ABSTRACT Unique hallmarks of human neocortical development include slower rates of neurogenesis and the establishment of an extracellular matrix-rich, outer-subventricular zone that supports basal neural progenitor cell expansion. How gene regulatory networks have evolved to support these human-specific neurodevelopmental features is poorly understood. Mining single cell data from cerebral organoids and human fetal cortices, we found that NEUROG2 expression is enriched in basal neural progenitor cells. To identify and purify NEUROG2 -expressing cells and trace their short-term lineage, we engineered two NEUROG2-mCherry knock-in human embryonic stem cell lines to produce cerebral organoids. Transcriptomic profiling of mCherry-high organoid cells revealed elevated expression of PPP1R17 , associated with a fast-evolving human-accelerated regulatory region, oligodendrocyte precursor cell and extracellular matrix-associated gene transcripts. Conversely, only neurogenic gene transcripts were enriched in mCherry-high cortical cells from Neurog2:mCherry knock-in mice. Finally, we show that Neurog2 is sufficient to induce Ppp1r17 , which slows human neural progenitor cell division, and Col13a1 , an extracellular matrix gene, in P19 cells. NEUROG2 thus regulates a human neurodevelopmental gene regulatory program implicated in supporting a pro-proliferative basal progenitor cell niche and tempering the neurogenic pace. SUMMARY STATEMENT Transcriptomic analyses of NEUROG2-mCherry knock-in human embryonic stem cell-derived cerebral organoids reveal a link between NEUROG2 and extracellular matrix remodeling during human cortical development.

SUMMARY The retina is an exquisitely patterned tissue, with neuronal somata positioned at regular intervals to completely sample the visual field. Cholinergic amacrine cells are spectacular exemplars of precision, distributing in two radial layers and tangentially, forming regular mosaics. Here, we investigated how the intracellular phosphatase Pten and the cell adhesion molecule Dscam cooperate to regulate amacrine cell patterning. Using double mutants to test epistasis, we found that Pten and Dscam function in parallel pathways to regulate amacrine cell positioning. Mechanistically, Pten regulates endocytic remodeling of cell adhesion molecules (Dscam, Megf10, Fat3), which are aberrantly redistributed in Pten conditional-knock-out (cKO) amacrine cells. Furthermore, extracellular vesicles derived from multivesicular endosomes have altered proteomes in Pten cKO retinas. Consequently, Wnt signaling is elevated in Pten cKO retinal amacrine cells, the pharmacological disruption of which phenocopies Pten cKO patterning defects. Pten thus controls endocytic trafficking of critical cell adhesion/signaling molecules to control amacrine cell spacing. HIGHLIGHTS Pten and Dscam act in parallel pathways to regulate amacrine cell spacing Endocytic remodeling of cell adhesion molecules is perturbed in Pten cKO retinas Extracellular vesicle content is altered in Pten cKO retinas Perturbation of Wnt signaling phenocopies defects in amacrine cell positioning eTOC BLURB Patterns in nature range from stereotyped distributions of colored patches on butterfly wings to precise neuronal spacing in the nervous system. Waddington proposed that built-in constraints canalize developmental patterns. Touahri et al . identified Pten -mediated endocytic trafficking of cell adhesion/signaling molecules as a novel constraint measure controlling retinal amacrine cell patterning.

Human-derived cerebral organoids (COs) are an emerging model system for the study of human neural development and physiology. Here, we describe the assessment of metabolism in human-derived COs using high-resolution magic-angle spinning (HR-MAS) NMR spectroscopy. Metabolic changes during development are assessed by studying COs at various stages of maturity. Our results suggest that COs exhibit a metabolic profile similar to in vivo human brain metabolism, albeit with a few notable metabolic differences.

Abstract Isocitrate dehydrogenase (IDH) mutant gliomas, including oligodendroglioma (IDH-O) and astrocytoma (IDH-A), have signature slow-growth rates that are poorly understood. Here, we reveal that SMPD3, a ceramide-producing sphingomyelinase implicated as a tumor suppressor gene and involved in extracellular vesicle biogenesis, suppresses IDH-mutant tumor growth via autocrine and paracrine actions. In patients with IDH-mutant gliomas, higher SMPD3 expression levels correlate with longer survival, consistent with ceramide acting as an anti-oncometabolite. SMPD3 knock-down in patient-derived IDH-O cells enhances proliferation cell-autonomously in 2D-culture and 3D-human cerebral organoids, and accelerates tumor growth in mouse orthotopic xenografts. Supporting paracrine actions, IDH-O-derived extracellular vesicles, enriched in ribosomal proteins, induce astrocytic death in vitro . Furthermore, non-neoplastic glia in IDH-O tumors proliferate abnormally yet undergo apoptosis, concomitant with the acquisition of a translation-enriched transcriptional signature by tumor-associated oligodendrocytes. SMPD3 thus suppresses IDH-mutant glioma growth cell-autonomously and phenotypically alters normal glia via extracellular vesicle biogenesis and paracrine actions.