Abstract CELSR3 encodes an atypical protocadherin cell adhesion receptor that was recently identified as a high-risk gene for Tourette disorder. A putative damaging de novo variant was inserted into the mouse genome to generate an amino acid substitution within the fifth cadherin repeat. By contrast to Celsr3 constitutive null animals, mice homozygous for the R774H amino acid substitution are viable and have grossly normal forebrain development. The density of cortical and striatal interneuron subpopulations is normal, but 3D geometric analysis of cortical pyramidal neurons and striatal cholinergic interneurons revealed changes to dendritic patterning and types and distributions of spines. Furthermore, patch clamp recordings in cholinergic interneurons located within the sensorimotor striatum uncovered mild intrinsic hyperexcitability. Despite these changes, Celsr3 R774H homozygous mice do not show obvious ‘tic-like’ stereotypies at baseline nor motor learning impairments, but females exhibited perseverative digging behavior. Our findings show that a human mutation in CELSR3 linked to Tourette disorder is sufficient to alter dendritic patterning in the cortex and striatum and also the intrinsic excitability of cholinergic interneurons.

Abstract 2-arachidonoyl-glycerol (2-AG), the most abundant endocannabinoid (eCB) in the brain, regulates diverse neural functions. However, whether 2-AG deficiency contributes to Parkinson’s disease (PD) and nigral dopaminergic neurons (DANs) dysfunction is unclear. Diacylglycerol lipase α and β ( DAGLA and DAGLB ) mediate the biosynthesis of 2-AG. Using homozygosity mapping and whole-exome sequencing, we linked multiple homozygous loss-of-function mutations in DAGLB to a form of early-onset autosomal recessive PD. We then used RNA sequencing and fiber photometry with genetically encoded eCB sensors to demonstrate that DAGLB is the main 2-AG synthase in nigral DANs. Genetic knockdown of Daglb by CRISPR/Cas9 in mouse nigral DANs substantially reduces 2-AG levels in the substantia nigra (SN). The SN 2-AG levels are markedly correlated with the vigor of movement during the acquisition of motor skills, while Daglb -deficiency impairs motor learning. Conversely, pharmacological enhancement of 2-AG levels increases nigral DAN activity and dopamine release and improves motor learning. Together, we demonstrate that DAGLB -deficiency contributes to the etiopathogenesis of PD, reveal the importance of DAGLB -mediated 2-AG biosynthesis in nigral DANs in regulating neural activity and dopamine release, and provide preclinical evidence for the beneficial effects of 2-AG augmentation in PD treatment.

Abstract Tourette disorder (TD) is poorly understood, despite affecting 1/160 children. A lack of animal models possessing construct, face, and predictive validity hinders progress in the field. We used CRISPR/Cas9 genome editing to generate mice with mutations orthologous to human de novo variants in two high-confidence Tourette genes, CELSR3 and WWC1 . Mice with human mutations in Celsr3 and Wwc1 exhibit cognitive and/or sensorimotor behavioral phenotypes consistent with TD. Sensorimotor gating deficits, as measured by acoustic prepulse inhibition, occur in both male and female Celsr3 TD models. Wwc1 mice show reduced prepulse inhibition only in females. Repetitive motor behaviors, common to Celsr3 mice and more pronounced in females, include vertical rearing and grooming. Sensorimotor gating deficits and rearing are attenuated by aripiprazole, a partial agonist at dopamine type II receptors. Unsupervised machine learning reveals numerous changes to spontaneous motor behavior and less predictable patterns of movement. Continuous fixed-ratio reinforcement shows Celsr3 TD mice have enhanced motor responding and reward learning. Electrically evoked striatal dopamine release, tested in one model, is greater. Brain development is otherwise grossly normal without signs of striatal interneuron loss. Altogether, mice expressing human mutations in high-confidence TD genes exhibit face and predictive validity. Reduced prepulse inhibition and repetitive motor behaviors are core behavioral phenotypes and are responsive to aripiprazole. Enhanced reward learning and motor responding occurs alongside greater evoked dopamine release. Phenotypes can also vary by sex and show stronger affection in females, an unexpected finding considering males are more frequently affected in TD. Significance Statement We generated mouse models that express mutations in high-confidence genes linked to Tourette disorder (TD). These models show sensorimotor and cognitive behavioral phenotypes resembling TD-like behaviors. Sensorimotor gating deficits and repetitive motor behaviors are attenuated by drugs that act on dopamine. Reward learning and striatal dopamine is enhanced. Brain development is grossly normal, including cortical layering and patterning of major axon tracts. Further, no signs of striatal interneuron loss are detected. Interestingly, behavioral phenotypes in affected females can be more pronounced than in males, despite male sex bias in the diagnosis of TD. These novel mouse models with construct, face, and predictive validity provide a new resource to study neural substrates that cause tics and related behavioral phenotypes in TD.

Abstract Skull development coincides with the onset of cerebrospinal fluid (CSF) circulation, brain-CSF perfusion, and meningeal lymphangiogenesis, processes essential for brain waste clearance. How these processes are affected by craniofacial disorders such as craniosynostosis are poorly understood. We report that raised intracranial pressure and diminished CSF flow in craniosynostosis mouse models associates with pathological changes to meningeal lymphatic vessels that affect their sprouting, expansion, and long-term maintenance. We also show that craniosynostosis affects CSF circulatory pathways and perfusion into the brain. Further, craniosynostosis exacerbates amyloid pathology and plaque buildup in Twist1 +/− :5xFAD transgenic Alzheimer’s disease models. Treating craniosynostosis mice with Yoda1, a small molecule agonist for Piezo1, reduces intracranial pressure and improves CSF flow, in addition to restoring meningeal lymphangiogenesis, drainage to the deep cervical lymph nodes, and brain-CSF perfusion. Leveraging these findings, we show Yoda1 treatments in aged mice with reduced CSF flow and turnover improve lymphatic networks, drainage, and brain-CSF perfusion. Our results suggest CSF provides mechanical force to facilitate meningeal lymphatic growth and maintenance. Additionally, applying Yoda1 agonist in conditions with raised intracranial pressure and/or diminished CSF flow, as seen in craniosynostosis or with ageing, is a possible therapeutic option to help restore meningeal lymphatic networks and brain-CSF perfusion.