Abstract The Shumiya cataract rat (SCR) is a model for hereditary cataract. Two-third of these rats develop lens opacity within 10-11-weeks. Onset of cataract is attributed to the synergetic effect of lanosterol synthase ( Lss ) and farnesyl-diphosphate farnesyltransferase 1 ( Fdft1 ) mutant alleles that lead to cholesterol deficiency in the lenses, which in turn adversely affects lens biology including the growth and differentiation of lens epithelial cells (LECs). Nevertheless, the molecular events and changes in gene expression associated with the onset of lens opacity in SCR is poorly understood. In the present study, a microarray-based approach was employed to analyze comparative gene expression changes in LECs isolated from the pre-cataractous and cataractous stages of lenses of 5-, 8- and 10-week-old SCRs. The changes in gene expression observed in microarray results in the LECs were further validated using real-time PCR and western blot analyses. Lens opacity was not observed in 5-week-old rats. However, histological analysis revealed mild dysplasia in the anterior suture and poorly differentiated fiber cells at the bow region. Expression of approximately 100 genes, including major intrinsic protein of lens fiber ( MIP and Aquaporin0), deoxyribonuclease II beta ( Dnase2b ), heat shock protein B1 ( Hspb1 ), and crystallin γ ( γCry ) B, C, and F were found to be significantly downregulated (0.07-0.5 fold) in rat LECs derived from cataract lenses compared to that in noncataractous lenses (control). Thus, our study aimed to identify the gene expression patterns during cataract formation in SCRs, which may be responsible for cataractogenesis in SCR. We proposed that mutation in lanosterol synthase was responsible for the downregulation of genes associated with lens fiber differentiation, which in turn leads to the formation of cataract in these rats. Our findings may have wider implications in understanding the effect of cholesterol deficiency and the role of cholesterol-lowering therapeutics on cataractogenesis.

SUMMARY Cerebrospinal fluid-contacting neurons (CSF-cNs) are enigmatic mechano- or chemosensory cells lying along the central canal of the spinal cord. Recent studies in zebrafish larvae and lampreys have shown that CSF-cNs control postures and movements via spinal connections. However, the structures, connectivity, and functions in mammals remain largely unknown. Here we developed a method to genetically target mouse CSF-cNs that highlighted structural connections and functions. We first found that intracerebroventricular injection of adeno-associated virus with a neuron-specific promoter and Pkd2l1 - Cre mice specifically labeled CSF-cNs. Single-cell labeling of 71 CSF-cNs revealed rostral axon extensions of over 1800 μm in unmyelinated bundles in the ventral funiculus and terminated on CSF-cNs to form a recurrent circuitry, which was further determined by serial electron microscopy and electrophysiology. CSF-cNs were also found to connect with axial motor neurons and premotor interneurons around the central canal and within the axon bundles. Chemogenetic CSF-cNs inactivation reduced speed and step frequency during treadmill locomotion. Our data revealed the basic structures and connections of mouse CSF-cNs to control spinal motor circuits for proper locomotion. The versatile methods developed in this study will contribute to further understanding of CSF-cNs functions in mammals.

Multiple far-red light-adapted photosystem I (FR-PSI) reaction centers are recently found to work in oxygenic photosynthesis. They contain a small amount of a new type pigment chlorophyll

Abstract Although the amyloid beta (Aβ) hypothesis 1 has long been central to Alzheimer’s disease (AD) research, effective therapeutic strategies remain elusive 2,3 . Here we re-evaluate the functions of amyloid precursor protein (APP) and reveal its critical function in protecting against nuclear impairment-induced cell death and inflammation 4,5 . Overexpression of APP mitigated etoposide or lamin A knockdown-induced nuclear damage, while APP removal or mutations exacerbated these effects. Interestingly, neurons differentiated from induced pluripotent stem cells (iPSCs) exhibited similar patterns, and notably, familial AD-associated mutant APP failed to confer protection against nuclear impairment. We identify APP’s interaction with a cytoplasmic structure of nuclear origin, termed “nuclear waste”, and propose its role in extracellular waste disposal. Intriguingly, cells lacking APP showed impaired nuclear waste clearance, leading to abnormal cytoplasmic accumulation of the nuclear waste. Similarly, neuron-specific APP overexpression using adeno-associated virus (AAV) in mice reduced neuronal death and inflammation caused by nuclear damage. Conversely, shRNA-mediated APP exacerbated these effects, and mutant APP associated with familial AD lacked protective effects. Moreover, postmortem analysis of AD brains revealed accumulation of abnormal nuclear waste in the neurocytoplasm, irregular nuclear morphology, and reduced APP levels per neuron. Our data underscore APP’s crucial role in disposing of nuclear waste, maintaining cellular homeostasis, and suggest its dysregulation as a potential contributor to AD pathogenesis. Restoring APP waste clearance in AD could be a promising target for disease-modifying therapies.

Brain arteriovenous malformations (bAVMs) are anomalies forming vascular tangles connecting the arteries and veins, which cause hemorrhagic stroke in young adults. Current surgical approaches are highly invasive, and alternative therapeutic methods are warranted. Recent genetic studies identified KRAS mutations in endothelial cells of bAVMs; however, the underlying process leading to malformation in the postnatal stage remains unknown. Here we established a mouse model of bAVM developing during the early postnatal stage. Among 4 methods tested, mutant KRAS specifically introduced in brain endothelial cells by brain endothelial cell-directed adeno-associated virus (AAV) and endothelial cell-specific Cdh5-CreERT2 mice successfully induced bAVMs in the postnatal period. Mutant KRAS led to the development of multiple vascular tangles and hemorrhage in the brain with increased MAPK/ERK signaling and growth in endothelial cells. Three-dimensional analyses in cleared tissue revealed dilated vascular networks connecting arteries and veins, similar to human bAVMs. Single-cell RNA-Seq revealed dysregulated gene expressions in endothelial cells and multiple cell types involved in the pathological process. Finally, we employed CRISPR/CasRx to knock down mutant KRAS expression, which efficiently suppressed bAVM development. The present model reveals pathological processes that lead to postnatal bAVMs and demonstrates the efficacy of therapeutic strategies with CRISPR/CasRx.

Abstract Ancient genome analysis has become an indispensable tool in studies of human population history and evolution after the breakthrough of whole genome sequencing technology. Meanwhile, the problem has been not resolved that ancient genome cannot be analyzed without crushing non-small pieces of precious specimens; in spite of that, in many cases, there is no DNA remaining sufficiently in the piece of samples for obtaining the whole genome sequences. In previous studies, therefore, a couple of indicators (e.g., racemization ratios) have been proposed to estimate the endogenous DNA in ancient samples. However, these studies have used polymerase chain reaction (PCR) to test whether endogenous DNA is remaining, which has been inadequate because the success or failure of PCR amplification does not necessarily reflect DNA remaining. To assess the amount of endogenous DNA, we use the ratios of reads generated by the next-generation sequencer (NGS) mapped to the human reference genome sequence. We investigate 40 Jomon remains and find a significant association between the collagen residual ratios (CRRs) in rib bones and the mapping ratios (MRs). Because the weight of bone required to measure collagen residual is much less than that required to obtain DNA needed for NGS analysis, which is always necessary for dating, the collagen in ribs can be a good indicator for successful ancient genome analyses.

We calculated the spatial distribution function, which is the one-body reduced density distribution of solvent particles around a nonspherical solute, using the three-dimensional Ornstein–Zernike equations coupled with closures. The solvent was a hard-sphere fluid, and the contact dimer of the solvent particles was the nonspherical solute. Two traditional closures, the Percus–Yevick and hypernetted-chain approximations, and three closures with bridge functions (BFs) were examined. These spatial distribution functions were compared with the results obtained by grand canonical Monte Carlo (GCMC) simulations. Three closures with BFs, such as the modified hypernetted-chain (MHNC) closure using a bridge function proposed by Kinoshita, gave precise spatial distribution functions. These results were much more accurate than those obtained by the traditional closures. The deviations from the spatial distribution function obtained by the GCMC simulation appeared only near the concave surface of the solute dimer. However, the deviations were minor compared with those between the simulation and the predictions of the two traditional closures. By contrast, the three-body correlation functions for the closures with BFs were not more accurate than those obtained by the traditional closures.