenesis in a paradigmatic pair of NDDs, and uncouples the roles of p-RPS6 and p-4EBP as mechanistically actionable relays in NDDs.