The microbiota-gut-brain axis has emerged as a novel target in depression, a disorder with low treatment efficacy. However, the field is dominated by underpowered studies focusing on major depression not addressing microbiome functionality, compositional nature, or confounding factors. We applied a multi-omics approach combining pre-clinical models with three human cohorts including patients with mild depression. Microbial functions and metabolites converging onto glutamate/GABA metabolism, particularly proline, were linked to depression. High proline consumption was the dietary factor with the strongest impact on depression. Whole-brain dynamics revealed rich club network disruptions associated with depression and circulating proline. Proline supplementation in mice exacerbated depression along with microbial translocation. Human microbiota transplantation induced an emotionally impaired phenotype in mice and alterations in GABA-, proline-, and extracellular matrix-related prefrontal cortex genes. RNAi-mediated knockdown of proline and GABA transporters in Drosophila and mono-association with L. plantarum, a high GABA producer, conferred protection against depression-like states. Targeting the microbiome and dietary proline may open new windows for efficient depression treatment.

Objective: Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) is a common, highly heritable neuropsychiatric disorder. ADHD often co-occurs with Intellectual Disability (ID), and shared overlapping genetics have been suggested. This study aimed to identify novel ADHD genes by investigating whether genes carrying rare mutations linked to ID contribute to ADHD risk through common genetic variants. Validation and characterization of candidates were performed using Drosophila melanogaster. Method: Common genetic variants in a diagnostic gene panel of 396 autosomal ID genes were tested for association with ADHD risk, through gene-set and gene-wide analyses, using ADHD meta-analytic data of the Psychiatric Genomics Consortium (n=19,210) for discovery and iPSYCH ADHD data for replication (n=37,076). The significant genes were functionally validated and characterized in Drosophila by assessing locomotor activity and sleep upon knockdown of those genes in brain circuits. Results: The ID gene-set was significantly associated with ADHD risk in the discovery and replication data-sets. The three genes most consistently associated were MEF2C, ST3GAL3, and TRAPPC9. Performing functional characterization of the two evolutionary conserved genes in Drosophila melanogaster, we found their knockdown in dopaminergic (dMEF2) and circadian neurons (dTRAPPC9) to result in increased locomotor activity and reduced sleep, concordant with the human phenotype. Conclusions: This study reveals that a large set of ID-related genes contributes to ADHD risk through effects of common alleles. Utilizing this continuity, we identified TRAPPC9, MEF2C, and ST3GAL3 as novel ADHD candidate genes. Characterization in Drosophila suggests that TRAPPC9 and MEF2C contribute to ADHD-related behavior through distinct neural substrates.