SUMMARY Discovery of molecules in living systems and demonstration of their functional roles are pivotal in furthering our understanding of the molecular basis of biology. ppGpp (guanosine-5’-diphosphate, 3’-diphosphate) has been detected in prokaryotes for more than five decades. Here we report that a genetic screen followed by chemical analysis revealed the presence of ppGpp in Drosophila. It can be detected in germ-free Drosophila and its level is controlled by an enzyme encoded by the mesh1 gene in Drosophila. Loss of function mutations in mesh1 , which encoded the ppGpp degrading enzyme led to longer sleep latency and less total sleep. These phenotypes could be rescued by wild type mesh1 , but not by the enzymatically defective mutant Mesh1E66A, functionally implicating ppGpp. Ectopic expression of RelA, the E. coli synthetase for ppGpp, phenocopied mesh1 knockout mutants, whereas overexpression of mesh1 resulted in the opposite phenotypes, supporting that ppGpp is both necessary and sufficient in sleep regulation. mesh1 is expressed in a specific population of neurons, and a chemoconnectomic screen followed by genetic intersection experiments implicate the pars intercerebralis (PI) as the site of ppGpp function. Our results have thus revealed that ppGpp is present in animals after long lag since its discovery in bacteria. Furthermore, we have demonstrated that ppGpp in a specific subset of neurons plays a physiological role in regulating sleep. We speculate that ppGpp may play function in mammals.

Abstract Female sexual behavior as an innate behavior is of prominent biological importance for survival and reproduction. However, molecular and circuit mechanisms underlying female sexual behavior is not well understood. Here, we identify the Cholecystokinin-like peptide Drosulfakinin (DSK) promotes female sexual behavior in Drosophila . Manipulation both Dsk and DSK neuronal activity impact female sexual receptivity. In addition, we reveal that Dsk -expressing neurons receive input signal from R71G01GAL4 neurons to promote female sexual receptivity. Based on intersectional technique, we further found the regulation of female sexual behavior relies mainly on medial DSK neurons rather than lateral DSK neurons, and medial DSK neurons modulate female sexual behavior by acting on its receptor CCKLR-17D3. Thus, we characterized DSK/CCKLR-17D3 as R71G01GAL4 neurons downstream signaling to regulate female sexual behavior.

Retinitis pigmentosa (RP) and associated inherited retinal diseases (IRDs) are caused by rod photoreceptor degeneration, necessitating therapeutics promoting rod photoreceptor survival. To address this, we tested compounds for neuroprotective effects in zebrafish and mouse RP models, reasoning drugs effective across species may translate better clinically. We first performed a large-scale phenotypic drug screen using a larval zebrafish model of inducible RP. 2,934 compounds, mostly human-approved drugs, were tested across six concentrations. Statistically, 113 compounds achieved hit status. Secondary tests of 42 high-priority hits confirmed eleven lead compounds. Nine leads were then evaluated in mouse RP models, with six exhibiting neuroprotective effects. An analysis of potential mechanisms of action suggested complementary activities. Paired lead compound assays in zebrafish showed additive neuroprotective effects for the majority. These results highlight the value of cross-species phenotypic drug discovery and suggest combinatorial drug therapies may provide enhanced therapeutic benefits for patients with RP and IRDs.

ABSTRACT Sleep is essential for animals, and receives inputs from circadian, homeostasis, and environment, yet the mechanisms of sleep regulation remain elusive. Discovery of molecules in living systems and demonstration of their functional roles are pivotal in furthering our understanding of the molecular basis of biology. Here we report that ppGpp (guanosine-5’-diphosphate, 3’-diphosphate), a molecule that has been detected in prokaryotes for more than five decades, is present in Drosophila , and plays an important role in regulation of sleep and SISL (starvation induced sleep loss). ppGpp is detected in germ-free Drosophila and hydrolyzed by an enzyme encoded by the mesh1 gene in Drosophila . Nighttime sleep and SISL were defected in mesh1 mutant flies, and rescued by expression of wildtype Mesh1, but not the enzymatically defective mutant Mesh1E66A. Ectopic expression of RelA, the E. coli synthetase for ppGpp, phenocopied mesh1 knockout mutants, whereas overexpression of Mesh1 resulted in the opposite phenotypes, supporting that ppGpp is both necessary and sufficient in sleep regulation. A chemoconnectomic screen followed by genetic intersection experiments implicate the Dilp2 neurons in the pars intercerebralis (PI) brain region as the site of ppGpp function. Our results have thus supported that ppGpp is present in animals after long lag since its discovery in bacteria, and revealed a physiological role of ppGpp in sleep regulation for the first time.

Mutations in NMNAT1 can lead to a very severe type of retinal dystrophy, Leber congenital amaurosis, in human patients, characterized by infantile-onset or congenital retinal dystrophy and childhood blindness. The loss-of-function mouse models of Nmnat1 have not been well-established, since the complete knock-out (KO) of Nmnat1 in mice results in embryonic lethality. Here, we generated retina-specific KO by using the Crx-promotor-driving Cre combined with the flox allele. By a panel of histological and functional analyses, we found that Nmnat1 conditional KO (cKO) mice have early severe retinal dystrophy. Specifically, the photoreceptors of Nmnat1 cKO mice are almost diminished and the retinal functions also become completely abolished. Our results established a loss-of-function model for Nmnat1 in mice, which will be useful for studying the detailed functions of NMNAT1 in the retina.

Abstract Neurotransmitters are generated by de novo synthesis and are essential for sustained, high-frequency synaptic transmission. Histamine, a monoamine neurotransmitter, is synthesized through decarboxylation of histidine by Histidine decarboxylase (Hdc). However, little is known about how histidine is presented to Hdc as a precursor. Here, we identified a specific histidine transporter, TADR (Torn And Diminished Rhabdomeres), that is required for visual transmission in Drosophila . TADR and Hdc co-localized to neuronal terminals, and mutations in tadr reduced levels of histamine, thus disrupting visual synaptic transmission and phototaxis behavior. These results demonstrate that a specific amino acid transporter provides precursors for monoamine neurotransmitters, providing the first genetic evidence that a histidine amino acid transporter plays a critical role in synaptic transmission. These results suggest that TADR-dependent local de novo synthesis of histamine is required for synaptic transmission.

Burn injuries often leave behind a “stasis zone”, a region of tissue critically important for determining both the severity of the injury and the potential for recovery. To understand the intricate cellular and epigenetic changes occurring within this critical zone, we utilized single-cell assay for transposase-accessible chromatin sequencing (scATAC-seq) to profile over 31,500 cells from both healthy rat skin and the stasis zone at nine different time points after a burn injury. This comprehensive approach revealed 26 distinct cell types and the dynamic shifts in the proportions of these cell types over time. We observed distinct gene activation patterns in different cell types at various stages post-burn, highlighting key players in immune activation, tissue regeneration, and blood vessel repair. Importantly, our analysis uncovered the regulatory networks governing these genes, offering valuable insights into the intricate mechanisms orchestrating burn wound healing. This comprehensive cellular and molecular atlas of the stasis zone provides a powerful resource for developing targeted therapies aimed at improving burn injury recovery and minimizing long-term consequences.