Direct cell reprogramming enables direct conversion of fibroblasts into functional neurons and oligodendrocytes using a minimal set of cell-lineage-specific transcription factors. This approach is rapid and simple, generating the cell types of interest in one step. However, it remains unknown whether this technology can be applied to convert fibroblasts into astrocytes, the third neural lineage. Astrocytes play crucial roles in neuronal homeostasis, and their dysfunctions contribute to the origin and progression of multiple human diseases. Herein, we carried out a screening using several transcription factors involved in defining the astroglial cell fate and identified NFIA, NFIB, and SOX9 to be sufficient to convert with high efficiency embryonic and postnatal mouse fibroblasts into astrocytes (iAstrocytes). We proved both by gene-expression profiling and functional tests that iAstrocytes are comparable to native brain astrocytes. This protocol can be then employed to generate functional iAstrocytes for a wide range of experimental applications.

Abstract Dravet Syndrome (DS) is mostly caused by heterozygous loss-of-function mutations in the voltage-gated sodium channel SCN1A (Na v 1.1), thought to result in severe epilepsy and neurodevelopmental impairment due to reduced interneuron excitability. Recent studies in mouse models suggest that an “interneuronopathy” alone does not completely explain all the cellular and network impairments seen in DS. Here, we investigated the development of the intrinsic, synaptic, and network properties of CA1 pyramidal cells in a DS model prior to the appearance of overt seizures. We report that CA1 pyramidal cell development is disrupted by loss of Scn1a , and propose that this is explained by a period of reduced intrinsic excitability in early postnatal life, during which Scn1a is normally expressed in hippocampal pyramidal cells. We also use a novel ex vivo model of homeostatic plasticity to show an instability in homeostatic response during DS epileptogenesis. This study provides evidence for an important role of Scn1a haploinsufficiency in pyramidal cells in the pathophysiology of DS.

Abstract Epilepsy is a major health burden, calling for new mechanistic and therapeutic insights. CRISPR–mediated gene editing shows promise to cure genetic pathologies, although hitherto it has mostly been applied ex-vivo . Its translational potential for treating non-genetic pathologies is still unexplored. Furthermore, neurological diseases represent an important challenge for the application of CRISPR, because of the need in many cases to manipulate gene function of neurons in situ . A variant of CRISPR, CRISPRa, offers the possibility to modulate the expression of endogenous genes by directly targeting their promoters. We asked if this strategy can effectively treat acquired focal epilepsy, focusing on ion channels because their manipulation is known be effective in changing network hyperactivity and hypersynchronisation. We applied a doxycycline-inducible CRISPRa technology to increase the expression of the potassium channel gene Kcna1 (encoding Kv1.1) in mouse hippocampal excitatory neurons. CRISPRa-mediated Kv1.1 upregulation led to a substantial decrease in neuronal excitability. Continuous video-EEG telemetry showed that AAV9-mediated delivery of CRISPRa, upon doxycycline administration, decreased spontaneous generalized tonic-clonic seizures in a model of temporal lobe epilepsy, and rescued cognitive impairment and transcriptomic alterations associated with chronic epilepsy. The focal treatment minimizes concerns about off-target effects in other organs and brain areas. This study provides the proof of principle for a translational CRISPR-based approach to treat neurological diseases characterized by abnormal circuit excitability.

SUMMARY Within the chromatin, distal elements interact with promoters to regulate specific transcriptional programs. Histone acetylation, interfering with the net charges of the nucleosomes, is a key player in this regulation. Here, we report that the onco-protein SET is a critical determinant for the levels of histone acetylation within enhancers. We disclose that conditions in which SET is accumulated, including the severe Schinzel-Giedion Syndrome (SGS), are characterized by a failure in the usage of the distal regulatory regions typically employed during fate commitment. This is accompanied by the usage of alternative enhancers leading to a massive rewiring of the distal control of the gene transcription. This represents a (mal)adaptive mechanism that, on one side, allows to achieve a certain degree of differentiation, while on the other affects the fine and corrected maturation of the cells. Thus, we propose the differential in cis -regulation as a contributing factor to the pathological basis of the SET-related disorders in humans, including SGS, neurodevelopmental disorders, myeloproliferative diseases, and cancer.