ABSTRACT In vivo reprogramming of glia into functional neurons emerges as potential regeneration-based therapeutics for neural injuries or neurological diseases. Recent studies show that AAV-based manipulation of certain factors can rapidly and highly efficiently convert resident glia into functional neurons with brain region-specificity and precise connectivity. Using NEUROD1 as an example, we here show that the presumed astrocytes-converted neurons are essentially endogenous neurons in the adult mouse brain. AAV-mediated co-expression of NEUROD1 and a reporter indeed specifically, rapidly, and efficiently induces numerous reporter-labeled neurons. However, these neurons cannot be traced back to quiescent or reactive astrocytes by using stringent lineage-mapping strategies. Conversely, reporter-labeled neurons cannot be detected when NEUROD1 is strictly expressed in adult brain astrocytes. Through a retrograde labeling approach, our results rather reveal that endogenous neurons are the cell source for NEUROD1-induced reporter-labeled neurons. These results underline the indispensable value of stringent lineage-tracing strategies and beg for cautious interpretation of the in vivo reprogramming phenomena.

Abstract DYT1 dystonia is a hereditary neurological disease caused by a heterozygous mutation in torsin A ( TOR1A ). While animal models provide insights into disease mechanisms, significant species-dependent differences exist since mice with the identical heterozygous mutation fail to show pathology. Here, we model DYT1 by using human patient-derived motor neurons. These neurons with the heterozygous TOR1A mutation show markedly thickened nuclear lamina, disrupted nuclear morphology, and impaired nucleocytoplasmic transport, whereas they lack the perinuclear “blebs” that are often observed in animal models. Importantly, we further uncover that the nuclear lamina protein LMNB1 is specifically dysregulated in expression and subcellular localization. LMNB1 downregulation can largely ameliorate all the cellular defects in DYT1 motor neurons. These results reveal the value of disease modeling with human neurons and provide novel molecular mechanisms underlying DYT1 dystonia and potentially other neurological diseases with impaired nucleocytoplasmic transport.

ABSTRACT Effective therapeutics is much needed for amyotrophic lateral sclerosis (ALS), an adult-onset neurodegenerative disease mainly affecting motor neurons. By screening chemical compounds in human patient-derived and aging-relevant motor neurons, we identify a neuroprotective compound and show that MAP4Ks may serve as therapeutic targets for treating ALS. The lead compound broadly improves survival and function of motor neurons directly converted from human ALS patients. Mechanistically, it works as an inhibitor of MAP4Ks, regulates the MAP4Ks-HDAC6-TUBA4A-RANGAP1 pathway, and normalizes subcellular distribution of RANGAP1 and TDP-43. Finally, in an ALS mouse model we show that inhibiting MAP4Ks preserves motor neurons and significantly extends animal lifespan.

Rice (Oryza sativa L.) is a major dietary source of cadmium (Cd). Developing rice varieties with reduced Cd levels in the grain is a cost-effective and practical approach to enhance food safety, particularly in regions with high Cd contamination. However, the genetic mechanisms underlying Cd accumulation in rice grains are not fully understood. In this study, we identified eight quantitative trait loci (QTLs) associated with Cd accumulation in rice grains through substitution mapping using single segment substitution lines (SSSLs). These QTLs, named qCd‐2‐1, qCd‐3‐1, qCd‐3‐2, qCd‐5‐1, qCd‐6‐1, qCd‐7‐1, qCd‐8‐1, and qCd‐11‐1, are distributed across seven chromosomes. Notably, the qCd‐5‐1 and qCd‐6‐1 loci are reported for the first time. We performed a detailed haplotype analysis of candidate genes related to heavy metal metabolism, specifically focusing on Cd accumulation. All SSSLs carrying alleles from donor parents exhibited a significant reduction in Cd accumulation, with additive effects ranging from −0.061 to −0.105. To further develop rice varieties with lower Cd accumulation in the grain, we developed six pyramided lines through crossing and marker-assisted selection. These pyramided lines showed significantly reduced Cd content in the grain compared to the elite indica recurrent parent, Huajingxian74 (HJX74). Importantly, most agronomic characteristics of the pyramided lines were similar to those of HJX74. In conclusion, this study demonstrates that identifying and pyramiding QTLs associated with reduced Cd accumulation is an effective strategy for developing rice varieties with lower Cd content in the grain.