Human induced pluripotent stem cell (hiPSC)

Connexin 43 (Cx43) gap junctions and hemichannels mediate astrocyte intercellular communication in the central nervous system under normal conditions and may contribute to astrocyte-mediated neurotoxicity in amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Here we show that astrocyte-specific knockout of Cx43 in a mouse model of ALS slows disease progression both spatially and temporally, provides motor neuron (MN) protection, and improves survival. In human ALS tissues and biofluids, we observe that higher levels of Cx43 correlate with accelerated disease progression. Using human iPSC-derived astrocytes (hiPSC-A) from both familial and sporadic ALS, we show that Cx43 is upregulated and that Cx43-hemichannels are enriched at the astrocyte membrane. We then demonstrate that the pharmacological blockade of Cx43-hemichannels in ALS astrocytes, during a specific temporal window, provides neuroprotection of hiPSC-MN and reduces ALS astrocyte-mediated neuronal hyperexcitability. Our data identify Cx43 hemichannels as novel conduits of astrocyte-mediated disease progression and a pharmacological target for disease-modifying ALS therapies.

The ability to generate human induced pluripotent stem cell (hiPSC)-derived neural cells displaying region-specific phenotypes is of particular interest for modeling central nervous system (CNS) biology in vitro. We describe a unique method by which spinal cord hiPSC-derived astrocytes (hiPSC-A) are cultured with spinal cord hiPSC-derived motor neurons (hiPSC-MN) in a multielectrode array (MEA) system to record electrophysiological activity over time. We show that hiPSC-A enhance hiPSC-MN electrophysiological maturation in a time-dependent fashion. The sequence of plating, density, and age in which hiPSC-As are co-cultured with MN, but not their respective hiPSC line origin, are factors that influence neuronal electrophysiology. When compared to co-culture with mouse primary spinal cord astrocytes, we observe an earlier and more robust electrophysiological maturation in the fully human cultures, suggesting that the human origin is relevant to the recapitulation of astrocyte/motor neuron cross-talk. Finally, we test pharmacological compounds on our MEA platform and observe changes in electrophysiological activity which confirm hiPSC-MN maturation. These findings are supported by immunocytochemistry and real time PCR studies in parallel cultures demonstrating human astrocyte mediated changes in the structural maturation and protein expression profiles of the neurons. Interestingly, this relationship is reciprocal and co-culture with neurons influences astrocyte maturation as well. Taken together these data indicate that in a human in vitro spinal cord culture system, astrocytes alter hiPSC-MN maturation in a time-dependent and species specific manner and suggest a closer approximation of in vivo conditions.

Schwann cell (SC)-specific monocarboxylate transporter 1 (MCT1) knockout mice were generated by mating MCT1 f/f mice with myelin protein zero (P0)-Cre mice. P0-Cre+/-, MCT1 f/f mice have no detectable early developmental defects, but develop hypomyelination and reduced conduction velocity in sensory, but not motor, peripheral nerves during maturation and aging. Furthermore, enlarged node length and reduced mechanical sensitivity were evident in aged P0-Cre+/-, MCT1 f/f mice. MCT1 deletion in SCs impairs both their glycolytic and mitochondrial functions, leading to altered lipid metabolism of triacylglycerides, diacylglycerides, and sphingomyelin, decreased expression of myelin-associated glycoprotein (MAG), and increased expression of c-Jun and p75-neurotrophin receptor, suggesting a regression of SCs to a less mature developmental state. Taken together, our results define the essential role of SC MCT1 in both SC metabolism and peripheral nerve maturation and aging.Main Points

Abstract Loneliness confers a significant risk to numerous health outcomes, including cognitive impairment. This study assessed the relationship between loneliness subtypes (social and emotional) and cognition in older people with HIV (OPWH ≥ 50 years). Forty-two participants (STET = 61.5 years; 48% male; 74% Black) completed the six-item De Jong Gierveld Loneliness Scale and measures assessing objective and subjective cognition and depressive symptoms (Patient Health Questionnaire [PHQ-9]). Loneliness–cognition associations were examined using linear regression. Models were first adjusted for age, sex, race, and education, and then PHQ-9 score. Mean emotional and social loneliness scores were 1.24 ( SD = 1.22) and 1.21 ( SD = 1.14), respectively. After sociodemographic and PHQ-9 adjustment, emotional, but not social, loneliness was associated with poorer objective cognitive performance on processing speed (Digit Symbol) and executive function (CalCAP™). Findings have potential clinical importance for interventions that target specific loneliness subtypes to optimize cognitive performance in OPWH.

Spondylometaphyseal dysplasia with cone-rod dystrophy (SMD-CRD) is a rare autosomal recessive disorder of the skeleton and the retina caused by biallelic variants in PCYT1A, encoding the nuclear enzyme CTP:phosphocholine cytidylyltransferase α (CCTα), which catalyzes the rate-limiting step in phosphatidylcholine (PC) biosynthesis by the Kennedy pathway. As a first step in understanding the consequences of PCYT1A variants on SMD-CRD pathophysiology, we generated and characterized a series of cellular models for SMD-CRD, including CRISPR-edited PCYT1A-null HEK293 and ATDC5 cell lines. Immunoblot and PC synthesis assays of cultured skin fibroblasts from SMD-CRD patient cell lines revealed patient genotype-specific reductions in CCTα steady state levels (10-75% of wild-type) and choline incorporation into PC (22-54% of wild-type). While PCYT1A-null HEK293 cells exhibited fewer and larger lipid droplets in response to oleate loading than their wild-type counterparts, SMD-CRD patient fibroblasts (p.Ser323Argfs*38 homozygotes) failed to show significant differences in lipid droplet numbers or sizes as compared to controls. Lipid droplet phenotypes in PCYT1A-null HEK293 cells were rescued by transfection with wild-type, p.Ala99Val, and p.Tyr240His human PCYT1A cDNAs. While both edited cellular models had normal morphology and proliferation rates compared to unedited controls, Pcyt1a-null ATDC5 cells demonstrated accelerated rates of chondrocyte differentiation as compared to their wild-type counterparts. Lipidomics revealed changes in 75-200 lipid levels in PCYT1A-null HEK293 and ATDC5 cells or in SMD-CRD patient fibroblasts as compared to wild-type controls. The specific lipids altered and extent of change varied by cell type. Importantly, both PCYT1A-null HEK293 cells and SMD-CRD patient fibroblast cell lines had decreased phosphatidylcholine: phosphatidylethanolamine (PC:PE) ratios and decreased levels of several lysophosphatidylcholine (LPC) species as compared to wild-type controls, suggesting compensatory PC production through increased LPC remodeling by LPCAT or decreased conversion of PC to LPC by phospholipase A2. Our results show that all tested PCYT1A alleles associated with SMD-CRD are hypomorphic and suggest involvement of PCYT1A in chondrocyte differentiation, PC:PE ratio maintenance and LPC metabolism, and lipid droplet formation.