N6-methyladenosine (m6A) is the most prevalent modified nucleotide in mRNA1,2, with around 25% of mRNAs containing at least one m6A. Methylation of mRNA to form m6A is required for diverse cellular and physiological processes3. Although the presence of m6A in an mRNA can affect its fate in different ways, it is unclear how m6A directs this process and why the effects of m6A can vary in different cellular contexts. Here we show that the cytosolic m6A-binding proteins—YTHDF1, YTHDF2 and YTHDF3—undergo liquid–liquid phase separation in vitro and in cells. This phase separation is markedly enhanced by mRNAs that contain multiple, but not single, m6A residues. Polymethylated mRNAs act as a multivalent scaffold for the binding of YTHDF proteins, juxtaposing their low-complexity domains and thereby leading to phase separation. The resulting mRNA–YTHDF complexes then partition into different endogenous phase-separated compartments, such as P-bodies, stress granules or neuronal RNA granules. m6A-mRNA is subject to compartment-specific regulation, including a reduction in the stability and translation of mRNA. These studies reveal that the number and distribution of m6A sites in cellular mRNAs can regulate and influence the composition of the phase-separated transcriptome, and suggest that the cellular properties of m6A-modified mRNAs are governed by liquid–liquid phase separation principles. The cytosolic N6-methyladenosine (m6A)-binding proteins YTHDF1, YTHDF2 and YTHDF3 undergo liquid–liquid phase separation in vitro and in cells; this is enhanced by polymethylated mRNAs to form complexes that partition into different cellular phase-separated compartments.

SUMMARY We recently described aberrant cytoplasmic SFPQ intron-retaining transcripts (IRTs) and concurrent SFPQ protein mislocalization as a new hallmark of amyotrophic lateral sclerosis (ALS). However the generalizability and potential roles of cytoplasmic IRTs in health and disease remain unclear. Here, using time-resolved deep-sequencing of nuclear and cytoplasmic fractions of hiPSCs undergoing motor neurogenesis, we reveal that ALS-causing VCP gene mutations lead to compartment-specific aberrant accumulation of IRTs. Specifically, we identify >100 IRTs with increased cytoplasmic (but not nuclear) abundance in ALS samples. Furthermore, these aberrant cytoplasmic IRTs possess sequence-specific attributes and differential predicted binding affinity to RNA binding proteins (RBPs). Remarkably, TDP-43, SFPQ and FUS – RBPs known for nuclear-to-cytoplasmic mislocalization in ALS – avidly and specifically bind to this aberrant cytoplasmic pool of IRTs, as opposed to any individual IRT. Our data are therefore consistent with a novel role for cytoplasmic IRTs in regulating compartment-specific protein abundance. This study provides new molecular insight into potential pathomechanisms underlying ALS and highlights aberrant cytoplasmic IRTs as potential therapeutic targets. Abstract Figure

Xenotransplantation of human cells into immunodeficient mouse models is a very powerful tool and an essential step for the pre-clinical evaluation of therapeutic cell- and gene- based strategies. Here we describe an optimized protocol combining immunofluorescence and real-time quantitative PCR to both quantify and visualize the fate and localization of human myogenic cells after injection in regenerating muscles of immunodeficient mice. Whereas real-time quantitative PCR-based method provides an accurate quantification of human cells, it does not document their specific localization. The addition of an immunofluorescence approach using human-specific antibodies recognizing engrafted human cells gives information on the localization of the human cells within the host muscle fibres, in the stem cell niche or in the interstitial space. These two combined approaches offer an accurate evaluation of human engraftment including cell number and localization and should provide a gold standard to compare results obtained either using different types of human stem cells or comparing healthy and pathological muscle stem cells between different research laboratories worldwide.

Human neurodevelopment requires differentiating neurons to establish large networks of connections in a highly stereotyped manner. Neuronal differentiation in particular requires RNA-binding proteins to spatiotemporally regulate thousands of different mRNAs. Yet how these proteins precisely relate to neuronal development and coordinate the expression of functionally coherent genes in a cell-type specific manner is only partially understood. To address this, we sought to establish how the paradigmatic RNA-binding protein IMP1/IGF2BP1, an essential developmental factor, selects and regulates its RNA targets transcriptome-wide during the differentiation of human neurons. We used a combination of system-wide and targeted molecular analyses to show that IMP1 directly binds to and regulates the expression of a large set of mRNAs that govern microtubule assembly, an essential process and a key driver of neuronal differentiation. We also show that m6A methylation during the transition from neural precursors to neurons drives both the selection of IMP1 mRNA targets and their protein expression. Our findings establish m6A methylation as a key mechanism coordinating the regulatory action of IMP1 on human neuronal architecture.

Abstract Background Microglia play crucial roles in maintaining neuronal homeostasis but have been implicated in contributing to amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia (FTD). However, the role of microglia in ALS/FTD remains incompletely understood. Methods Here, we generated highly enriched cultures of VCP mutant microglia derived from human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) to investigate their cell autonomous and non-cell autonomous roles in ALS pathogenesis. We used RNA-sequencing, proteomics and functional assays to study hiPSC derived VCP mutant microglia and their effects on hiPSC derived motor neurons and astrocytes. Results Transcriptomic, proteomic and functional analyses revealed immune and lysosomal dysfunction in VCP mutant microglia. Stimulating healthy microglia with the inflammatory inducer lipopolysaccharide (LPS) showed partial overlap with VCP mutant microglia in their reactive transformation. LPS-stimulated VCP mutant microglia displayed differential activation of inflammatory pathways compared with LPS-stimulated healthy microglia. Conserved gene expression changes were identified between VCP mutant microglia, SOD1 mutant mice microglia, and postmortem ALS spinal cord microglial signatures, including increased expression of the transmembrane glycoprotein GPNMB . While knockdown of GPNMB affected inflammatory and phagocytosis processes in microglia, this was not sufficient to ameliorate cell autonomous phenotypes in VCP mutant microglia. Secreted factors from VCP mutant microglia were sufficient to activate the JAK-STAT pathway in hiPSC derived motor neurons and astrocytes. Conclusions VCP mutant microglia undergo cell autonomous reactive transformation involving immune and lysosomal dysfunction that partially recapitulate key phenotypes of microglia from other ALS models and post mortem tissue. These phenotypes occur independently of GPNMB . Additionally, VCP mutant microglia elicit non cell autonomous responses in motor neurons and astrocytes involving the JAK-STAT pathway.

Abstract Substantial advances in technology are permitting a high resolution understanding of the salience of glia, and have helped us to transcend decades of predominantly neuron‐centric research. In particular, recent advances in ‘omic’ technologies have enabled unique insights into glial biology, shedding light on the cellular and molecular aspects of neurodegenerative diseases, including amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Here, we review studies using omic techniques to attempt to understand the role of glia in ALS across different model systems and post mortem tissue. We also address caveats that should be considered when interpreting such studies, and how some of these may be mitigated through either using a multi‐omic approach and/or careful low throughput, high fidelity orthogonal validation with particular emphasis on functional validation. Finally, we consider emerging technologies and their potential relevance in deepening our understanding of glia in ALS.

Abstract Neuronal differentiation requires building a complex intracellular architecture, and therefore the coordinated regulation of defined sets of genes. RNA-binding proteins (RBPs) play a key role in this regulation. However, while their action on individual mRNAs has been explored in depth, the mechanisms used to coordinate gene expression programs shaping neuronal morphology are poorly understood. To address this, we studied how the paradigmatic RBP IMP1 (IGF2BP1), an essential developmental factor, selects and regulates its RNA targets during the human neuronal differentiation. We perform a combination of system-wide and molecular analyses, revealing that IMP1 developmentally transitions to and directly regulates the expression of mRNAs encoding essential regulators of the microtubule network, a key component of neuronal morphology. Furthermore, we show that m6A methylation drives the selection of specific IMP1 mRNA targets and their protein expression during the developmental transition from neural precursors to neurons, providing a molecular principle for the onset of target selectivity.