Summary Recent studies have identified over one hundred high-confidence (hc) autism spectrum disorder (ASD) genes. Systems biological and functional analyses on smaller subsets of these genes have consistently implicated excitatory neurogenesis. However, the extent to which the broader set of hcASD genes are involved in this process has not been explored systematically nor have the biological pathways underlying this convergence been identified. Here, we leveraged CROP-Seq to repress 87 hcASD genes in a human in vitro model of cortical neurogenesis. We identified 17 hcASD genes whose repression significantly alters developmental trajectory and results in a common cellular state characterized by disruptions in proliferation, differentiation, cell cycle, microtubule biology, and RNA-binding proteins (RBPs). We also characterized over 3,000 differentially expressed genes, 286 of which had expression profiles correlated with changes in developmental trajectory. Overall, we uncovered transcriptional disruptions downstream of hcASD gene perturbations, correlated these disruptions with distinct differentiation phenotypes, and reinforced neurogenesis, microtubule biology, and RBPs as convergent points of disruption in ASD.

SUMMARY Extremely preterm born individuals at < 28 postconceptional weeks (PCW) are at high risk for encephalopathy of prematurity and life-long neuropsychiatric conditions. Clinical studies and animal models of preterm brain injury suggest that encephalopathy of prematurity is strongly associated with exposure to hypoxia and/or inflammation in the perinatal period. Histologic examination of postmortem brain tissue from children born preterm demonstrates decreased numbers of cortical GABAergic interneurons in the cerebral cortex. However, the cellular and molecular mechanisms underlying the decreased numbers of GABAergic interneurons in the cerebral cortex of extremely preterm individuals remain unclear. Here, we developed a dual, complementary human cellular model to study hypoxia-induced interneuronopathies using human forebrain assembloids (hFA) derived from human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) and ex vivo human prenatal cerebral cortex at mid-gestation. The hFA are generated through the integration of region-specific neural organoids containing either dorsal forebrain (excitatory) glutamatergic neurons or ventral forebrain (inhibitory) GABAergic interneurons. We discover a substantial reduction in migration of cortical interneurons during exposure to hypoxic stress in both hFA and ex vivo human prenatal cerebral cortex. Next, we identify that this migration defect is restored by supplementation of hypoxic cell culture media with exogenous adrenomedullin (ADM), a peptide hormone member of the calcitonin gene related peptide (CGRP) family. Lastly, we demonstrate that the rescue is mediated through increased activity of the PKA molecular pathway and increased pCREB-dependent expression of GABA receptors. Overall, these findings provide important insights into the cellular mechanisms contributing to cortical interneuron depletion in preterm infants, and pinpoint novel therapeutic molecular pathways with high translational potential for hypoxic encephalopathy of prematurity.