Abstract Early-onset familial Alzheimer’s disease (EOfAD) is promoted by dominant mutations, enabling the study of Alzheimer’s disease (AD) pathogenic mechanisms through generation of EOfAD-like mutations in animal models. In a previous study, we generated an EOfAD-like mutation, psen1 Q96_K97del , in zebrafish and performed a transcriptome analysis comparing entire brains from 6-month-old wild type and heterozygous mutant fish. We identified predicted effects on mitochondrial function and endolysosomal acidification. Here we aimed to determine whether similar effects occur in 7 day post fertilization (dpf) zebrafish larvae that might be exploited in screening of chemical libraries to find ameliorative drugs. We generated clutches of wild type and heterozygous psen1 Q96_K97del 7 dpf larvae using a paired-mating strategy to reduce extraneous genetic variation before performing a comparative transcriptome analysis. We identified 228 differentially expressed genes and performed Goseq analysis and gene set enrichment analysis (GSEA). This predicted a significant effect on oxidative phosphorylation, consistent with our earlier observations of predicted effects on ATP synthesis in adult heterozygous psen1 Q96_K97del brains. The dysregulation of minichromosome maintenance protein complex (MCM) genes strongly contributed to predicted effects on DNA replication and the cell cycle and may explain earlier observations of genome instability due to PSEN1 mutation. The upregulation of crystallin gene expression may be a response to defective activity of mutant Psen1 protein in endolysosomal acidification. Extracellular matrix (ECM) related genes were downregulated, consistent with previous studies of EOfAD mutant iPSC neurons and postmortem late onset AD brains. Also, changes in expression of genes controlling iron ion transport were observed without identifiable changes in the prevalence of transcripts containing iron responsive elements (IREs) in their 3’ untranslated regions. These changes may, therefore, predispose to the apparent iron dyshomeostasis previously observed in 6-month-old heterozygous psen1 Q96_K97del EOfAD-like mutant brains.

Abstract Elucidating the spatiotemporal dynamics of gene expression is essential for understanding complex physiological and pathological processes. Traditional technologies like in situ hybridization (ISH) and immunostaining have been restricted to analyzing expression patterns of a limited number of genes. Spatial transcriptomics (ST) has emerged as a robust alternative, enabling the investigation of spatial patterns of thousands of genes simultaneously. However, current ST methods are hindered by low read depths and limited gene detection capabilities. Here, we introduce Palette, a pipeline that infers detailed spatial gene expression patterns from bulk RNA-seq data, utilizing existing ST data as only reference. This method identifies more precise expression patterns by smoothing, imputing and adjusting gene expressions. We applied Palette to construct the D anio re rio S patio T emporal E xpression P rofiles ( Dre STEP) by integrating 53-slice serial bulk RNA-seq data from three developmental stages with existing ST references and 3D zebrafish embryo images. Dre STEP provides a comprehensive cartographic resource for examining gene expression and spatial cell-cell interactions within zebrafish embryos. Utilizing machine learning-based screening, we identified key morphogens and transcription factors (TFs) essential for anteroposterior (AP) axis development and characterized their dynamic distribution throughout embryogenesis. In addition, among these TFs, Hox family genes were found to be pivotal in AP axis refinement. Their expression was closely correlated with cellular AP identities, and hoxb genes may act as central regulators in this process.

ABSTRACT Background The most common cause of early-onset familial Alzheimer’s disease (EOfAD) is mutations in PRESENILIN 1 ( PSEN1 ) allowing production of mRNAs encoding full-length, but mutant, proteins. In contrast, a single known frameshift mutation in PSEN1 causes familial acne inversa (fAI) without EOfAD. The molecular consequences of heterozygosity for these mutation types, and how they cause completely different diseases, remains largely unexplored. Objective To analyse brain transcriptomes of young adult zebrafish to identify similarities and differences in the effects of heterozygosity for psen1 mutations causing EOfAD or fAI. Methods RNA sequencing was performed on mRNA isolated from the brains of a single family of 6-month-old zebrafish siblings either wild type or possessing a single, heterozygous EOfAD-like or fAI-like mutation in their endogenous psen1 gene. Results Both mutations downregulate genes encoding ribosomal subunits, and upregulate genes involved in inflammation. Genes involved in energy metabolism appeared significantly affected only by the EOfAD-like mutation, while genes involved in Notch, Wnt and neurotrophin signalling pathways appeared significantly affected only by the fAI-like mutation. However, investigation of direct transcriptional targets of Notch signalling revealed possible increases in γ-secretase activity due to heterozygosity for either psen1 mutation. Transcriptional adaptation due to the fAI-like frameshift mutation was evident. Conclusion We observed both similar and contrasting effects on brain transcriptomes of the heterozygous EOfAD-like and fAI-like mutations. The contrasting effects may illuminate how these mutation types cause distinct diseases.

Abstract During gastrulation, the mesendoderm is firstly specified by morphogens such as Nodal, and then segregates into endoderm and mesoderm in a Nodal concentration-dependent manner. However, so far, the underlying mechanism of this segregation remains unclear. Here, taking zebrafish prechordal plate (PP) and endoderm (Endo) as research model, using single cell multi-omics and live imaging analyses, we show that anterior endodermal progenitors originate directly from prechordal plate. Deconvolution analysis for bulk RNA-seq datasets of Nodal-injected explants reveals that the specification of anterior endoderm from PP was determined by a relatively lower Nodal signaling. And a single-cell transcriptomic trajectory analysis of wild-type, ndr1 knockdown and lefty1 knockout Nodal explants confirms the diversification of Endo fate from PP progenitors. Genstoe Ontology (GO) enrichment analysis indicates that chromatin organization potentially underlies the segregation of endodermal cell fate from PP. A further single-cell ATAC and RNA sequencing analysis suggests a positive correlation between Nodal activity and chromatin openness. We then identify two transcriptional regulators, gsc and ripply1 , which are differentially activated in PP and Endo, and manipulation of their expression levels tilts the cell fate decision between these two lineages. Collectively, our study suggests that different levels of Nodal activity promote transcriptional diversification between PP and Endo potentially through modulation of chromatin states, which eventually leads to diversification in cell fate decisions.

Mycn, a MYC gene family member, is implicated in both carcinogenesis through amplification and Feingold syndrome through its deficiency. Previous studies have indicated that increased Mycn expression enhances vascularization in human neuroblastomas, yet its precise role in vascular development remains elusive. In this study, we utilized single-cell RNA-seq and live imaging analyses to confirm that mycn is expressed during zebrafish vasculogenesis. We investigated vascular development in zebrafish using a genetically engineered mycn mutation. Our findings reveal that mycn-deficient zebrafish exhibit reduced intersegmental vessels and malformed subintestinal vessels, primarily due to decreased cell proliferation in vascular cells. Importantly, we discovered that activation of PI3K signaling significantly ameliorates these vascular abnormalities.

PRESENILIN 2 (PSEN2) is one of the genes mutated in early onset familial Alzheimer's disease (EOfAD). PSEN2 shares significant amino acid sequence identity with another EOfAD-related gene PRESENILIN 1 (PSEN1), and partial functional redundancy is seen between these two genes. However, the complete range of functions of PSEN1 and PSEN2 is not yet understood. In this study, we performed targeted mutagenesis of the zebrafish psen2 gene to generate a premature termination codon close downstream of the translation start with the intention of creating a null mutation. Homozygotes for this mutation, psen2S4Ter, are viable and fertile, and adults do not show any gross pigmentation defects, arguing against significant loss of γ-secretase activity. Also, assessment of the numbers of Dorsal Longitudinal Ascending (DoLA) interneurons that are responsive to psen2 but not psen1 activity during embryogenesis did not reveal decreased psen2 function. Transcripts containing the S4Ter mutation show no evidence of destabilization by nonsense-mediated decay. Forced expression in zebrafish embryos of fusions of psen2S4Ter 5' mRNA sequences with sequence encoding enhanced green fluorescent protein (EGFP) indicated that the psen2S4Ter mutation permits utilization of cryptic, novel downstream translation start codons. These likely initiate translation of N-terminally truncated Psen2 proteins that obey the “reading frame preservation rule” of PRESENILIN EOfAD mutations. Transcriptome analysis of entire brains from a 6-month-old family of wild type, heterozygous and homozygous psen2S4Ter female siblings revealed profoundly dominant effects on gene expression likely indicating changes in ribosomal, mitochondrial, and anion transport functions.

Background: Solasonine has been demonstrated to exert an inhibitory effect on bladder cancer (BC), but the potential mechanisms remain unclear. Therefore, the aim of this study is to explore the association between microRNAs (miRNAs)-mediated regulation and the anti-tumor activities of solasonine in BC. Methods: MiRNA sequencing was performed to identify the differentially expressed microRNAs (DE-miRNAs) associated with solasonine in BC cells. Functional enrichment analyses of the DE-miRNAs activated and inhibited by solasonine were then conducted. The DE-miRNAs with prognostic value for BC and those differentially expressed in the BC samples were subsequently identified as the hub DE-miRNAs. After identifying the messenger RNAs (mRNAs) that were targeted by the hub DE-miRNAs and those differentially expressed in the BC samples, a protein-protein interaction analysis was performed to identify the core downstream genes, which were then used to construct a solasonine-miRNA-mRNA regulatory network. Results: A total of 27 activated and 19 inhibited solasonine-mediated DE-miRNAs were identified that were found to be associated with several tumor-related biological functions and pathways. After integrating the results of the survival analysis and expression assessment, the following nine hub DE-miRNAs were identified: hsa-miR-127-3p, hsa-miR-450b-5p, hsa-miR-99a-5p, hsa-miR-197-3p, hsa-miR-423-3p, hsa-miR-4326, hsa-miR-625-3p, hsa-miR-625-5p, and hsa-miR-92a-3p. The DE-mRNAs targeted by the hub DE-miRNAs were predicted, and 30 core downstream genes were used to construct the solasonine-miRNA-mRNA regulatory network. miR-450b-5p was shown to be associated with the most mRNAs in this network, which suggests that it plays a crucial role in the solasonine-mediated anti-BC effect. Conclusions: A regulatory network, including solasonine, miRNAs, and mRNAs related to BC, was constructed. This network provides extensive insights into the molecular regulatory mechanisms that underlie the anti-cancer efficacy of solasonine in BC.