Loss-of-function mutations of the gene encoding the trafficking protein particle complex subunit 9 (trappc9) cause autosomal recessive intellectual disability and obesity by unknown mechanisms. Genome-wide analysis links trappc9 to non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). Trappc9-deficient mice have been shown to appear overweight shortly after weaning. Here, we analyzed serum biochemistry and histology of adipose and liver tissues to determine the incidence of obesity and NAFLD in trappc9-deficient mice and combined transcriptomic and proteomic analyses, pharmacological studies, and biochemical and histological examinations of postmortem mouse brains to unveil mechanisms involved. We found that trappc9-deficient mice presented with systemic glucose homeostatic disturbance, obesity and NAFLD, which were relieved upon chronic treatment combining dopamine receptor D2 (DRD2) agonist quinpirole and DRD1 antagonist SCH23390. Blood glucose homeostasis in trappc9-deficient mice was restored upon administrating quinpirole alone. RNA-sequencing analysis of DRD2-containing neurons and proteomic study of brain synaptosomes revealed signs of impaired neurotransmitter secretion in trappc9-deficient mice. Biochemical and histological studies of mouse brains showed that trappc9-deficient mice synthesized dopamine normally, but their dopamine-secreting neurons had a lower abundance of structures for releasing dopamine in the striatum. Our study suggests that trappc9 loss-of-function causes obesity and NAFLD by constraining dopamine synapse formation.

Abstract Loss-of-function mutations of the gene encoding the trafficking protein particle complex subunit 9 (trappc9) cause intellectual disability and obesity by unknown mechanisms. Genome-wide analysis links trappc9 to non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). The abrogation of trappc9 in mice has been shown to alter the density of neurons containing dopamine receptor D2 (DRD2) and/or DRD1 in the striatum. Here, we report that trappc9 deficiency in mice resulted in disruption of systemic glucose homeostasis and onset of obesity and NAFLD, which were relieved upon chronic treatment combining DRD2 agonist quinpirole and DRD1 antagonist SCH23390. The homeostasis of systemic glucose in trappc9-deficient mice was restored upon administrating quinpirole alone. Transcriptomic and proteomic analyses revealed signs of impairments in neurotransmitter secretion in trappc9-deficient mice. Brain examinations showed that trappc9-deficient mice synthesized dopamine normally, but their dopamine-secreting neurons had a lower abundance of structures for releasing dopamine in the striatum. Our study suggests that trappc9 loss-of-function causes obesity and NAFLD by constraining dopamine transmission.

Abstract Small interfering RNAs (siRNAs) are a new class of drugs, exhibiting sequence-driven, potent, and sustained silencing of gene expression in vivo . We recently demonstrated that siRNA chemical architectures can be optimized to provide efficient delivery to the CNS. Many genetically-defined neurodegenerative disorders are autosomal dominant favoring selective silencing of the mutant allele. In some cases, successful targeting of the mutant allele requires targeting of a single nucleotide polymorphism (SNP) heterozygosity. Using Huntington’s disease as a model, we demonstrate allele-specific RNAi-based silencing of gene expression in vivo and in neurons differentiated from HD patient-derived iPSCs. A series of in vitro screens, with chemical and thermodynamic optimization, identified compounds with >50-fold selectivity for the mutant HD-causing allele, based on a single nucleotide difference. The optimized compound exhibits selective silencing of mutant huntingtin (HTT) protein in patient derived cells and throughout the HD mouse brain, providing a demonstration of SNP-based allele-specific RNAi silencing of gene expression in vivo in the CNS. The ability to target a disease-causing allele using RNAi-based therapies could be applied to a wide range of dominant CNS disorders, where maintenance of wild-type expression is essential.

Expansion of a triplet repeat tract in exon1 of the HTT gene causes Huntington's disease (HD). The mutant HTT protein (mHTT) has numerous aberrant interactions with diverse, pleiomorphic effects. No disease modifying treatments exist but lowering mutant huntingtin (mHTT) by gene therapy is a promising approach to treat Huntington's disease (HD). It is not clear when lowering should be initiated, how much lowering is necessary and for what duration lowering should occur to achieve benefits. Furthermore, the effects of mHTT lowering on brain lipids have not been assessed. Using a mHtt-inducible mouse model we analyzed whole body mHtt lowering initiated at different ages and sustained for different time-periods. Subcellular fractionation (density gradient ultracentrifugation), protein chemistry (gel filtration, western blot, and capillary electrophoresis immunoassay), liquid chromatography and mass spectrometry of lipids, and bioinformatic approaches were used to test effects of mHTT transcriptional lowering. mHTT protein in cytoplasmic and synaptic compartments of the caudate putamen, which is most affected in HD, was reduced 38-52%. Little or no lowering of mHTT occurred in nuclear and perinuclear regions where aggregates formed at 12 months of age. mHtt transcript repression partially or fully preserved select striatal proteins (SCN4B, PDE10A). Total lipids in striatum were reduced in LacQ140 mice at 9 months and preserved by early partial mHtt lowering. The reduction in total lipids was due in part to reductions in subclasses of ceramide (Cer), sphingomyelin (SM), and monogalactosyldiacylglycerol (MGDG), which are known to be important for white matter structure and function. Lipid subclasses phosphatidylinositol (PI), phosphatidylserine (PS), and bismethyl phosphatidic acid (BisMePA) were also changed in LacQ140 mice. Levels of all subclasses other than ceramide were preserved by early mHtt lowering. Pathway enrichment analysis of RNAseq data imply a transcriptional mechanism is responsible in part for changes in myelin lipids, and some but not all changes can be rescued by mHTT lowering. Our findings suggest that early and sustained reduction in mHtt can prevent changes in levels of select striatal proteins and most lipids but a misfolded, degradation-resistant form of mHTT hampers some benefits in the long term.