Abstract Myelinating Schwann cells of the peripheral nervous system (PNS) express numerous ion channels and transporters, and have the capacity to respond to neuronal activity. However, it remains unknown how the response of Schwann cells to neuronal activity affects peripheral nerve formation, health or function in vivo. Through a genetic screen in zebrafish, we identified a mutant, ue58 , with severe disruption to the morphology of myelin along peripheral nerves and associated nerve oedema. Molecular analyses indicated that this phenotype was caused by the loss of function of a previously uncharacterized gene, slc12a2b , which encodes a zebrafish paralog of the solute carrier NKCC1. NKCC1 is a co-transporter of Na + , K + , and Cl − ions and water, typically from the extracellular space into cells. Upon impairing slc12a2b function, constitutively, or specifically in neurons or myelinating Schwann cells, we observed disruption to myelin and nerve oedema. Strikingly, we found that treatment of slc12a2b mutants with TTX completely prevented the emergence of these pathologies. Furthermore, TTX treatment rescued pathology in animals with cell-type specific loss of slc12a2b from myelinating Schwann cells. Together our data indicate that NKCC1 regulates ion homeostasis following neuronal activity and that this is required to maintain myelinated axon and peripheral nerve integrity.

Myelination is essential for central nervous system (CNS) formation, health and function. As a model organism, larval zebrafish have been extensively employed to investigate the molecular and cellular basis of CNS myelination, due to their genetic tractability and suitability for non-invasive live cell imaging. However, it has not been assessed to what extent CNS myelination affects neural circuit function in zebrafish larvae, prohibiting the integration of molecular and cellular analyses of myelination with concomitant network maturation. To test whether larval zebrafish might serve as a suitable platform with which to study the effects of CNS myelination and its dysregulation on circuit function, we generated zebrafish myelin regulatory factor ( myrf ) mutants with CNS-specific hypomyelination and investigated how this affected their axonal conduction properties and behaviour. We found that myrf mutant larvae exhibited increased latency to perform startle responses following defined acoustic stimuli. Furthermore, we found that hypomyelinated animals often selected an impaired response to acoustic stimuli, exhibiting a bias towards reorientation behaviour instead of the stimulus-appropriate startle response. To begin to study how myelination affected the underlying circuitry, we established electrophysiological protocols to assess various conduction properties along single axons. We found that the hypomyelinated myrf mutants exhibited reduced action potential conduction velocity and an impaired ability to sustain high frequency action potential firing. This study indicates that larval zebrafish can be used to bridge molecular and cellular investigation of CNS myelination with multiscale assessment of neural circuit function.

Although the underlying neurobiology of major mental illness (MMI) remains unknown, emerging evidence implicates a role for oligodendrocyte-myelin abnormalities. Here, we took advantage of a large family carrying a balanced t(1;11) translocation, which substantially increases risk of MMI, to undertake both diffusion tensor imaging (DTI) and cellular studies to evaluate the consequences of the t(1;11) translocation on white matter structural integrity and oligodendrocyte-myelin biology. This translocation disrupts among others the DISC1 gene which plays a crucial role in brain development. We show that translocation-carrying patients display significant disruption in white matter integrity compared to familial controls. At a cellular level, we observe dysregulation of key pathways controlling oligodendrocyte development and morphogenesis in induced pluripotent stem cell (iPSC) case derived oligodendrocytes. This is associated with reduced proliferation and a stunted morphology in vitro . Further, myelin internodes in a humanized mouse model that recapitulates the human translocation as well as after transplantation of t(1;11) oligodendrocyte progenitors were significantly reduced compared to controls. Thus we provide evidence that the t(1;11) translocation has biological effects at both the systems and cellular level that together suggest oligodendrocyte-myelin dysfunction.

Abstract Obesity substantially increases the risk of type 2 diabetes, cardiovascular disease, and other diseases, making it a leading preventable cause of death in developed countries. It has a strong genetic basis, with obesity-associated genetic variants preferentially acting in the brain. This includes the hypothalamic pro-opiomelanocortin (POMC) neurons that inhibit food intake and are stimulated by drugs that agonise glucagon-like 1 peptide receptor (GLP1R) including Semaglutide (Ozempic/Wegovy). We therefore hypothesised that drugs which selectively activate human POMC neurons would suppress appetite and promote weight loss, and that focusing on drugs already approved for use would facilitate rapid clinical translation. We therefore generated POMC neurons from human pluripotent stem cells (hPSCs) and identified enriched genes that were genetically associated with obesity and targeted by approved drugs. We found that human POMC neurons are enriched in GLP1R, reliably activated by Semaglutide, and their responses are further increased by co-administration of Ceritinib, an FDA-approved drug potently and selectively inhibiting anaplastic lymphoma kinase (ALK). Ceritinib reduced food intake and body weight in obese but not lean mice, and upregulated the expression of GLP1R in the mouse hypothalamus and hPSC-derived human hypothalamic neurons. These studies reveal a new potential therapeutic strategy for reducing food intake and body weight, and demonstrate the utility of hPSC-derived hypothalamic neurons for drug discovery.

Summary Central nervous system neurons have axons that vary over 100-fold in diameter. This diversity contributes to the regulation of myelination and conduction velocity along axons, which is critical for proper nervous system function. Despite this importance, technical challenges have limited our understanding of mechanisms controlling axon diameter growth, preventing systematic dissection of how manipulating diameter affects conduction along individual axons. Here, we establish zebrafish as system to investigate the regulation of axon diameter and axonal conduction in vivo . We identify a role for importin 13b specifically in axon diameter growth, that is independent of axonal length and overall cell size. Impairment of diameter growth along individual myelinated axons reduced conduction velocity in proportion to the diameter, but had no effect on the precision of action potential propagation or ability to fire at high frequencies. This work highlights an axon diameter-specific mechanism of growth that regulates conduction speeds along myelinated axons.

Abstract Background Loss of motor neurons in amyotrophic lateral sclerosis (ALS) leads to progressive paralysis and death. Dysregulation of thousands of RNA molecules with roles in multiple cellular pathways hinders the identification of ALS-causing alterations over downstream changes secondary to the neurodegenerative process. How many and which of these pathological gene expression changes require therapeutic normalisation remains a fundamental question. Methods Here, we investigated genome-wide RNA changes in C9ORF72-ALS patient-derived neurons and Drosophila , as well as upon neuroprotection taking advantage of our gene therapy approach which specifically inhibits the SRSF1-dependent nuclear export of pathological C9ORF72 -repeat transcripts. This is a critical study to evaluate (i) the overall safety and efficacy of the partial depletion of SRSF1, a member of a protein family involved itself in gene expression, and (ii) a unique opportunity to identify neuroprotective RNA changes. Results Our study demonstrates that manipulation of 362 transcripts out of 2,257 pathological changes in C9ORF72-ALS patient-derived neurons is sufficient to confer neuroprotection upon partial depletion of SRSF1. In particular, expression of 90 disease-altered transcripts is fully reverted upon neuroprotection leading to the characterisation of a human C9ORF72-ALS disease-modifying gene expression signature. These findings were further investigated in vivo in diseased and neuroprotected Drosophila transcriptomes, highlighting a list of 21 neuroprotective changes conserved with 16 human orthologues in patient-derived neurons. We also functionally validated the high therapeutic potential of one of these disease-modifying transcripts, demonstrating that inhibition of ALS-upregulated human KCNN1-3 ( Drosophila SK) voltage-gated potassium channel orthologs mitigates degeneration of human motor neurons as well as Drosophila motor deficits. Conclusions Strikingly, manipulating the expression levels of a small proportion of RNAs is sufficient to induce a therapeutic effect, further indicating that the SRSF1-targeted gene therapy approach is safe in the above preclinical models as it does not disrupt globally gene expression. The efficacy of this intervention is also validated at genome-wide level with therapeutically-induced RNA changes involved in the vast majority of biological processes affected in C9ORF72-ALS. Finally, the identification of a characteristic signature with key RNA changes modified in both the disease state and upon neuroprotection also provides potential new therapeutic targets and biomarkers.