ABSTRACT Identification and characterisation of novel targets for treatment is a priority in the field of psychiatry. FKBP5 is a gene with decades of evidence suggesting its pathogenic role in a subset of psychiatric patients, with potential to be leveraged as a therapeutic target for these individuals. While it is widely reported that FKBP5 /FKBP51 mRNA/protein ( FKBP5 /1) expression is impacted by psychiatric disease state, risk genotype and age, it is not known in which cell-types and sub-anatomical areas of the human brain this occurs. This knowledge is critical to propel FKBP5 /1-targeted treatment development. Here, we performed an extensive, large-scale postmortem study (n=1024) of FKBP5 /1 examining prefrontal cortex (BA9, BA11, BA24) derived from subjects that lived with schizophrenia, major depression or bipolar disorder. With an extensive battery of RNA (bulk RNA sequencing, single-nucleus RNA sequencing, microarray, qPCR, RNAscope) and protein (immunoblot, immunohistochemistry) analysis approaches, we thoroughly investigated the effects of disease-state, aging and genotype on cortical FKBP5 /1 expression including in a cell-type specific manner. We identified consistently heightened FKBP5 /1 levels in psychopathology and with age, but not genotype, with these effects strongest in schizophrenia. Using single-nucleus RNA sequencing (snRNAseq) and targeted histology, we established that these disease- and aging-effects on FKBP5 /1 expression were most pronounced in excitatory supragranular neurons. We then found that this increase in FKBP5 levels likely impacts on synaptic plasticity, as FKBP5 gex levels strongly and inversely correlated with dendritic mushroom spine density and brain-derived neurotrophic factor ( BDNF ) levels in supragranular neurons. These findings pinpoint a novel cellular and molecular mechanism that has significant potential to open a new avenue of FKBP51 drug development to treat cognitive symptoms in psychiatric disorders.

Abstract Aging is a complex biological process and represents the largest risk factor for neurodegenerative disorders. The risk for neurodegenerative disorders is also increased in individuals with psychiatric disorders. Here, we characterized age-related transcriptomic changes in the brain by profiling ~800,000 nuclei from the orbitofrontal cortex from 87 individuals with and without psychiatric diagnoses and replicated findings in an independent cohort with 32 individuals. Aging affects all cell types, with LAMP5 + LHX6 + interneurons, a cell-type abundant in primates, by far the most affected. Disrupted synaptic transmission emerged as a convergently affected pathway in aged tissue. Age-related transcriptomic changes overlapped with changes observed in Alzheimer’s disease across multiple cell types. We find evidence for accelerated transcriptomic aging in individuals with psychiatric disorders and demonstrate a converging signature of aging and psychopathology across multiple cell types. Our findings shed light on cell-type-specific effects and biological pathways underlying age-related changes and their convergence with effects driven by psychiatric diagnosis.

Abstract An adaptive stress response involves various mediators and circuits orchestrating a complex interplay of physiological, emotional and behavioural adjustments. We identified a population of corticotropin-releasing hormone (CRH) neurons in the lateral part of the interstitial nucleus of the anterior commissure (IPACL) – a subdivision of the extended amygdala, which exclusively innervate the substantia nigra (SN). Specific stimulation of this circuit elicits arousal and avoidance behaviour contingent on CRH receptor 1 (CRHR1) located at axon terminals in the SN, which originate from external globus pallidus (GPe) neurons. The neuronal activity prompting the observed behaviour is shaped by IPACL CRH and GPe CRHR1 neurons coalescing in the SN. These results delineate a novel tripartite CRH circuit functionally connecting extended amygdala and basal ganglia nuclei to drive arousal and avoidance behaviour. One-Sentence Summary Brain centres involved in emotional and motor control are connected through a stress peptide promoting arousal and avoidance behaviour

Schizophrenia (SCZ) is a highly polygenic disease and genome wide association studies have identified thousands of genetic variants that are statistically associated with this psychiatric disorder. However, our ability to translate these associations into insights on the disease mechanisms has been challenging since the causal genetic variants, their molecular function and their target genes remain largely unknown. In order to address these questions, we established a functional genomics pipeline in combination with induced pluripotent stem cell technology to functionally characterize ~35,000 non-coding genetic variants associated with schizophrenia along with their target genes. This analysis identified a set of 620 (1.7%) single nucleotide polymorphisms as functional on a molecular level in a highly cell type and condition specific fashion. These results provide a high-resolution map of functional variant-gene combinations and offer comprehensive biological insights into the developmental context and stimulation dependent molecular processes modulated by SCZ associated genetic variation.

Schizophrenia (SCZ) is a genetically heterogenous psychiatric disorder of highly polygenic nature. Correlative evidence from genetic studies indicate that the aggregated effects of distinct genetic risk factor combinations found in each patient converge onto common molecular mechanisms. To prove this on a functional level, we employed a reductionistic cellular model system for polygenic risk by differentiating induced pluripotent stem cells (iPSCs) from 104 individuals with high polygenic risk load and controls into cortical glutamatergic neurons (iNs). Multi-omics profiling identified widespread differences in alternative polyadenylation (APA) in the 3' untranslated region of many synaptic transcripts between iNs from SCZ patients and healthy donors. On the cellular level, 3'APA was associated with a reduction in synaptic density of iNs. Importantly, differential APA was largely conserved between postmortem human prefrontal cortex from SCZ patients and healthy donors, and strongly enriched for transcripts related to synapse biology. 3'APA was highly correlated with SCZ polygenic risk and affected genes were significantly enriched for SCZ associated common genetic variation. Integrative functional genomic analysis identified the RNA binding protein and SCZ GWAS risk gene PTPB2 as a critical trans-acting factor mediating 3'APA of synaptic genes in SCZ subjects. Functional characterization of PTPB2 in iNs confirmed its key role in 3'APA of synaptic transcripts and regulation of synapse density. Jointly, our findings show that the aggregated effects of polygenic risk converge on 3'APA as one common molecular mechanism that underlies synaptic impairments in SCZ.