Abstract Despite intense research on mice, the transcriptional regulation of neocortical neurogenesis remains limited in humans and non-human primates. Cortical development in rhesus macaque is known to recapitulate multiple facets of cortical development in humans, including the complex composition of neural stem cells and the thicker supragranular layer. To characterize temporal shifts in transcriptomic programming responsible for differentiation from stem cells to neurons, we sampled parietal lobes of rhesus macaque at E40, E50, E70, E80, and E90, spanning the full period of prenatal neurogenesis. Single-cell RNA sequencing produced a transcriptomic atlas of the developing rhesus macaque neocortex parietal lobe. Identification of distinct cell types and neural stem cells emerging in different developmental stages revealed a terminally bifurcating trajectory from stem cells to neurons. Notably, deep-layer neurons appear in the early stages of neurogenesis, while upper-layer neurons appear later. While these different lineages show overlap in their differentiation program, cell fates are determined post-mitotically. Pseudotime trajectories from vRGs to oRGs revealed differences in dynamic gene expression profiles and identified divergence in their activation of BMP, FGF, and WNT signaling pathways. These results provide a comprehensive picture of the temporal patterns of gene expression leading to different fates of radial glial progenitors during neocortex layer formation.

Cell fate specification in neural progenitor cells (NPCs) is orchestrated via extrinsic and intrinsic molecular programs, and histone methylation in these decisions has been ascribed to a crucial function regulating gene expression. Here, we show that the COMPASS family histone methyltransferase co-factor ASH2L is required in NPCs proliferation and upper layer cortical projection neurons production and position. Deletion of Ash2l impairs trimethylation of H3K4 and transcriptional machinery specifically for subsets of Wnt-β-catenin signalling, disrupting their transcription and consequently inhibiting the proliferation ability of NPCs in late stages of neurogenesis. Consistently, Ash2l conditional mutants exhibit thinning neocortex with reduced upper layer neurons and altered neuronal position. Moreover, overexpressing β-catenin after Ash2l elimination or knockdown can rescue the proliferation deficiency of NPCs both in vivo and in vitro. These results demonstrate an essential and highly specific role for Ash2l in controlling NPCs proliferation and late-born neurons lamination in corticogenesis via transcriptionally regulating Wnt-β-catenin signalling, and provide clues to how the COMPASS family epigenetic factors coordinate cell fate determination during cortex development.

During cortical development, the differentiation potential of neural progenitor cells (NPCs) is one of the most critical steps in normal cortical formation and function. Defects in this process can lead to many brain disorders. MicroRNA dysregulation in the dorsolateral prefrontal cortex is associated with risk for a variety of developmental and psychiatric conditions. However, the molecular mechanisms underlying this process remain largely unknown. In this study, we found that microRNA-495-3p (miR-495) is expressed in NPCs of the developing mouse cerebral cortex. Furthermore, aberrant expression of miR-495 promotes the formation of superficial neurons. Our results suggest that miR-495 can target transcription factor 4 (TCF4), a gene linked to the neurodevelopmental disorder Pitt-Hopkins syndrome (PTHS), to ensure normal differentiation of NPCs in the developing cerebral cortex. Furthermore, TCF4 loss-of-function and gain-of-function experiments show opposite effects on miR-495 regulation of neural progenitor differentiation potential. Together, these results demonstrated that miR-495 regulates cortical development through TCF4 for the first time.

Abstract The development of the mammalian neocortex is precisely regulated by temporal gene expression, yet the temporal regulatory mechanisms of cortical neurogenesis, particularly how radial glial cells (RGCs) sequentially generate deep to superficial neurons, remain unclear. Here, the hnRNP family member Syncrip (hnRNP Q) is identified as a key modulator of superficial neuronal differentiation in neocortical neurogenesis. Syncrip knockout in RGCs disrupts differentiation and abnormal neuronal localization, ultimately resulting in superficial cortical layer defects as well as learning and memory impairments in mice. Single‐cell RNA sequencing analysis demonstrated that the knockout of Syncrip disrupts the late‐stage neurogenesis, stalling transcriptional progression in RGCs. Mechanistically, Syncrip maintains the transcription of temporal process‐related transcription factors by recruiting stabilization complexes through phase separation, crucially regulating the Notch signaling pathway that determines the fate of RGCs. Furthermore, pathogenic human mutations in Syncrip weaken its phase‐separation capability, failing to form stable complexes normally. Thus, Syncrip acts as a mediator of posttranscriptional regulatory mechanisms, governing the fate progression of RGCs and the advancement of intrinsic temporal programs. This study establishes an intracellular mechanism for posttranscriptional regulation of progressive fate determination in cortical neurogenesis.