Abstract Deciphering the striatal interneuron diversity is key to understanding the basal ganglia circuit and to untangling the complex neurological and psychiatric diseases affecting this brain structure. We performed snRNA-seq and spatial transcriptomics of postmortem human caudate nucleus and putamen samples to elucidate the diversity and abundance of interneuron populations and their inherent transcriptional structure in the human dorsal striatum. We propose a comprehensive taxonomy of striatal interneurons with eight main classes and fourteen subclasses, providing their full transcriptomic identity and spatial expression profile as well as additional quantitative FISH validation for specific populations. We have also delineated the correspondence of our taxonomy with previous standardized classifications and shown the main transcriptomic and class abundance differences between caudate nucleus and putamen. Notably, based on key functional genes such as ion channels and synaptic receptors, we found matching known mouse interneuron populations for the most abundant populations, the recently described PTHLH and TAC3 interneurons. Finally, we were able to integrate other published datasets with ours, supporting the generalizability of this harmonized taxonomy.

Thyroid hormones (THs) are critical regulators of systemic energy metabolism and homeostasis. In the liver, high TH action protects against steatosis by enhancing cholesterol and triglyceride turnover, with thyroid hormone receptor beta (THRB) signaling playing a pivotal role. This study probed the potential interaction between THRB action and another critical regulator of liver energy metabolism, the circadian clock. Liver transcriptome analysis of THRB deficient (THRBKO) mice under normal chow conditions revealed a markedly modest impact of THRB deletion. Temporal transcriptome and lipidome profiling uncovered significant alterations in diurnal metabolic rhythms attributable to THRB deficiency pointing to a pro-steatotic state with elevated levels of cholesterol, tri- and diacylglycerides, and fatty acids. These findings were confirmed by THRB agonization in hepatocytes under steatosis-promoting conditions in vitro. Integration of transcriptome profiles from THRBKO mice and mice with induced high or low TH action identified a subset of TH responsive but THRB insensitive genes implicated in immune processes. In summary, our study reveals a complex time-of-day dependent interaction of different TH-related signals in the regulation of liver physiology indicating an opportunity for chronopharmacological approaches to TH/THR(B) manipulation in fatty liver diseases.

ABSTRACT Diurnal (i.e., 24-hour) physiological rhythms depend on transcriptional programs controlled by a set of circadian clock genes/proteins. Systemic factors like humoral and neuronal signals, oscillations in body temperature, and food intake align physiological circadian rhythms with external time. Thyroid hormones (THs) are major regulators of circadian clock target processes such as energy metabolism, but little is known about how fluctuations in TH levels affect the circadian coordination of tissue physiology. In this study, a high triiodothyronine (T 3 ) state was induced in mice by supplementing T 3 in the drinking water, which affected body temperature, and oxygen consumption in a time-of-day dependent manner. 24-hour transcriptome profiling of liver tissue identified 37 robustly and time independently T 3 associated transcripts as potential TH state markers in the liver. Such genes participated in xenobiotic transport, lipid and xenobiotic metabolism. We also identified 10 – 15 % of the liver transcriptome as rhythmic in control and T 3 groups, but only 4 % of the liver transcriptome (1,033 genes) were rhythmic across both conditions – amongst these several core clock genes. In-depth rhythm analyses showed that most changes in transcript rhythms were related to mesor (50%), followed by amplitude (10%), and phase (10%). Gene set enrichment analysis revealed TH state dependent reorganization of metabolic processes such as lipid and glucose metabolism. At high T 3 levels, we observed weakening or loss of rhythmicity for transcripts associated with glucose and fatty acid metabolism, suggesting increased hepatic energy turnover. In sum, we provide evidence that tonic changes in T 3 levels restructure the diurnal liver metabolic transcriptome independent of local molecular circadian clocks.

Abstract Deciphering the striatal interneuron diversity is key to understanding the basal ganglia circuit and to untangle the complex neurological and psychiatric diseases affecting this brain structure. We performed single-nucleus RNA-sequencing (snRNA-seq) of postmortem human caudate nucleus (CN) and putamen (Pu) samples to elucidate the diversity and abundance of interneuron populations and their transcriptional structure in the human dorsal striatum. We propose a new taxonomy of striatal interneurons with eight main classes. We provide specific markers for all subclasses and validated some of them with quantitative in situ fluorescence hybridization, such as a novel PTHLH-expressing population that exhibits different abundance and gene expression between CN and Pu. For the most abundant interneuron populations in human striatum, PTHLH and TAC3, we found matching known mouse interneuron populations based on key functional genes such as ion channels and synaptic receptors. Remarkably, human TAC3 and mouse Th populations share important similarities including the expression of the neuropeptide tachykinin 3. Finally, we were able to integrate our dataset with several prior smaller human striatal snRNA-seq studies, thus supporting the generalizability of this new harmonized taxonomy.

Thyroid hormones (THs) are important regulators of systemic energy metabolism. In the liver, they stimulate lipid and cholesterol turnover and increase systemic energy bioavailability. It is still unknown how the TH state interacts with the circadian clock, another important regulator of energy metabolism. We addressed this question using a mouse model of hypothyroidism and performed circadian analyses. Low TH levels decreased locomotor activity, food intake, and body temperature mostly in the active phase. Concurrently, liver transcriptome profiling showed only subtle effects compared to elevated TH conditions. Comparative circadian transcriptome profiling revealed alterations in mesor, amplitude, and phase of transcript levels in the livers of low-TH mice. Genes associated with cholesterol uptake, biosynthesis, and bile acid secretion showed reduced mesor. Increased and decreased cholesterol levels in the serum and liver were identified, respectively. Combining data from low- and high-TH conditions allowed the identification of 516 genes with mesor changes as molecular markers of the liver TH state. These genes participate in many known TH-associated processes. We further explored these genes and created a unique expression panel that can assess liver TH state in a time-of-day dependent manner. Our findings suggest that the liver has a low TH state under physiological conditions. Circadian profiling reveals genes as potential markers of liver TH state in one-time point studies.