ABSTRACT Genetic variants in TRIO are associated with neurodevelopmental disorders (NDDs) including schizophrenia (SCZ), autism spectrum disorder (ASD) and intellectual disability. TRIO uses its two guanine nucleotide exchange factor (GEF) domains to activate GTPases (GEF1: Rac1 and RhoG; GEF2: RhoA) that control neuronal development and connectivity. It remains unclear how discrete TRIO variants differentially impact these neurodevelopmental events. Here, we investigate how heterozygosity for NDD-associated Trio variants – +/K1431M (ASD), +/K1918X (SCZ), and +/M2145T (bipolar disorder, BPD) – impact mouse behavior, brain development, and synapse structure and function. Heterozygosity for different Trio variants impacts motor, social, and cognitive behaviors in distinct ways that align with clinical phenotypes in humans. Trio variants differentially impact head and brain size with corresponding changes in dendritic arbors of motor cortex layer 5 pyramidal neurons (M1 L5 PNs). Although neuronal structure was only modestly altered in the Trio variant heterozygotes, we observe significant changes in synaptic function and plasticity. We also identified distinct changes in glutamate synaptic release in +/K1431M and +/M2145T cortico-cortical synapses. The TRIO K1431M GEF1 domain has impaired ability to promote GTP exchange on Rac1, but +/K1431M mice exhibit increased Rac1 activity, associated with increased levels of the Rac1 GEF Tiam1. Acute Rac1 inhibition with NSC23766 rescued glutamate release deficits in +/K1431M variant cortex. Our work reveals that discrete NDD-associated Trio variants yield overlapping but distinct phenotypes in mice, demonstrates an essential role for Trio in presynaptic glutamate release, and underscores the importance of studying the impact of variant heterozygosity in vivo.

Artificial nanoparticles accumulate a protein corona layer in biological fluids, which significantly influences their bioactivity. As nanosized obligate intracellular parasites, viruses share many biophysical properties with artificial nanoparticles in extracellular environments and here we show that respiratory syncytial virus (RSV) and herpes simplex virus 1 (HSV-1) accumulate a rich and distinctive protein corona in different biological fluids. Moreover, we show that corona pre-coating differentially affects viral infectivity and immune cell activation. Additionally, we demonstrate that viruses bind amyloidogenic peptides in their corona and catalyze amyloid formation via surface-assisted heterogeneous nucleation. Importantly, we show that HSV-1 catalyzes the aggregation of the amyloid beta peptide (Aβ42), a major constituent of amyloid plaques in Alzheimer’s disease, in-vitro and in animal models. Our results highlight the viral protein corona as an acquired structural layer that is critical for viral-host interactions and illustrate a mechanistic convergence between viral and amyloid pathologies.

Background: Microglia are the endogenous immune cells of the brain and act as sensors of pathology to maintain brain homeostasis and eliminate potential threats. In Alzheimer's disease (AD), toxic amyloid beta (Aβ) accumulates in the brain and forms stiff plaques. In late-onset AD accounting for 95% of all cases, this is thought to be due to reduced clearance of Aβ. Human genome-wide association studies and animal models suggest that reduced clearance results from aberrant function of microglia. While the impact of neurochemical pathways on microglia have been broadly studied, mechanical receptors regulating microglial functions remain largely unexplored. Methods: Here we showed that a mechanotransduction ion channel, PIEZO1, is expressed and functional in human and mouse microglia. We used a small molecule agonist, Yoda1, to study how activation of PIEZO1 affects AD-related functions in human induced pluripotent stem cell (iPSC) -derived microglia-like cells (iMGL) under controlled laboratory experiments. Cell survival, metabolism, phagocytosis and lysosomal activity were assessed using real-time functional assays. To evaluate the effect of activation of PIEZO1 in vivo, 5-month-old 5xFAD male mice were infused daily with Yoda1 for two weeks through intracranial cannulas. Microglial Iba1 expression and Aβ pathology were quantified with immunohistochemistry and confocal microscopy. Published human and mouse AD datasets were used for in-depth analysis of PIEZO1 gene expression and related pathways in microglial subpopulations. Results: We show that PIEZO1 orchestrates Aβ clearance by enhancing microglial survival, phagocytosis, and lysosomal activity. Aβ inhibited PIEZO1-mediated calcium transients, whereas activation of PIEZO1 with a selective agonist, Yoda1, improved microglial phagocytosis resulting in Aβ clearance both in human and mouse models of AD. Moreover, PIEZO1 expression was associated with a unique microglial transcriptional phenotype in AD as indicated by assessment of cellular metabolism, and human and mouse single cell datasets. Conclusion: These results indicate that the compromised function of microglia in AD could be improved by controlled activation of PIEZO1 channels resulting in alleviated Aβ burden. Pharmacological regulation of these mechanoreceptors in microglia could represent a novel therapeutic paradigm for AD.