ABSTRACT Previous studies have shown that G9a, a lysine methyltransferase, inhibits autophagy by repressing the transcription of autophagy genes. Here, we demonstrate a novel mechanism whereby G9a/GLP inhibit autophagy through post-translational modification of ATG12, a protein critical for the initiation of autophagosome formation. Under non-stress conditions, G9a/GLP directly methylate ATG12. The methylated ATG12 undergoes ubiquitin-mediated protein degradation, thereby inhibiting autophagy induction. By contrast, under stress conditions that elevate intracellular Ca 2+ levels, the activated calpain system cleaves the G9a/GLP proteins, leading to G9a/GLP protein degradation. The reduced G9a/GLP levels allow ATG12 to accumulate and form the ATG12-ATG5 conjugate, thus expediting autophagy initiation. Collectively, our findings reveal a distinct signaling pathway that links cellular stress responses involving Ca 2+ /calpain to G9a/GLP-mediated autophagy regulation. Moreover, our model proposes that the methylation status of ATG12 is a molecular rheostat that controls autophagy induction.

Our perception is often attracted to what we have seen before, a phenomenon called 9serial dependence.9 Serial dependence can help maintain a stable perception of the world, given the statistical regularity in the environment. If serial dependence serves this presumed utility, it should be pronounced when consecutive elements share the same identity when multiple elements spatially shift across successive views. However, such preferential serial dependence between identity-matching elements in dynamic situations has never been empirically tested. Here, we hypothesized that serial dependence between consecutive elements is modulated more effectively by the spatial correspondence in relative space than by that in absolute space because spatial correspondence in relative coordinates can warrant identity matching invariantly to changes in absolute coordinates. To test this hypothesis, we developed a task where two targets change positions in unison between successive views. We found that serial dependence was substantially modulated by the correspondence in relative coordinates, but not by that in absolute coordinates. Moreover, such selective modulation by the correspondence in relative space was also observed even for the serial dependence defined by previous non-target elements. Our findings are consistent with the view that serial dependence subserves object-based perceptual stabilization over time in dynamic situations.

Abstract Neurons have the unique capacity to adapt output in response to changes in their environment. Within seconds, sensory nerve endings can become hypersensitive to stimuli in response to potentially damaging events. The underlying behavioral response is well studied, but several of the key signaling molecules that mediate sensory hypersensitivity remain unknown. We previously discovered that peripheral voltage-gated Ca V 2.2 channels in nerve endings in skin are essential for the rapid, transient increase in sensitivity to heat, but not to mechanical stimuli, that accompanies intradermal capsaicin. Here we report that the cytokine interleukin-1α (IL-1α), an alarmin, is necessary and sufficient to trigger rapid heat and mechanical hypersensitivity in skin. Of 20 cytokines screened, only IL-1α was consistently detected in hind paw interstitial fluid in response to intradermal capsaicin and, similar to behavioral sensitivity to heat, IL-1α levels were also dependent on peripheral Ca V 2.2 channel activity. Neutralizing IL-1α in skin significantly reduced capsaicin-induced changes in hind paw sensitivity to radiant heat and mechanical stimulation. Intradermal IL-1α enhances behavioral responses to stimuli and, in culture, IL-1α enhances the responsiveness of Trpv1 -expressing sensory neurons. Together, our data suggest that IL-1α is the key cytokine that underlies rapid and reversible neuroinflammatory responses in skin.

Although autologous human mesenchymal stem cells (hMSCs) are a promising source for regenerative stem cell therapy, the barriers associated with pathophysiological conditions in this disease limit therapeutic applicability to patients. We proved treatment of CKD-hMSCs with TUDCA enhanced the mitochondrial function of these cells and increased complex I & IV enzymatic activity, increasing PINK1 expression and decreasing mitochondrial O2·− and mitochondrial fusion in a PrPC-dependent pathway. Moreover, TH-1 cells enhanced viability when co-cultured in vitro with TUDCA-treated CKD-hMSC. In vivo, tail vein injection of TUDCA-treated CKD-hMSCs into the mouse model of CKD associated with hindlimb ischemia enhanced kidney recovery, the blood perfusion ratio, vessel formation, and prevented limb loss, and foot necrosis along with restored expression of PrPC in the blood serum of the mice. These data suggest that TUDCA-treated CKD-hMSCs are a promising new autologous stem cell therapeutic intervention that dually treats cardiovascular problems and CKD in patients.

Abstract Chronic pain is associated with midbrain dopamine levels. The molecules and mechanisms modulating this association remain to be elucidated. By using conditional knockout mice, we report that JMJD3 deficiency in midbrain dopamine neurons causes prolonged mechanical hyperalgesia regardless of sex and age. Both genetic defect and pharmaceutical inhibition of JMJD3 decrease dopamine level in midbrain and striatum, resulting from reduced tyrosine hydroxylase expression in midbrain dopamine neurons. Furthermore, epigenetic experiments reveal that JMJD3 is indispensable for the transcription of tyrosine hydroxylase through direct and indirect manners. These findings suggest JMJD3 and midbrain dopamine neurons as novel players and pharmaceutical targets for chronic pain regulation.

Abstract Alzheimer’s disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder that causes memory loss. Most AD researches have focused on neurodegeneration mechanisms. Considering that neurodegenerative changes are not reversible, understanding early functional changes before neurodegeneration is critical to develop new strategies for early detection and treatment of AD. We found that Tg2576 mice exhibited impaired pattern separation at the early preclinical stage. Based on previous studies suggesting a critical role of dentate gyrus (DG) in pattern separation, we investigated functional changes in DG of Tg2576 mice. We found that granule cells in DG (DG-GCs) in Tg2576 mice showed increased action potential firing in response to long depolarizations and reduced 4-AP sensitive K + -currents compared to DG-GCs in wild-type (WT) mice. Among Kv4 family channels, Kv4.1 mRNA expression in DG was significantly lower in Tg2576 mice. We confirmed that Kv4.1 protein expression was reduced in Tg2576, and this reduction was restored by antioxidant treatment. Hyperexcitable DG and impaired pattern separation in Tg2576 mice were also recovered by antioxidant treatment. These results highlight the hyperexcitability of DG-GCs as a pathophysiologic mechanism underlying early cognitive deficits in AD and Kv4.1 as a new target for AD pathogenesis in relation to increased oxidative stress.

Abstract Midbrain dopamine (DA) neurons are associated with locomotor and psychiatric disorders. DA subtype is specified in ancestral neural precursor cells (NPCs) and maintained throughout neuronal differentiation. Here we show that endogenous expression of MeCP2 coincides with DA subtype specification in mouse mesencephalon, and premature expression of MeCP2 prevents in vitro cultured NPCs from acquiring DA subtype through interfering NURR1 transactivation of DA phenotype genes. By contrast, MeCP2 overexpression does not disturb DA subtype in DA neurons. By analyzing the dynamic change of DNA methylation along DA neuronal differentiation at the promoter of DA phenotype gene tyrosine hydroxylase ( Th ), we show that Th expression is determined by TET1-mediated de-methylation of NURR1 binding sites within Th promoter. Chromatin immunoprecipitation assays demonstrate that MeCP2 dominates the DNA binding of the corresponding sites thereby blocking TET1 function in DA NPCs, whereas TET1-mediated de-methylation prevents excessive MeCP2 binding in DA neurons. The significance of temporal DNA methylation status is further confirmed by targeted methylation/demethylation experiments showing that targeted de-methylation in DA NPCs protects DA subtype specification from MeCP2 overexpression, whereas targeted methylation disturbs subtype maintenance in MeCP2-overexpressed DA neurons. These findings suggest the appropriate timing of MeCP2 expression as a novel determining factor for guiding NPCs into DA lineage.