Background: The prevalence of neurodevelopmental disorders is biased towards males with male:female ratios of 2:1 in intellectual disability (ID) and 4:1 in autism spectrum disorder (ASD). However, the molecular mechanisms of such bias remain unknown. While characterizing a mouse model for loss of the signaling scaffold coiled-coil and C2 domain containing 1A (CC2D1A), which is mutated in ID and ASD, we identified biochemical and behavioral differences between males and females, and explored whether CC2D1A controls male-specific intracellular signaling. Methods: CC2D1A is known to regulate phosphodiesterase 4D (PDE4D). We tested for activation PDE4D and downstream signaling molecules such as CREB in the hippocampus of Cc2d1a-deficient mice. We then performed behavioral studies in females to analyze learning and memory, social interactions, anxiety and hyperactivity. Finally, we targeted PDE4D activation with a PDE4D inhibitor to define how changes in PDE4D and CREB activity affect behavior in males and females. Results: We found that in Cc2d1a-deficient males PDE4D is hyperactive leading to a reduction in CREB signaling, but this molecular deficit is not present in females. Cc2d1a-deficient females only show impairment in novel object recognition, and no other cognitive and social deficits that have been found in males. Restoring PDE4D activity using an inhibitor rescues male-specific cognitive deficits, but has no effect on females. Conclusions: Our findings show that CC2D1A regulates intracellular signaling in a male-specific manner in the hippocampus leading to male-specific behavioral deficits. We propose that male-specific signaling mechanisms are involved in establishing sex bias in neurodevelopmental disorders.

Hundreds of genes are mutated in non-syndromic intellectual disability (ID) and autism spectrum disorder (ASD), with each gene often involved in only a handful of cases. Such heterogeneity can be daunting, but rare recessive loss of function (LOF) mutations can be a good starting point to provide insight into the mechanisms of neurodevelopmental disease. Biallelic LOF mutations in the signaling scaffold CC2D1A cause a rare form of autosomal recessive ID, sometimes associated with ASD and seizures. In parallel, we recently reported that Cc2d1a-deficient mice present with cognitive and social deficits, hyperactivity and anxiety. In Drosophila loss of the only ortholog of Cc2d1a, lgd, is embryonic lethal, while in vertebrates Cc2d1a has a homolog Cc2d1b which appears to be compensating, indicating that Cc2d1a and Cc2d1b have redundant function in humans and mice. Here, we generate an allelic series of Cc2d1a and Cc2d1b loss of function to determine the relative role of these genes during behavioral development. We generated Cc2d1b knockout (KO), Cc2d1a/1b double heterozygous and double KO mice, then performed behavioral studies to analyze learning and memory, social interactions, anxiety, and hyperactivity. We found that Cc2d1a and Cc2d1b have partially overlapping roles. Overall, loss of Cc2d1b is less severe than loss of Cc2d1a, only leading to cognitive deficits, while Cc2d1a/1b double heterozygous animals are similar to Cc2d1a-deficient mice. These results will help us better understand the deficits in individuals with CC2D1A mutations, suggesting that recessive CC2D1B mutations and trans-heterozygous CC2D1A and CC2D1B mutations could also contribute to the genetics of ID.