Summary Glucocorticoids are important for proper organ maturation and their levels are tightly regulated during development. Here we use human cerebral organoids and mice to study cell-type specific effects of glucocorticoids on neurogenesis. We show that glucocorticoids increase a specific type of basal progenitors (co-expressing PAX6 and EOMES ) that has been shown to drive cortical expansion in gyrified species. This effect is mediated via the transcription factor ZBTB16 and leads to increased production of neurons. A phenome-wide mendelian randomization analysis of an enhancer variant that moderates glucocorticoid-induced ZBTB16 levels, reveals causal relationships with higher educational attainment and altered brain structure. The relationship with postnatal cognition is supported by data from a prospective pregnancy cohort. This study provides a novel cellular and molecular pathway for the effects of glucocorticoids on human neurogenesis that relates to lasting postnatal phenotypes.

Abstract Elevated interleukin (IL-)6 levels during prenatal development have been linked to increased risk for neurodevelopmental disorders (NDD) in the offspring, but the mechanism remains unclear. Human-induced pluripotent stem cell (hiPSC) models offer a valuable tool to study the effects of IL-6 on features relevant for human neurodevelopment in vitro . We previously reported that hiPSC-derived microglia-like cells (MGLs) respond to IL-6, but neural progenitor cells (NPCs) in monoculture do not. Therefore, we investigated whether co-culturing hiPSC-derived MGLs with NPCs would trigger a cellular response to IL-6 stimulation via secreted factors from the MGLs. Using N=4 donor lines without psychiatric diagnosis, we first confirmed that NPCs can respond to IL-6 through trans-signalling when recombinant IL-6Ra is present, and that this response is dose-dependent. MGLs secreted soluble IL-6R, but at lower levels than found in vivo and below that needed to activate trans-signalling in NPCs. Whilst transcriptomic and secretome analysis confirmed that MGLs undergo substantial transcriptomic changes after IL-6 exposure and subsequently secrete a cytokine milieu, NPCs in co-culture with MGLs exhibited a minimal transcriptional response. Furthermore, there were no significant cell fate-acquisition changes when differentiated into post-mitotic cultures, nor alterations in synaptic densities in mature neurons. These findings highlight the need to investigate if trans-IL-6 signalling to NPCs is a relevant disease mechanism linking prenatal IL-6 exposure to increased risk for psychiatric disorders. Moreover, our findings underscore the importance of establishing more complex in vitro human models with diverse cell types, which may show cell-specific responses to microglia-released cytokines to fully understand how IL-6 exposure may influence human neurodevelopment.

Elevated interleukin (IL-)6 levels during prenatal development have been linked to increased risk for neurodevelopmental disorders (NDD) in the offspring, but the mechanism remains unclear. Human-induced pluripotent stem cell (hiPSC) models offer a valuable tool to study the effects of IL-6 on features relevant for human neurodevelopment in vitro. We previously reported that hiPSC-derived microglia-like cells (MGLs) respond to IL-6, but neural progenitor cells (NPCs) in monoculture do not. Therefore, we investigated whether co-culturing hiPSC-derived MGLs with NPCs would trigger a cellular response to IL-6 stimulation via secreted factors from the MGLs. Using N=4 donor lines without psychiatric diagnosis, we first confirmed that NPCs can respond to IL-6 through trans-signalling when recombinant IL-6Ra is present, and that this response is dose-dependent. MGLs secreted soluble IL-6R, but at lower levels than found in vivo and below that needed to activate trans-signalling in NPCs. Whilst transcriptomic and secretome analysis confirmed that MGLs undergo substantial transcriptomic changes after IL-6 exposure and subsequently secrete a cytokine milieu, NPCs in co-culture with MGLs exhibited a minimal transcriptional response. Furthermore, there were no significant cell fate-acquisition changes when differentiated into post-mitotic cultures, nor alterations in synaptic densities in mature neurons. These findings highlight the need to investigate if trans-IL-6 signalling to NPCs is a relevant disease mechanism linking prenatal IL-6 exposure to increased risk for psychiatric disorders. Moreover, our findings underscore the importance of establishing more complex in vitro human models with diverse cell types, which may show cell-specific responses to microglia-released cytokines to fully understand how IL-6 exposure may influence human neurodevelopment.

Disruptions in the tightly regulated process of human brain development have been linked to increased risk for brain and mental illnesses. While the genetic contribution to these diseases is well established, important environmental factors have been less studied at molecular and cellular levels. In this study, we used single-cell and cell-type-specific techniques to investigate the effect of glucocorticoid (GC) exposure, a mediator of antenatal environmental risk, on gene regulation and lineage specification in unguided human neural organoids. We characterized the transcriptional response to chronic GC exposure during neural differentiation and studied the underlying gene regulatory networks by integrating single-cell transcriptomics-with chromatin accessibility data. We found lasting cell type-specific changes that included autism risk genes and several transcription factors associated with neurodevelopment. Chronic GCs influenced lineage specification primarily by priming the inhibitory neuron lineage through key transcription factors like PBX3. We provide evidence for convergence of genetic and environmental risk factors through a common mechanism of altering lineage specification.