Abstract Several mutations that cause Parkinson’s disease (PD) have been identified over the past decade. These account for 15-25% of PD cases; the rest of the cases are considered sporadic. Currently, it is accepted that PD is not a single monolithic disease but rather a constellation of diseases with some common phenotypes. While rodent models exist for some of the PD-causing mutations, research on the sporadic forms of PD is lagging due to a lack of cellular models. In our study, we differentiated PD patient-derived dopaminergic (DA) neurons from induced pluripotent stem cells (iPSCs) of several PD-causing mutations as well as from sporadic PD patients. Strikingly, we observed a common neurophysiological phenotype: Neurons derived from PD patients had a severe reduction in the rate of synaptic currents compared to those derived from healthy controls. While the relationship between mutations in genes such as the SNCA and LRRK2 and a reduction in synaptic transmission has been investigated before, here we show evidence that the pathogenesis of the synapses in neurons is a general phenotype in PD. Analysis of RNA sequencing results displayed changes in gene expression in different synaptic mechanisms as well as other affected pathways such as extracellular matrix-related pathways. Some of these dysregulated pathways are common to all PD patients (monogenic or idiopathic). Our data, therefore, shows changes that are central and convergent to PD and suggests a strong involvement of the tetra-partite synapse in PD pathophysiology.

Summary While random X-chromosome inactivation in female cells of placental mammalians silences one allele of the majority of X-chromosomal genes, a considerable fraction is only incompletely and variably inactivated resulting in a tissue-specific pattern of mono- and biallelic expression. Here we used clonal human female induced pluripotent stem cells (iPSCs) allowing to trace the (in)activation status of the two X-chromosomes individually along neural differentiation trajectories. We discovered X-chromosome-wide locus- and lineage-specific dynamic usage of the two X-chromosomal alleles in female cells induced by differentiation. Leveraging iPSCs derived from patients with an X-linked neurodevelopmental disorder, we demonstrate that activation of alleles on the inactive X-chromosome can exert protective effects on the manifestation of disease phenotypes in female neural cells and tissue. Taken together, our data demonstrate that alleles on the inactive X-chromosome can serve as a critical reservoir reactivated during differentiation, thereby enhancing resilience of female neural tissue.