Activating leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) mutations cause Parkinson's and phosphorylation of Rab10 by pathogenic LRRK2 blocks primary ciliogenesis in cultured cells. In the mouse brain, LRRK2 blockade of primary cilia is highly cell type specific: For example, cholinergic interneurons and astrocytes but not medium spiny neurons of the dorsal striatum lose primary cilia in LRRK2-pathway mutant mice. We show here that the cell type specificity of LRRK2-mediated cilia loss is also seen in human postmortem striatum from patients with LRRK2 pathway mutations and idiopathic Parkinson's. Single nucleus RNA sequencing shows that cilia loss in mouse cholinergic interneurons is accompanied by decreased glial-derived neurotrophic factor transcription, decreasing neuroprotection for dopamine neurons. Nevertheless, LRRK2 expression differences cannot explain the unique vulnerability of cholinergic neurons to LRRK2 kinase as much higher LRRK2 expression is seen in medium spiny neurons that have normal cilia. In parallel with decreased striatal dopaminergic neurite density, LRRK2 G2019S neurons show increased autism-linked CNTN5 adhesion protein expression; glial cells show significant loss of ferritin heavy chain. These data strongly suggest that loss of cilia in specific striatal cell types decreases neuroprotection for dopamine neurons in mice and human Parkinson's.

Abstract Background Triploid bananas are almost sterile. However, we succeeded in harvesting seeds from two edible triploid banana individuals (Genotype: ABB) in our conservation repository where various wild diploid bananas were also grown. The resulting rare offspring survived to seedling stages. DNA content analyses reveal that they are tetraploid. Since bananas contain maternally inherited plastids and paternally inherited mitochondria, we sequenced and assembled plastomes and mitogenomes of these seedlings to trace their hybridization history. Results The coding sequences of both organellar genomic scaffolds were extracted, aligned, and concatenated for constructing phylogenetic trees. Our results suggest that these tetraploid seedlings be derived from hybridization between edible triploid bananas and wild diploid Musa balbisiana (BB) individuals. We propose that generating female triploid gametes via apomeiosis may allow the triploid maternal bananas to produce viable seeds. Conclusions Our study suggests a practical avenue towards expanding genetic recombination and increasing genetic diversity of banana breeding programs . Further cellular studies are needed to understand the fusion and developmental processes that lead to formation of hybrid embryos in banana reproduction, polyploidization, and evolution.

ABSTRACT Mutations in LRRK2 and PINK1 are associated with familial Parkinson’s disease (PD). LRRK2 phosphorylates Rab GTPases within the Switch II domain whilst PINK1 directly phosphorylates Parkin and ubiquitin and indirectly induces phosphorylation of a subset of Rab GTPases. Herein we have crossed LRRK2 [R1441C] mutant knock-in mice with PINK1 knock-out (KO) mice and report that loss of PINK1 does not impact endogenous LRRK2-mediated Rab phosphorylation nor do we see significant effect of mutant LRRK2 on PINK1-mediated Rab and ubiquitin phosphorylation. In addition, we observe that a pool of the Rab-specific, PPM1H phosphatase, is transcriptionally up-regulated and recruited to damaged mitochondria, independent of PINK1 or LRRK2 activity. Parallel signalling of LRRK2 and PINK1 pathways is supported by assessment of motor behavioural studies that show no evidence of genetic interaction in crossed mouse lines. Previously we showed loss of cilia in LRRK2 R1441C mice and herein we show that PINK1 KO mice exhibit a ciliogenesis defect in striatal cholinergic interneurons and astrocytes that interferes with Hedgehog induction of glial derived-neurotrophic factor (GDNF) transcription. This is not exacerbated in double mutant LRRK2 and PINK1 mice. Overall, our analysis indicates that LRRK2 activation and/or loss of PINK1 function along parallel pathways to impair ciliogenesis, suggesting a convergent mechanism towards PD. Our data suggests that reversal of defects downstream of ciliogenesis offers a common therapeutic strategy for LRRK2 or PINK1 PD patients whereas LRRK2 inhibitors that are currently in clinical trials are unlikely to benefit PINK1 PD patients.

Parkinsons disease-associated, activating mutations in Leucine Rich Repeat Kinase 2 (LRRK2) block primary cilia formation in cholinergic and parvalbumin interneurons and astrocytes in the striatum, decreasing the production of GDNF and NRTN neuroprotective factors that normally support dopaminergic neuron viability. We show here that 3 month-dietary administration of the MLi-2 LRRK2 kinase inhibitor restores primary cilia and the Hedgehog-responsive production of neuroprotective GDNF and NRTN by these neurons; cilia are also restored on cholinergic neurons of the pedunculopontine nucleus. Importantly, we detect recovery of striatal dopaminergic processes and decreased stress-triggered Hedgehog signaling by nigral dopaminergic neurons. Thus, pathogenic LRRK2-driven cilia loss is reversible in post-mitotic neurons and astrocytes, which suggests that early administration of specific LRRK2 inhibitors may have significant therapeutic benefit for patients in the future.

Abstract The most frequent missense mutations in familial Parkinson’s disease (PD) occur in the highly conserved LRRK2/PARK8 gene with G2019S mutation. We previously established a fly model of PD carrying the LRRK2-G2019S mutation that exhibited the parkinsonism-like phenotypes. An herbal medicine— Gastrodia elata Blume (GE), has been reported to have neuroprotective effects in toxin- induced PD models. However, the underpinning molecular mechanisms of GE beneficiary to G2019S- induced PD remain unclear. Here, we show that these G2019S flies treated with water extracts of GE (WGE) and its bioactive compounds, gastrodin and 4-HBA, displayed locomotion improvement and dopaminergic neuron protection. WGE suppressed the accumulation and hyperactivation of G2019S proteins in dopaminergic neurons, and activated the antioxidation and detoxification factor Nrf2 mostly in the astrocyte-like and ensheathing glia. Glial activation of Nrf2 antagonizes G2019S-induced Mad/Smad signaling. Moreover, we treated LRRK2-G2019S transgenic mice with WGE and found the locomotion declines, the loss of dopaminergic neurons, and the number of hyperactive microglia were restored. WGE also suppressed the hyperactivation of G2019S proteins and regulated the Smad2/3 pathways in the mice brains. We conclude that WGE prevents locomotion defects and the neuronal loss induced by G2019S mutation via glial Nrf2/Mad signaling, unveiling a potential therapeutic avenue for PD.

Abstract Antibiotics used as growth promoters in livestock and animal husbandry can be detected in animal-derived food. Epidemiological studies have implicated that exposure to these antibiotic residues in food may be associated to childhood obesity. Herein, the effect of exposure to residual dose of tylosin—an antibiotic growth promoter—on host metabolism and gut microbiota was explored in vivo . Theoretical maximal daily intake (TMDI) doses of tylosin were found to facilitate high-fat diet-induced obesity, induce insulin resistance, and perturb the composition of gut microbiota in mice. The obesity-related phenotypes were transferrable to germ-free recipient mice, indicating that the effects of TMDI dose of tylosin on obesity and insulin resistance occurred mainly via alteration of the gut microbiota. Tylosin TMDI exposure restricted to early life, which is the critical period of gut microbiota development, altered the abundance of specific bacteria related to host metabolic homeostasis later in life. Moreover, early-life exposure to tylosin TMDI was sufficient to modify the ratio of primary to secondary bile acids, thereby inducing lasting metabolic consequences via the downstream FGF15 signaling pathway. Altogether, these findings demonstrate that exposure to very low dose of antibiotic residues, whether continuously or in early life, can exert long-lasting effects on host metabolism by altering gut microbiota and its metabolites. Importance Evidence has indicated that chronic exposure to antibiotic residues in food could contribute to obesity. However, few studies have investigated the effect of chronic exposure to very low-dose antibiotic residue in food (~1000-fold lower than the therapeutic dose) on gut microbiota and host metabolism. Our study demonstrates that even with limited exposure in early life, a residual dose of tylosin causes lasting metabolic disturbances through altering gut microbiota and its metabolites. Our findings reveal that the gut microbiota is susceptible to previously ignored environmental factors.

Parkinson’s disease–associated, activating mutations in the LRRK2 kinase block primary cilium formation in cell culture and in specific cell types in the brain. In the striatum that is important for movement control, about half of astrocytes and cholinergic interneurons, but not the predominant medium spiny neurons, lose their primary cilia. Here, we show that mouse and human striatal parvalbumin interneurons that are inhibitory regulators of movement also lose primary cilia. Without cilia, these neurons are not able to respond to Sonic hedgehog signals that normally induce the expression of Patched RNA, and their numbers decrease. In addition, in mouse, glial cell line–derived neurotrophic factor–related Neurturin RNA is significantly decreased. These experiments highlight the importance of parvalbumin neurons in cilium-dependent, neuroprotective signaling pathways and show that LRRK2 activation correlates with decreased Neurturin production, resulting in less neuroprotection for dopamine neurons.

Activating LRRK2 mutations cause Parkinson's disease. Previously, we showed that cholinergic interneurons and astrocytes but not medium spiny neurons of the dorsal striatum lose primary cilia in LRRK2 mutant mice. Single nucleus RNA sequencing shows that cilia loss in cholinergic interneurons correlates with higher LRRK2 expression and decreased glial derived neurotrophic factor transcription. Nevertheless, much higher LRRK2 expression is seen in medium spiny neurons that have normal cilia in mice and humans. In parallel with decreased striatal dopaminergic neurite density, LRRK2 G2019S neurons show increased autism-linked CNTN5 adhesion protein expression; glial cells show significant loss of ferritin heavy chain. Human striatal tissue from LRRK2 pathway mutation carriers and idiopathic Parkinson's disease show similar cilia loss in cholinergic interneurons and astrocytes and overall loss of such neurons. These data strongly suggest that loss of cilia in specific striatal cell types decreases neuroprotection for dopamine neurons in mice and human Parkinson's disease.

Abstract Parkinson’s disease-associated, activating mutations in LRRK2 kinase block primary cilia formation in cell culture and in specific cell types in the brain. In the striatum that is important for movement control, about half of astrocytes and cholinergic interneurons, but not the predominant medium spiny neurons, lose their primary cilia. Here we show that Parvalbumin interneurons that are inhibitory regulators of movement also lose primary cilia. Without cilia, these neurons are not able to respond to Sonic hedgehog signals that normally induce the expression of Patched protein, and their numbers decrease. In addition, glial cell line-derived neurotrophic factor-related Neurturin expression is significantly decreased. These experiments highlight the importance of Parvalbumin neurons in cilia-dependent, neuroprotective signaling pathways and show that LRRK2 activation decreases Neurturin production, resulting in less neuroprotection for dopamine neurons. Summary Parvalbumin interneurons in the dorsal striatum lose primary cilia in mice harboring Parkinson’s-associated, activating mutations in LRRK2 kinase, resulting in loss of Hedgehog signaling and decreased production of neuroprotective, Glial cell line-derived neurotrophic factor-related Neurturin to support dopamine neurons.