Abstract Autism spectrum disorder (ASD) is a highly heritable neurodevelopmental disorder associated with deficits in social communication and stereotypical behaviors. Numerous ASD-related genetic mutations have been identified and genome editing methods have been developed but successful genome editing in the whole-brain scale to alleviate autistic-like behaviors in animal models has not been achieved. Here we report the development of a new CRISPR-mediated cytidine base editor (CBE) system, which converts C·G base pairs to T·A. We demonstrate the effectiveness of this system by targeting an ASD-associated de novo mutation in the MEF2C gene (c.104T>C, p.L35P). We constructed a Mef2c L35P knock-in mouse and observed that Mef2c L35P heterozygous mice displayed autistic-like behaviors, including deficits in social behaviors and repetitive behaviors. We programmed the CBE to edit the C·G base pairs of the mutated Mef2c gene (c.104T>C, p.L35P) to T·A base pairs and delivered it via a single dose intravenous injection of blood brain barrier (BBB)-crossing AAV-PHP.eB vector into the mouse brain. This treatment restored MEF2C protein levels and reversed impairments in social interactions and repetitive behaviors in Mef2c L35P heterozygous mice. Together, this work presents an in vivo gene editing strategy in which correcting a single nucleotide mutation in the whole-brain scale could be successfully achieved, further providing a new therapeutic framework for neurodevelopmental disorders.

Abstract Coronavirus disease 2019 (COVID-19), which is triggered by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection, continues to threaten global public health. Developing a vaccine that only requires single immunization but provides long-term protection for the prevention and control of COVID-19 is important. Here, we developed an adeno-associated virus (AAV)-based vaccine expressing a stable receptor-binding domain (SRBD) protein. The vaccine requires only a single shot but provides effective neutralizing antibodies (NAbs) over 598 days in rhesus macaques ( Macaca mulatta ). Importantly, our results showed that the NAbs were kept in high level and long lasting against authentic wild-type SARS-CoV-2, Beta, Delta and Omicron variants using plaque reduction neutralization test. Of note, although we detected pre-existing AAV2/9 antibodies before immunization, the vaccine still induced high and effective NAbs against COVID-19 in rhesus macaques. AAV-SRBD immune serum also efficiently inhibited the binding of ACE2 with RBD in the SARS-CoV-2 B.1.1.7 (Alpha), B.1.351 (Beta), P.1/P.2 (Gamma), B.1.617.2 (Delta), B.1.617.1/3(Kappa), and C.37 (Lambda) variants. Thus, these data suggest that the vaccine has great potential to prevent the spread of SARS-CoV-2.

Accumulated genetic evidences indicate that the contactin associated protein-like (CNTNAP) family is implicated in autism spectrum disorders (ASD). In this study, we identified transmitted genetic mutations in the CNTNAP3 gene from Chinese Han ASD cohorts and Simons Simplex Collections. We found that CNTNAP3 interacted with synaptic adhesion proteins Neuroligin1 and Neuroligin2, as well as scaffolding proteins PSD95 and Gephyrin. Importantly, we found that CNTNAP3 plays an opposite role in controlling development of excitatory and inhibitory synapses in vitro and in vivo, in which ASD mutants exhibited loss-of-function effects. We showed that Cntnap3-null mice exhibited deficits in social interaction and spatial learning. These evidences elucidate the pivotal role of CNTNAP3 in synapse development and social behavior, providing the mechanistic insights for ASD.

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a late onset neurodegenerative disease with fast progression. Mutations of the CREST gene are identified in sporadic ALS patients via whole-exome sequencing. Whether CREST mutations may lead to ALS-like symptoms in animal models and molecular mechanisms underlying ALS pathogenesis caused by CREST mutations remained unclear. In this study, we showed that the ALS-related CREST-Q388X mutation exhibited loss-of-function effects. Importantly, we found that microglial activations are prevalent in CREST haploinsufficieny mice and the Q394X mice mimicking the human CREST Q388X mutation, which may be caused by upregulation expression of immune-related cytokines including Ccl2 and Cxcl10 in neurons lack of CREST. We showed that both CREST haploinsufficieny and the Q394X mice displayed motor deficits, confirming the causal connection between CREST and ALS. These findings indicate that elevated inflammatory responses in a subset of ALS may be caused by neuron-derived factors, suggesting potential therapeutic methods through inflammation pathways.

Abstract Autism spectrum disorder (ASD) is a complex neurodevelopmental disorder with significant genetic predispositions. Among these, loss-of-function mutations of the chromatin remodeling gene SRCAP have been identified in individuals with ASD, but their pathogenic mechanisms have yet to be fully elucidated. In this study, we established a germline mutant mouse model harboring a heterozygous frameshift mutation in the Srcap gene ( Srcap +/- ). The Srcap +/- mice exhibited notable impairments in social novelty, repetitive and stereotyped behaviors, anxiety, and learning and memory deficits. We observed a decreased number of parvalbumin (PV)-expressing neurons in their retrosplenial cortex (RSC) and dentate gyrus (DG). Furthermore, abnormalities in dendritic structure, synaptic density, and synaptic transmission were noted in the DG of Srcap +/- mice. RNA sequencing revealed that the expression of 27 genes, implicated in ASD, was dysregulated in the Srcap haploinsufficiency mice. Among these genes, we found that Srcap haploinsufficiency resulted in decreased Satb2 expression due to diminished H2A.z-binding within the promoter region of Satb2 . Remarkably, intervention through retro-orbital injection of AAV vectors expressing Satb2 in newborn Srcap +/- mice reversed autistic-like behaviors and developmental defects in the RSC and DG regions. Similarly, in adolescent Srcap +/- mice, stereotactic injection of AAV expressing Satb2 into the RSC ameliorated deficits in social novelty. Collectively, these findings highlight the crucial role of the Srcap in neurodevelopment by regulating Satb2 expression, particularly impacting the development of RSC and DG regions.

Abstract Autism spectrum disorder (ASD) is a highly heritable neurodevelopmental disorder, in which core symptoms are defects of social interaction and evidently repetitive behaviors. Although around 50-70 % of ASD patients have comorbidity of intellectual disabilities (ID) or developmental delay (DD), there are some ASD patients who exhibit only core symptoms but without ID/DD, raising the question whether there are genetic components and neural circuits specific for core symptoms of ASD. Here, by focusing on ASD patients who do not show compound ID or DD, we identified a de novo heterozygous gene-truncating mutation of the Sentrin-specific peptidase1 ( SENP1 ) gene, coding the small ubiquitin-like modifiers (SUMO) deconjugating enzyme, as a potentially new candidate gene for ASD. We found that Senp1 haploinsufficient mice exhibited core symptoms of autism such as deficits in social interaction and repetitive behaviors, but normal learning and memory ability. Moreover, we found that the inhibitory and excitatory synaptic functions were severely affected in the retrosplenial agranular (RSA) cortex of Senp1 haploinsufficient mice. Lack of Senp1 led to over SUMOylation and degradation of fragile X mental retardation protein (FMRP) proteins, which is coded by the FMR1 gene, also implicated in syndromic ASD. Importantly, re-introducing SENP1 or FMRP specifically in RSA fully rescued the defects of synaptic functions and core autistic-like symptoms of Senp1 haploinsufficient mice. Together, these results demonstrated that disruption of the SENP1-FMRP regulatory axis in the RSA may cause core autistic symptoms, which provide a candidate brain region of ASD for potential therapeutic intervene by neural modulation approaches.