Summary Cerebral cortical-enriched organoids derived from human pluripotent stem cells (hPSCs) are valuable models for studying neurodevelopment, disease mechanisms, and therapeutic development. However, recognized limitations include the high variability of organoids across hPSC donor lines and experimental replicates. We report a 96-slitwell method for efficient, scalable, reproducible cortical organoid production. When hPSCs were cultured with controlled-release FGF2 and an SB431542 concentration appropriate for their TGFBR1 / ALK5 expression level, organoid cortical patterning and reproducibility were significantly improved. Well-patterned organoids included 16 neuronal and glial subtypes by single cell RNA sequencing (scRNA-seq), frequent neural progenitor rosettes and robust BCL11B+ and TBR1+ deep layer cortical neurons at 2 months by immunohistochemistry. In contrast, poorly-patterned organoids contain mesendoderm-related cells, identifiable by negative QC markers including COL1A2 . Using this improved protocol, we demonstrate increased sensitivity to study the impact of different MAPT mutations from patients with frontotemporal dementia (FTD), revealing early changes in key metabolic pathways.

SUMMARY Frontotemporal dementia (FTD) due to MAPT mutation causes pathological accumulation of tau and glutamatergic cortical neuronal death by unknown mechanisms. We used human induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived cerebral organoids expressing tau-V337M and isogenic corrected controls to discover early alterations due to the mutation that precede neurodegeneration. At 2 months, mutant organoids show upregulated expression of MAPT , and glutamatergic signaling pathways and regulators including the RNA-binding protein ELAVL4 . Over the following 4 months, mutant organoids accumulate splicing changes, disruption of autophagy function and build-up of tau and P-tau S396. By 6 months, tau-V337M organoids show specific loss of glutamatergic neurons of layers affected in patients. Mutant neurons are susceptible to glutamate toxicity which was rescued pharmacologically by treatment with the PIKFYVE kinase inhibitor apilimod. Our results demonstrate a sequence of events that precede cell death, revealing molecular pathways associated with glutamate signaling as potential targets for therapeutic intervention in FTD.

Abstract It is well established that immune cells play crucial roles after spinal cord injury (SCI). However, our knowledge of the contributions of various immune cells to injury progression and repair is incomplete. These gaps in understanding hamper development of SCI therapeutics. In the current study, using single-cell RNA sequencing, and transcriptomic analysis, the populations of resident and circulating CD45 + immune cells present within the uninjured and injured mouse spinal cord were identified. In the uninjured and subacutely-injured (7 day) spinal cord, most CD45 + cells were microglia while in chronic SCI (60 day) B cells predominated. Examination of microglia and B cell clusters showed subtype-specific alterations after SCI, including the presence of both immature and mature B cells chronically. Analysis of the expression of signaling partners in B cells and microglia identified injury-related microglia-B-cell interactions. This sequencing resource establishes unidentified interactions revealing new mechanisms to target inflammatory responses for SCI repair.

Abstract Genetic and genomic studies of brain disease increasingly demonstrate disease-associated interactions between the cell types of the brain. Increasingly complex and more physiologically relevant human induced pluripotent stem cell (hiPSC)-based models better explore the molecular mechanisms underlying disease, but also challenge our ability to resolve cell-type specific perturbations. Here we report an extension of the RiboTag system, first developed to achieve cell-type restricted expression of epitope-tagged ribosomal protein (RPL22) in mouse tissue, to a variety of in vitro applications, including immortalized cell lines, primary mouse astrocytes, and hiPSC-derived neurons. RiboTag expression enables efficient depletion of off-target RNA in mixed species primary co-cultures and in hiPSC-derived neural progenitor cells, motor neurons, and GABAergic neurons. Nonetheless, depletion efficiency varies across independent experimental replicates. The challenges and potential of implementing RiboTags in complex in vitro cultures are discussed.