ABSTRACT Parkinson’s disease (PD) is a common incurable neurodegenerative disease. The identification of genetic variants via genome-wide association studies (GWAS) has considerably advanced our understanding of the PD genetic risk. Understanding the functional significance of the risk loci is now a critical step towards translating these genetic advances into an enhanced biological understanding of the disease. Impaired mitophagy is a key causative pathway in familial PD, but its relevance to idiopathic PD is unclear. We used a mitophagy screening assay to evaluate the functional significance of risk genes identified through GWAS. We identified two new regulators of PINK1-mitophagy, KAT8 and KANSL1, previously shown to modulate lysine acetylation. We show that KAT8 and KANSL1 modulate PINK1 gene expression and subsequent PINK1-mitophagy. These findings suggest PINK1-mitophagy is a contributing factor to idiopathic PD. KANSL1 is located on chromosome 17q21 where the risk associated gene has long been considered to be MAPT . While our data does not exclude a possible association between the MAPT gene and PD, it provides strong evidence that KANSL1 plays a crucial role in the disease. Finally, these results enrich our understanding of physiological events regulating mitophagy and establish a novel pathway for drug targeting in neurodegeneration.

Endocannabinoids regulate different aspects of neurodevelopment. In utero exposure to the exogenous psychoactive cannabinoid Δ9-tetrahydrocannabinol (Δ9-THC), has been linked with abnormal cortical development in animal models. However, much less is known about the actions of endocannabinoids in human neurons. Here we investigated the effect of the endogenous endocannabinoid 2-arachidonoyl glycerol (2AG) and Δ9-THC on the development of neuronal morphology and activation of signaling kinases, in cortical glutamatergic neurons derived from human induced pluripotent stem cells (hiPSCs). Our data indicate that the cannabinoid type 1 receptor (CB1R), but not the cannabinoid 2 receptor (CB2R), GPR55 or TRPV1 receptors, is expressed in young, immature hiPSC-derived cortical neurons. Consistent with previous reports, 2AG and Δ9-THC negatively regulated neurite outgrowth. Interestingly, acute exposure to both 2AG and Δ9-THC inhibited phosphorylation of serine/threonine kinase extracellular signal-regulated protein kinases (ERK1/2), whereas Δ9-THC also reduced phosphorylation of Akt (aka PKB). Moreover, the CB1R inverse agonist SR141716A attenuated the negative regulation of neurite outgrowth and ERK1/2 phosphorylation induced by 2AG and Δ9-THC. Taken together, our data suggest that hiPSC-derived cortical neurons highly express CB1Rs and are responsive to both endogenous and exogenous cannabinoids. Thus, hiPSC-neurons may represent a good cellular model for investigating the role of the endocannabinoid system in regulating cellular processes in human neurons.

Mitochondria are dynamic bioenergetic hubs that become compromised with age. In neurons, declining mitochondrial axonal transport has been associated with reduced cellular health. However, it is still unclear to what extent the decline of mitochondrial transport and function observed during ageing are coupled, and if somal and axonal mitochondria display compartment-specific features that make them more susceptible to the ageing process. It is also not known whether the biophysical state of the cytoplasm, thought to affect many cellular functions, changes with age to impact mitochondrial trafficking and homeostasis. Focusing on the mouse peripheral nervous system, we show that age-dependent decline in mitochondrial trafficking is accompanied by reduction of mitochondrial membrane potential and intra-mitochondrial viscosity, but not calcium buffering, in both somal and axonal mitochondria. Intriguingly, we observe a specific increase in cytoplasmic viscosity in the cell body, where mitochondria are most polarised, which correlates with decreased cytoplasmic diffusiveness. Our work provides a reference for studying the relationship between neuronal mitochondrial homeostasis and the viscoelasticity of the cytoplasm in a compartment-dependent manner during ageing.

Abstract Mitochondria are dynamic bioenergetic hubs that become compromised with age. In neurons, declining mitochondrial axonal transport has been associated with reduced cellular health. However, it is still unclear to what extent the decline of mitochondrial transport and function observed during ageing are coupled, and if somal and axonal mitochondria display compartment‐specific features that make them more susceptible to the ageing process. It is also not known whether the biophysical state of the cytoplasm, thought to affect many cellular functions, changes with age to impact mitochondrial trafficking and homeostasis. Focusing on the mouse peripheral nervous system, we show that age‐dependent decline in mitochondrial trafficking is accompanied by reduction of mitochondrial membrane potential and intramitochondrial viscosity, but not calcium buffering, in both somal and axonal mitochondria. Intriguingly, we observe a specific increase in cytoplasmic viscosity in the neuronal cell body, where mitochondria are most polarised, which correlates with decreased cytoplasmic diffusiveness. Increasing cytoplasmic crowding in the somatic compartment of DRG neurons grown in microfluidic chambers reduces mitochondrial axonal trafficking, suggesting a mechanistic link between the regulation of cytoplasmic viscosity and mitochondrial dynamics. Our work provides a reference for studying the relationship between neuronal mitochondrial homeostasis and the viscoelasticity of the cytoplasm in a compartment‐dependent manner during ageing.