ABSTRACT Dystonia is a debilitating hyperkinetic movement disorder, frequently transmitted as a monogenic trait. Here, we describe homozygous frameshift, nonsense and missense variants in TSPOAP1 , encoding the active zone RIM-binding protein 1 (RIMBP1), as a novel genetic cause of autosomal recessive dystonia in seven subjects from three unrelated families. Subjects carrying loss-of-function variants presented with juvenile- onset progressive generalized dystonia, associated with intellectual disability and cerebellar atrophy. Conversely, subjects carrying a pathogenic missense variant (p.Gly1808Ser) presented with isolated adult-onset focal dystonia. In mice, complete loss of RIMBP1, known to reduce neurotransmission, led to motor abnormalities reminiscent of dystonia, decreased Purkinje cell dendritic arborization, and reduced numbers of cerebellar synapses. In vitro analysis of the p.Gly1808Ser variant showed larger spike-evoked calcium transients and enhanced neurotransmission, suggesting that RIMBP1-linked dystonia can be caused by either reduced or enhanced rates of spike-evoked release in relevant neural networks. Our findings establish a direct link between presynaptic RIMBP1 dysfunction and dystonia and highlight the critical role played by well-balanced neurotransmission in motor control and disease pathogenesis.

Glioblastomas are invasive brain tumors with high therapeutic resistance. Neuron-to-glioma synapses have been shown to promote glioblastoma progression. However, a characterization of tumor-connected neurons has been hampered by a lack of technologies. Here, we adapted retrograde tracing using rabies viruses to investigate and manipulate neuron-tumor networks. Glioblastoma rapidly integrated into neural circuits across the brain, engaging in widespread functional communication, with cholinergic neurons driving glioblastoma invasion. We uncovered patient-specific and tumor-cell-state-dependent differences in synaptogenic gene expression associated with neuron-tumor connectivity and subsequent invasiveness. Importantly, radiotherapy enhanced neuron-tumor connectivity by increased neuronal activity. In turn, simultaneous neuronal activity inhibition and radiotherapy showed increased therapeutic effects, indicative of a role for neuron-to-glioma synapses in contributing to therapeutic resistance. Lastly, rabies-mediated genetic ablation of tumor-connected neurons halted glioblastoma progression, offering a viral strategy to tackle glioblastoma. Together, this study provides a framework to comprehensively characterize neuron-tumor networks and target glioblastoma.

Glioblastomas are heterogeneous brain tumors, notorious for their invasive behavior and resistance to therapy. Neuron-to-glioma synapses have been identified to promote glioblastoma invasion and proliferation. However, a comprehensive characterization of tumor-connected neurons has been hampered by a lack of technologies. Here, we adapted retrograde tracing with a modified rabies virus system to characterize and manipulate connected neuron-tumor networks. Glioblastoma rapidly integrated into neural circuits across the brain engaging in widespread functional communication, with acetylcholinergic and glutamatergic neurons driving glioblastoma progression. We uncovered patient-specific and tumor cell state-dependent differences in synaptogenic gene expression driving neuron-tumor connectivity and subsequent invasivity. Importantly, radiotherapy enhanced neuron-tumor connectivity by increased neuronal activity. In turn, simultaneous inhibition of AMPA receptors and radiotherapy showed increased therapeutic effects, indicative of a role for neuron-to-glioma synapses in contributing to therapeutic resistance. Lastly, rabies-mediated genetic ablation of tumor-connected neurons halted glioblastoma progression, offering a novel viral strategy to target glioblastoma. Together, this study provides a comprehensive framework for basic research and clinical translation of synaptic neuron-cancer interactions to target glioblastoma.

Presynaptic scaffold proteins, including liprin-α, RIM, and ELKS, are pivotal to the assembly of the active zone and regulating the coupling of calcium signals and neurotransmitter release, yet the underlying mechanism remains poorly understood. Here, we determined the crystal structure of the liprin-α2/RIM1 complex, revealing a multifaceted intermolecular interaction that drives the liprin-α/RIM assembly. Neurodevelopmental disease-associated mutations block the formation of the complex. Disrupting this interaction in neurons impairs synaptic transmission and reduces the readily releasable pool of synaptic vesicles. Super-resolution imaging analysis supports a role for liprin-α in recruiting RIM1 to the active zone, presumably by promoting the liquid-liquid phase separation (LLPS) of RIM1. Strikingly, the liprin-α/RIM interaction modulates the competitive distribution of ELKS1 and voltage-gated calcium channels (VGCCs) in RIM1 condensates. Disrupting the liprin-α/RIM interaction significantly decreased VGCC accumulation in the condensed phase and rendered release more sensitive to the slow calcium buffer EGTA, suggesting an increased physical distance between VGCC and vesicular calcium sensors. Together, our findings provide a plausible mechanism of the liprin-α/RIM complex in regulating the coupling of calcium channels and primed synaptic vesicles via LLPS for efficient synaptic transmission and uncover the pathological implication of liprin-α mutations in neurodevelopmental disorders.

Abstract Toscana virus is a major cause of arboviral disease in humans in the Mediterranean basin during summer. However, early virus-host cell interactions and entry mechanisms remain poorly characterized. Investigating iPSC-derived human neurons and cell lines, we found that virus binding to the cell surface was specific but inefficient, and 50% of bound virions were endocytosed within 10 min. Virions entered Rab5a+ early endosomes and, subsequently, Rab7a+ and LAMP-1+ late endosomal compartments. Penetration required intact late endosomes and occurred within 30 min following internalization. Virus entry relied on vacuolar acidification, with an optimal pH for viral membrane fusion at pH 5.5. The pH threshold increased to 5.8 with longer pre-exposure of virions to the slightly acidic pH in early endosomes. Strikingly, the particles remained infectious after entering late endosomes with a pH below the fusion threshold. Overall, our study establishes Toscana virus as a late-penetrating virus and reveals an atypical use of vacuolar acidity by this virus to enter host cells.