Summary Individuals with autism spectrum disorders (ASD) exhibit an increased burden of de novo variants in a broadening range of genes. We functionally tested the effects of ASD missense variants using Drosophila through ‘humanization’ rescue and overexpression-based strategies. We studied 79 ASD variants in 74 genes identified in the Simons Simplex Collection and found 38% of them caused functional alterations. Moreover, we identified GLRA2 as the cause of a spectrum of neurodevelopmental phenotypes beyond ASD in eight previously undiagnosed subjects. Functional characterization of variants in ASD candidate genes point to conserved neurobiological mechanisms and facilitates gene discovery for rare neurodevelopmental diseases.

Abstract TM2 domain containing (TM2D) proteins are conserved in metazoans and encoded by three separate genes in each species. Rare variants in TM2D3 are associated with Alzheimer’s disease (AD) and its fly ortholog almondex is required for embryonic Notch signaling. However, the functions of this gene family remain elusive. We knocked-out all three TM2D genes ( almondex, CG11103/amaretto , CG10795/biscotti ) in Drosophila and found that they share the same maternal-effect neurogenic defect. Triple null animals are not phenotypically worse than single nulls, suggesting these genes function together. Overexpression of the most conserved region of the TM2D proteins acts as a potent inhibitor of Notch signaling at the γ-secretase cleavage step. Lastly, Almondex is detected in the brain and its loss causes shortened lifespan accompanied by progressive electrophysiological defects. The functional links between all three TM2D genes are likely to be evolutionarily conserved, suggesting that this entire gene family may be involved in AD.

Abstract The dopaminergic system has been extensively studied for its role in behavior in various animals as well as human neuropsychiatric and neurological diseases. However, we still know little about how dopamine levels are tightly regulated in vivo . In order to identify novel regulators of dopamine levels, we utilized Drosophila melanogaster cuticle pigmentation as a readout, where dopamine is used as a precursor to melanin. First, we measured dopamine from classical mutants of genes that are known to be important for cuticle pigmentation to understand the relationship between dopamine levels and cuticle color. We then performed an RNAi-based screen to identify novel regulators of cuticle pigmentation. We identified 153 genes that were not only enriched for conserved homologs and disease-associated genes, but were unexpectedly enriched for multiple developmental signaling pathways and mitochondria-associated proteins. Upon measuring dopamine from 35 prioritized candidates from this cohort, we found 10 that caused significant reduction in dopamine in the head while one caused an increase. While most of these 11 genes are expressed in the fly brain, only two of them, clu and mask, altered dopamine levels specifically in the brain upon knockdown in dopaminergic cells. Interestingly, mask may act as a hub of dopamine regulation since it is associated with three nodes found in our screen (Receptor tyrosine kinase/EGF signaling, Hippo signaling, and mitochondrial dynamics). Further examination suggests that Mask likely acts on dopamine synthesis by regulating transcription of the rate-limiting dopamine synthesis enzyme, tyrosine hydroxylase . In conclusion, this screen identified 11 new regulators of dopamine levels and provides molecular handles to investigate how dopamine levels are controlled in vivo , as well as revealed an unexpected relationship between fly pigmentation genes, developmental signaling and human neurological and neurodevelopmental disease genes.