The zebrafish is a useful model for understanding normal and cancer stem cells, but analysis has been limited to embryogenesis due to the opacity of the adult fish. To address this, we have created a transparent adult zebrafish in which we transplanted either hematopoietic stem/progenitor cells or tumor cells. In a hematopoiesis radiation recovery assay, transplantation of GFP-labeled marrow cells allowed for striking in vivo visual assessment of engraftment from 2 hr–5 weeks posttransplant. Using FACS analysis, both transparent and wild-type fish had equal engraftment, but this could only be visualized in the transparent recipient. In a tumor engraftment model, transplantation of RAS-melanoma cells allowed for visualization of tumor engraftment, proliferation, and distant metastases in as little as 5 days, which is not seen in wild-type recipients until 3 to 4 weeks. This transparent adult zebrafish serves as the ideal combination of both sensitivity and resolution for in vivo stem cell analyses.

'Super-Earths' are extrasolar planets about two to ten times the mass of the Earth, too small to be considered 'Jupiters'. Observations from the MEarth Project — using two 40-cm (16-inch) telescopes that will eventually be part of an eight-telescope array — have now identified a super-Earth (GJ 1214b) transiting a nearby low mass star. GJ 1214b has a mass 6.55 times that of the Earth and a radius of 2.68 'Earths'. As the star is small and only 13 parsecs away, the planetary atmosphere is available for direct study with current observatories. A population of extrasolar planets has been uncovered with minimum masses of 1.9–10 times the Earth's mass, called super-Earths, but atmospheric studies can be precluded by the distance and size of their stars. Here, observations of the transiting planet GJ 1214b are reported; it has a mass 6.55 times that of the Earth and a radius 2.68 times the Earth's radius. The star is small and only 13 parsecs away, permitting the study of the planetary atmosphere with current observatories. A decade ago, the detection of the first1,2 transiting extrasolar planet provided a direct constraint on its composition and opened the door to spectroscopic investigations of extrasolar planetary atmospheres3. Because such characterization studies are feasible only for transiting systems that are both nearby and for which the planet-to-star radius ratio is relatively large, nearby small stars have been surveyed intensively. Doppler studies4,5,6 and microlensing7 have uncovered a population of planets with minimum masses of 1.9–10 times the Earth's mass (M⊕), called super-Earths. The first constraint on the bulk composition of this novel class of planets was afforded by CoRoT-7b (refs 8, 9), but the distance and size of its star preclude atmospheric studies in the foreseeable future. Here we report observations of the transiting planet GJ 1214b, which has a mass of 6.55M⊕ and a radius 2.68 times Earth's radius (R⊕), indicating that it is intermediate in stature between Earth and the ice giants of the Solar System. We find that the planetary mass and radius are consistent with a composition of primarily water enshrouded by a hydrogen–helium envelope that is only 0.05% of the mass of the planet. The atmosphere is probably escaping hydrodynamically, indicating that it has undergone significant evolution during its history. The star is small and only 13 parsecs away, so the planetary atmosphere is amenable to study with current observatories.

Dopamine is synonymous with reward in mammals but associated with aversive reinforcement in insects, where reward seems to be signalled by octopamine; here it is shown that flies have discrete populations of dopamine neurons representing positive or negative values that are coordinately regulated by octopamine. The neurotransmitter dopamine has been synonymous with reward in mammals, but is associated with aversive reinforcement in insects. In insects, it was thought, reward was signalled by octopamine. Now Scott Waddell and colleagues show that flies have discrete 'negative' and 'positive' populations of dopamine neurons, which are coordinately regulated by octopamine. This work reconciles previous findings with octopamine and dopamine, and suggests that reinforcement systems in flies are more like those in mammals than previously thought. Dopamine is synonymous with reward and motivation in mammals1,2. However, only recently has dopamine been linked to motivated behaviour and rewarding reinforcement in fruitflies3,4. Instead, octopamine has historically been considered to be the signal for reward in insects5,6,7. Here we show, using temporal control of neural function in Drosophila, that only short-term appetitive memory is reinforced by octopamine. Moreover, octopamine-dependent memory formation requires signalling through dopamine neurons. Part of the octopamine signal requires the α-adrenergic-like OAMB receptor in an identified subset of mushroom-body-targeted dopamine neurons. Octopamine triggers an increase in intracellular calcium in these dopamine neurons, and their direct activation can substitute for sugar to form appetitive memory, even in flies lacking octopamine. Analysis of the β-adrenergic-like OCTβ2R receptor reveals that octopamine-dependent reinforcement also requires an interaction with dopamine neurons that control appetitive motivation. These data indicate that sweet taste engages a distributed octopamine signal that reinforces memory through discrete subsets of mushroom-body-targeted dopamine neurons. In addition, they reconcile previous findings with octopamine and dopamine and suggest that reinforcement systems in flies are more similar to mammals than previously thought.

The most common mutation in human melanoma, BRAF(V600E), activates the serine/threonine kinase BRAF and causes excessive activity in the mitogen-activated protein kinase pathway. BRAF(V600E) mutations are also present in benign melanocytic naevi, highlighting the importance of additional genetic alterations in the genesis of malignant tumours. Such changes include recurrent copy number variations that result in the amplification of oncogenes. For certain amplifications, the large number of genes in the interval has precluded an understanding of the cooperating oncogenic events. Here we have used a zebrafish melanoma model to test genes in a recurrently amplified region of chromosome 1 for the ability to cooperate with BRAF(V600E) and accelerate melanoma. SETDB1, an enzyme that methylates histone H3 on lysine 9 (H3K9), was found to accelerate melanoma formation significantly in zebrafish. Chromatin immunoprecipitation coupled with massively parallel DNA sequencing and gene expression analyses uncovered genes, including HOX genes, that are transcriptionally dysregulated in response to increased levels of SETDB1. Our studies establish SETDB1 as an oncogene in melanoma and underscore the role of chromatin factors in regulating tumorigenesis.

Mutations in the RNA-binding protein FUS (fused in sarcoma) are linked to amyotrophic lateral sclerosis (ALS), but the mechanism by which these mutants cause motor neuron degeneration is not known. We report a novel ALS truncation mutant (R495X) that leads to a relatively severe ALS clinical phenotype compared with FUS missense mutations. Expression of R495X FUS, which abrogates a putative nuclear localization signal at the C-terminus of FUS, in HEK-293 cells and in the zebrafish spinal cord caused a striking cytoplasmic accumulation of the protein to a greater extent than that observed for recessive (H517Q) and dominant (R521G) missense mutants. Furthermore, in response to oxidative stress or heat shock conditions in cultures and in vivo, the ALS-linked FUS mutants, but not wild-type FUS, assembled into perinuclear stress granules in proportion to their cytoplasmic expression levels. These findings demonstrate a potential link between FUS mutations and cellular pathways involved in stress responses that may be relevant to altered motor neuron homeostasis in ALS.

Transgenic zebrafish carrying the human oncogene BRAF(V600E), the most common mutation in melanoma patients, provide a convenient model for melanoma. Two papers from Leonard Zon and colleagues demonstrate the potential of this system in the study of cancer genetics and in drug development. Ceol et al. screen for genes that cooperate with mutated BRAF, and identify SETDB1 as capable of accelerating melanoma formation in fish. The gene is found in a region that is frequently amplified in human melanomas, and its gene product, SETDB1, is a histone methylating enzyme that is often overexpressed in those melanomas. This work establishes SETDB1 as an important oncogene. White et al. find expression of a gene signature in melanoma-susceptible zebrafish embryos that is indicative of disrupted differentiation of neural crest progenitors. A chemical screen identifies leflunomide, an immunomodulatory drug used to treat rheumatoid arthritis, as an inhibitor of neural crest stem cells. Leflunomide has antimelanoma activity in human melanoma xenografts and might prove useful as an anticancer drug, particularly in combination with BRAF inhibitors. In a zebrafish model of melanoma driven by activated BRAF, this study finds expression of a gene signature indicative of disrupted terminal differentiation of neural crest progenitors. A chemical screen led to the identification of leflunomide as an inhibitor of neural crest stem cells. Leflunomide inhibits dihydroorotate dehydrogenase and thereby transcriptional elongation, including genes involved in neural crest development and melanoma growth. Leflunomide has anti-melanoma activity in the zebrafish model and human melanoma xenografts, and might prove useful as an anticancer drug. Melanoma is a tumour of transformed melanocytes, which are originally derived from the embryonic neural crest. It is unknown to what extent the programs that regulate neural crest development interact with mutations in the BRAF oncogene, which is the most commonly mutated gene in human melanoma1. We have used zebrafish embryos to identify the initiating transcriptional events that occur on activation of human BRAF(V600E) (which encodes an amino acid substitution mutant of BRAF) in the neural crest lineage. Zebrafish embryos that are transgenic for mitfa:BRAF(V600E) and lack p53 (also known as tp53) have a gene signature that is enriched for markers of multipotent neural crest cells, and neural crest progenitors from these embryos fail to terminally differentiate. To determine whether these early transcriptional events are important for melanoma pathogenesis, we performed a chemical genetic screen to identify small-molecule suppressors of the neural crest lineage, which were then tested for their effects on melanoma. One class of compound, inhibitors of dihydroorotate dehydrogenase (DHODH), for example leflunomide, led to an almost complete abrogation of neural crest development in zebrafish and to a reduction in the self-renewal of mammalian neural crest stem cells. Leflunomide exerts these effects by inhibiting the transcriptional elongation of genes that are required for neural crest development and melanoma growth. When used alone or in combination with a specific inhibitor of the BRAF(V600E) oncogene, DHODH inhibition led to a marked decrease in melanoma growth both in vitro and in mouse xenograft studies. Taken together, these studies highlight developmental pathways in neural crest cells that have a direct bearing on melanoma formation.

Aicardi-Goutieres syndrome (AGS) is a genetic encephalopathy whose clinical features mimic those of acquired in utero viral infection. AGS exhibits locus heterogeneity, with mutations identified in genes encoding the 3'-->5' exonuclease TREX1 and the three subunits of the RNASEH2 endonuclease complex. To define the molecular spectrum of AGS, we performed mutation screening in patients, from 127 pedigrees, with a clinical diagnosis of the disease. Biallelic mutations in TREX1, RNASEH2A, RNASEH2B, and RNASEH2C were observed in 31, 3, 47, and 18 families, respectively. In five families, we identified an RNASEH2A or RNASEH2B mutation on one allele only. In one child, the disease occurred because of a de novo heterozygous TREX1 mutation. In 22 families, no mutations were found. Null mutations were common in TREX1, although a specific missense mutation was observed frequently in patients from northern Europe. Almost all mutations in RNASEH2A, RNASEH2B, and RNASEH2C were missense. We identified an RNASEH2C founder mutation in 13 Pakistani families. We also collected clinical data from 123 mutation-positive patients. Two clinical presentations could be delineated: an early-onset neonatal form, highly reminiscent of congenital infection seen particularly with TREX1 mutations, and a later-onset presentation, sometimes occurring after several months of normal development and occasionally associated with remarkably preserved neurological function, most frequently due to RNASEH2B mutations. Mortality was correlated with genotype; 34.3% of patients with TREX1, RNASEH2A, and RNASEH2C mutations versus 8.0% RNASEH2B mutation-positive patients were known to have died (P=.001). Our analysis defines the phenotypic spectrum of AGS and suggests a coherent mutation-screening strategy in this heterogeneous disorder. Additionally, our data indicate that at least one further AGS-causing gene remains to be identified.

Individuals can learn by interacting with the environment and experiencing a difference between predicted and obtained outcomes (prediction error). However, many species also learn by observing the actions and outcomes of others. In contrast to individual learning, observational learning cannot be based on directly experienced outcome prediction errors. Accordingly, the behavioral and neural mechanisms of learning through observation remain elusive. Here we propose that human observational learning can be explained by two previously uncharacterized forms of prediction error, observational action prediction errors (the actual minus the predicted choice of others) and observational outcome prediction errors (the actual minus predicted outcome received by others). In a functional MRI experiment, we found that brain activity in the dorsolateral prefrontal cortex and the ventromedial prefrontal cortex respectively corresponded to these two distinct observational learning signals.

Highlights•Sweet taste and nutrient value recruit different reinforcing dopaminergic neurons•Sweetness and nutrient value separately reinforce short- and long-term memories•Reinforcement of short-term memory is not dependent on the state of hunger•Acquisition and retrieval of long-term memory are hunger state dependentSummaryDopaminergic neurons provide reward learning signals in mammals and insects [1–4]. Recent work in Drosophila has demonstrated that water-reinforcing dopaminergic neurons are different to those for nutritious sugars [5]. Here, we tested whether the sweet taste and nutrient properties of sugar reinforcement further subdivide the fly reward system. We found that dopaminergic neurons expressing the OAMB octopamine receptor [6] specifically convey the short-term reinforcing effects of sweet taste [4]. These dopaminergic neurons project to the β′2 and γ4 regions of the mushroom body lobes. In contrast, nutrient-dependent long-term memory requires different dopaminergic neurons that project to the γ5b regions, and it can be artificially reinforced by those projecting to the β lobe and adjacent α1 region. Surprisingly, whereas artificial implantation and expression of short-term memory occur in satiated flies, formation and expression of artificial long-term memory require flies to be hungry. These studies suggest that short-term and long-term sugar memories have different physiological constraints. They also demonstrate further functional heterogeneity within the rewarding dopaminergic neuron population.

Abstract There are currently no preventive or disease-modifying therapies for Parkinson’s Disease (PD). Failures in clinical trials necessitate a re-evaluation of existing pre-clinical models in order to adopt systems that better recapitulate underlying disease mechanisms and better predict clinical outcomes. In recent years, models utilizing patient-derived induced pluripotent stem cells (iPSCs) have emerged as attractive models to recapitulate disease-relevant neuropathology in vitro without exogenous overexpression of disease-related pathologic proteins. Here, we utilized iPSCs derived from patients with early-onset PD and dementia phenotypes that harbored either a point mutation (A53T) or multiplication at the α-synuclein/ SNCA gene locus. We generated a three-dimensional (3D) cortical neurosphere culture model to better mimic the tissue microenvironment of the brain. We extensively characterized the differentiation process using quantitative PCR, Western immunoblotting and immunofluorescence staining. Differentiation and aging of the neurospheres revealed alterations in fatty acid profiles and elevated total and pathogenic phospho-α-synuclein levels in both A53T and the triplication lines compared to their isogenic control lines. Furthermore, treatment of the neurospheres with a small molecule inhibitor of stearoyl CoA desaturase (SCD) attenuated the protein accumulation and aberrant fatty acid profile phenotypes. Our findings suggest that the 3D cortical neurosphere model is a useful tool to interrogate targets for PD and amenable to test small molecule therapeutics.