Abstract The class C orphan GPCR GPR156, which lacks the typical extracellular region, plays a pivotal role in auditory function through G i2/3 . Here, we demonstrate that GPR156 with high constitutive activity is essential for maintaining auditory function, and we further present two cryo-EM structures of human GPR156. The GPR156 dimer in both the apo state and G i3 protein-coupled state adopt a TM5/6-TM5/6 interface, indicating the high constitutive activity of GPR156 in the apo state. The C-terminus plays a dual role in promoting G protein binding within G-bound subunit while preventing the G-free subunit from binding to additional G protein. These observations explain how GPCR activity is maintained through dimerization and provide a mechanistic insight into the sustained role of GPR156 in maintaining auditory function.

Abstract The maintenance of normal balance sensing is a fundamental prerequisite for virtually every activity of daily life. As one set most important balance information collectors, vestibular hair cells convert mechanical stimuli from head movement into electrical signals through a mechanoelectrical transduction (MET) process. The molecular mechanism underlying equilibrioception and MET in vestibular hair cells is not well understood but is generally believed to be mediated by ion channels. However, whether these procedures are also mediated by other receptors, such as GPCRs, which are known to govern light, odorant and taste sensing, is not known. Here, by screening the expression of force-sensitive adhesion GPCRs in vestibular hair cells and phenotype profiling in animal models, we identified that a seven-transmembrane receptor, GPR133, was able to sense force in utricle hair cells and was required for maintenance of normal equilibrioception. Notably, GPR133 converted mechanical stimuli into changes in intracellular cAMP levels through Gi engagement and then modulated plasma membrane excitability and mediated MET by coupling to CNGA3 activity changes in approximately 30% of GPR133-expressing utricle hair cells. GPR133-mediated MET and its coupling with CNGA3 were recapitulated by an in vitro reconstitution system. Further chemical labeling, mass spectrometry and cryo-EM analysis provided potential structural information on force-induced GPR133 activation and Gi3 engagement. Collectively, our findings reveal the essential role of GPR133 in the maintenance of normal equilibrioception and suggest that GPCR family members can participate in the MET process in utricle hair cells through modulation of intracellular second messenger levels and ion channel coupling.

Insulinoma-associated1a (Insm1a) is a zinc-finger transcription factor playing a series of functions in cell formation and differentiation of vertebrate central and peripheral nervous systems and neuroendocrine system. However, its roles on the development of motor neuron have still remained uncovered. Here, we provided evidences that insm1a was a vital regulator of motor neuron development and provide a mechanistic understanding of how it contributes to this process. Firstly, we showed the localization of insm1a in spinal cord and primary motor neurons (PMNs) of zebrafish embryos by in situ hybridization and imaging analysis of transgenic reporter line Tg(insm1a: mCherry) ntu805. Then we demonstrated that the deficiency of insm1a in zebrafish larvae lead to the defects of PMNs development, including the reduction of caudal primary motor neurons (CaP) and middle primary motor neurons (MiP), the excessive branching of motor axons, and the disorganized distance between adjacent CaPs. Additionally, knockout of insm1 impaired motor neuron differentiation in the spinal cord. Locomotion analysis showed that insm1a-null zebrafish significantly reduced the swimming activity. Furthermore, we proved that the insm1a loss of function significantly decreased the transcripts levels of both olig2 and nkx6.1. Microinjection of olig2 and nkx6.1 mRNA rescued the motor neuron defects in insm1a deficient embryos. Taken together, these data indicate that insm1a regulates the motor neuron development, at least in part, through modulation of the expressions of olig2 and nkx6.1.

Neuron morphology is recognized as a key determinant of cell type, yet the quantitative profiling of a mammalian neuron's complete three-dimensional (3-D) morphology remains arduous when the neuron has complex arborization and long projection. Whole-brain reconstruction of neuron morphology is even more challenging as it involves processing tens of teravoxels of imaging data. Validating such reconstructions is extremely laborious. We developed TeraVR, an open-source virtual reality annotation system, to address these challenges. TeraVR integrates immersive and collaborative 3-D visualization, interaction, and hierarchical streaming of teravoxel-scale images. Using TeraVR, we produced precise 3-D full morphology of long-projecting neurons in whole mouse brains and developed a collaborative workflow for highly accurate neuronal reconstruction.

Apoptosis of cochlear hair cells is a key step towards age-related hearing loss. Although numerous genes have been implicated in the genetic causes of late-onset, progressive hearing loss, few show direct links to the proapoptotic process. By genome-wide linkage analysis and whole exome sequencing, we identified a heterozygous p.L183V variant in THOC1 as the probable cause of the late-onset, progressive, non-syndromic hearing loss in a large dominant family. Thoc1, a member of the THO/TREX ribonucleoprotein complex, is highly expressed in mouse and zebrafish hair cells. The Thoc1 mutant zebrafish lacks the C-startle response, indicative of the hearing dysfunction. Both Thoc1 mutant and knockdown zebrafish have greatly reduced hair cell numbers, while the latter can be rescued by embryonic microinjection of human wild-type THOC1 mRNA but to significantly lesser degree by the p.L183V mutant mRNA. The Thoc1 deficiency resulted in marked apoptosis in zebrafish hair cells. Blocking p53 significantly rescued the hair cell loss in the Thoc1 knockdown zebrafish. Our results suggested that THOC1 deficiency lead to late-onset, progressive hearing loss through p53-mediated hair cell apoptosis.