Abstract GPR37L1 is an orphan receptor that couples through heterotrimeric G-proteins to regulate physiological functions. Since its role in humans is not fully defined, we used an unbiased computational approach to assess the clinical significance of rare GPR37L1 genetic variants found among 51,289 whole exome sequences from the DiscovEHR cohort. Briefly, rare GPR37L1 coding variants were binned according to predicted pathogenicity, and analyzed by Sequence Kernel Association testing to reveal significant associations with disease diagnostic codes for epilepsy and migraine, among others. Since associations do not prove causality, rare GPR37L1 variants were then functionally analyzed in SK-N-MC cells to evaluate potential signaling differences and pathogenicity. Notably, receptor variants exhibited varying abilities to reduce cAMP levels, activate MAPK signaling, and/or upregulate receptor expression in response to the agonist prosaptide (TX14(A)), as compared to the wild-type receptor. In addition to signaling changes, knockout of GPR37L1 or expression of certain rare variants altered cellular cholesterol levels, which were also acutely regulated by administration of the agonist TX14(A) via activation of the MAPK pathway. Finally, to simulate the impact of rare nonsense variants found in the large patient cohort, a knockout (KO) mouse line lacking Gpr37L1 was generated, revealing loss of this receptor produced sex-specific changes implicated in migraine-related disorders. Collectively, these observations define the existence of rare GPR37L1 variants in the human population that are associated with neuropsychiatric conditions and identify the underlying signaling changes that are implicated in the in vivo actions of this receptor in pathological processes leading to anxiety and migraine. SIGNIFICANCE STATEMENT G-protein coupled receptors (GPCRs) represent a diverse group of membrane receptors that contribute to a wide range of diseases and serve as effective drug targets. However, a number of these receptors have no identified ligands or functions, i.e., orphan receptors. Over the past decade, advances have been made, but there is a need for identifying new strategies to reveal their roles in health and disease. Our results highlight the utility of rare variant analyses of orphan receptors for identifying human disease associations, coupled with functional analyses in relevant cellular and animal systems, to ultimately reveal their roles as novel drug targets for treatment of neurological disorders that lack wide-spread efficacy.

GPR37L1 is an orphan receptor that couples through heterotrimeric G-proteins to regulate physiological functions. Since its role in humans is not fully defined, we used an unbiased computational approach to assess the clinical significance of rare G-protein-coupled receptor 37-like 1 ( GPR37L1 ) genetic variants found among 51,289 whole-exome sequences from the DiscovEHR cohort. Rare GPR37L1 coding variants were binned according to predicted pathogenicity and analyzed by sequence kernel association testing to reveal significant associations with disease diagnostic codes for epilepsy and migraine, among others. Since associations do not prove causality, rare GPR37L1 variants were functionally analyzed in SK-N-MC cells to evaluate potential signaling differences and pathogenicity. Notably, receptor variants exhibited varying abilities to reduce cAMP levels, activate mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling, and/or upregulate receptor expression in response to the agonist prosaptide (TX14(A)), as compared with the wild-type receptor. In addition to signaling changes, knock-out (KO) of GPR37L1 or expression of certain rare variants altered cellular cholesterol levels, which were also acutely regulated by administration of the agonist TX14(A) via activation of the MAPK pathway. Finally, to simulate the impact of rare nonsense variants found in the large patient cohort, a KO mouse line lacking Gpr37l1 was generated. Although KO animals did not recapitulate an acute migraine phenotype, the loss of this receptor produced sex-specific changes in anxiety-related disorders often seen in chronic migraineurs. Collectively, these observations define the existence of rare GPR37L1 variants associated with neuropsychiatric conditions in the human population and identify the signaling changes contributing to pathological processes.

P21 activated kinase 6 (PAK6) is a serine-threonine kinase with physiological expression enriched in the brain and overexpressed in a number of human tumors. While the role of PAK6 in cancer cells has been extensively investigated, the physiological function of the kinase in the context of brain cells is poorly understood. Our previous work uncovered a link between PAK6 and the Parkinson's disease (PD)-associated kinase LRRK2, with PAK6 controlling LRRK2 activity and subcellular localization via phosphorylation of 14-3-3 proteins. Here, to gain more insights into PAK6 physiological function, we performed protein-protein interaction arrays and identified a subgroup of PAK6 binders related to ciliogenesis. We confirmed that endogenous PAK6 localizes at both the centrosome and the cilium, and positively regulates ciliogenesis not only in tumor cells but also in neurons and astrocytes. Strikingly, PAK6 rescues ciliogenesis and centrosomal cohesion defects associated with the G2019S but not the R1441C LRRK2 PD mutation. Since PAK6 binds LRRK2 via its GTPase/Roc-COR domain and the R1441C mutation is located in the Roc domain, we used microscale thermophoresis and AlphaFold2-based computational analysis to demonstrate that PD mutations in LRRK2 affecting the Roc-COR structure substantially decrease PAK6 affinity, providing a rationale for the differential protective effect of PAK6 toward the distinct forms of mutant LRRK2. Altogether, our study discloses a novel role of PAK6 in ciliogenesis and points to PAK6 as the first LRRK2 modifier with PD mutation-specificity.