Haplodeficiency of the microglia gene TREM2 increases risk for late-onset Alzheimer’s disease (AD) but the mechanisms remain uncertain. To investigate this, we used high-resolution confocal and super-resolution (STORM) microscopy in AD-like mice and human AD tissue. We found that microglia processes, rich in TREM2, tightly surround early amyloid fibrils and plaques promoting their compaction and insulation. In Trem2- or DAP12-haplodeficient mice and in humans with R47H TREM2 mutations, microglia had a markedly reduced ability to envelop amyloid deposits. This led to an increase in less compact plaques with longer and branched amyloid fibrils resulting in greater surface exposure to adjacent neurites. This was associated with more severe neuritic tau hyperphosphorylation and axonal dystrophy around amyloid deposits. Thus, TREM2 deficiency may disrupt the formation of a neuroprotective microglia barrier that regulates amyloid compaction and insulation. Pharmacological modulation of this barrier could be a novel therapeutic strategy for AD.

In Alzheimer’s disease (AD), β-amyloid (Aβ) plaques are tightly enveloped by microglia processes, but the significance of this phenomenon is unknown. Here we show that microglia constitute a barrier with profound impact on plaque composition and toxicity. Using high-resolution confocal and in vivo two-photon imaging in AD mouse models, we demonstrate that this barrier prevents outward plaque expansion and leads to compact plaque microregions with low Aβ42 affinity. Areas uncovered by microglia are less compact but have high Aβ42 affinity, leading to the formation of protofibrillar Aβ42 hotspots that are associated with more severe axonal dystrophy. In ageing, microglia coverage is reduced leading to enlarged protofibrillar Aβ42 hotspots and more severe neuritic dystrophy. CX3CR1 gene deletion or anti-Aβ immunotherapy causes expansion of microglia coverage and reduced neuritic dystrophy. Failure of the microglia barrier and the accumulation of neurotoxic protofibrillar Aβ hotspots may constitute novel therapeutic and clinical imaging targets for AD. In Alzheimer’s disease (AD), β-amyloid plaques are tightly enveloped by microglia but the significance of this phenomenon is unknown. Here the authors used confocal and in vivotwo-photon imaging in AD mouse models and revealed that microglia constitute a barrier that seems to prevent the formation of neurotoxic hotspots of protofibrillar β-amyloid.

ABSTRACT Microglia are central to pathogenesis in many neurological conditions. Drugs targeting colony- stimulating factor-1 receptor (CSF1R) to block microglial proliferation in preclinical disease models have shown mixed outcomes, thus the therapeutic potential of this approach remains unclear. Here, CSF1R inhibitors were evaluated in tauopathy mice using multiple dosing schemes, drug analogs, and longitudinal measurements in the brain and plasma. A sex- independent reduction in pathogenic tau was seen in several models and non-microglial gene expression patterns reverted toward a normal wild type signature. Surprisingly, despite greater drug exposure in male mice, functional rescue and extended survival was only observed in female mice. A dose-dependent upregulation of immediate early genes and neurotransmitter dysregulation were observed in the brains of male mice only, indicating that excitotoxicity may have precluded functional benefits. Drug-resilient microglia in male mice exhibited morphological and gene expression patterns consistent with increased neuroinflammatory signaling, suggesting a mechanistic basis for sex-specific excitotoxicity. These data argue that complete microglial ablation is neither required nor desirable for neuroprotection and that therapeutics targeting microglia must consider sex-dependent effects on functional outcomes.

Abstract Activation of microglia, the brain’s innate immune cells, is a prominent pathological feature in tauopathies, including Alzheimer’s disease. How microglia activation contributes to tau toxicity remains largely unknown. Here we show that nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-κB) signaling, activated by tau, drives microglial-mediated tau propagation and toxicity. Constitutive activation of microglial NF-κB exacerbated, while inactivation diminished, tau seeding and spreading in PS19 mice, consistent with the observation that NF-κB activation accelerates processing of internalized tau fibrils in primary microglia. Remarkably, inhibition of microglial NF-κB specifically also rescued tau-mediated learning and memory deficits, and restored overall transcriptomic changes while increasing tau inclusions. On a single cell level, we discovered that tau-associated disease states in microglia were diminished by NF-κB inactivation and further transformed by constitutive NF-κB activation. Our study establishes a central role for microglial NF-κB signaling in mediating tau toxicity in tauopathy.

This Viewpoint describes the evidence for iatrogenic disease based on amyloid-β prions and the possibility that Alzheimer disease has an iatrogenic form wherein amyloid β and tau behave as prions that transmit the disease.

A hallmark of age-associated neurodegenerative diseases is the aggregation of proteins. Aggregation of the protein tau defines tauopathies, which include Alzheimer's disease and frontotemporal dementia. Specific neuronal subtypes are selectively vulnerable to the accumulation of tau aggregates, and subsequent dysfunction and death. The mechanisms underlying cell type-selective vulnerability are unknown. To systematically uncover the cellular factors controlling the accumulation of tau aggregates in human neurons, we conducted a genome-wide CRISPRi-based modifier screen in iPSC-derived neurons. The screen uncovered expected pathways, including autophagy, but also unexpected pathways, including UFMylation and GPI anchor synthesis, that control tau oligomer levels. The E3 CUL5 ubiquitin ligase is a potent modifier of tau levels, and directly interacts with tau. Disruption of mitochondrial function increases tau oligomer levels and promotes proteasomal misprocessing of tau. These results reveal new principles of tau proteostasis in human neurons and pinpoint potential therapeutic targets for tauopathies.

Down syndrome (DS) is a common genetic condition caused by trisomy of chromosome 21. Among the complex clinical features including musculoskeletal, neurological and cardiovascular disabilities, individuals with DS have an increased risk of developing progressive dementia and early onset Alzheimer's Disease (AD). This is attributed to the increased gene dosage of amyloid-β (Aβ) precursor protein gene, the formation of self-propagating Aβ and tau prion conformers, and the deposition of neurotoxic Aβ plaques and tau neurofibrillary tangles. Tau amyloid fibrils have previously been established to adopt many distinct conformations across different neurodegenerative conditions. Here we report the characterization of brain samples from four DS cases spanning 36 to 63 years of age by spectral confocal imaging with conformation-specific dyes and cryo-electron microscopy (cryo-EM) to determine structures of isolated tau fibrils. High-resolution structures reveal paired helical filament (PHF) and straight filament (SF) conformations of tau that are identical to those determined from AD. The PHFs and SFs are made of two C-shaped protofilaments with a cross-β/β-helix motif. Similar to filaments from AD cases, most filaments from the DS cases adopted the PHF form, while a minority (~20%) formed SFs. Samples from the youngest individual with no documented dementia had sparse tau deposits. To isolate tau for cryo-EM from this challenging sample we used a novel affinity-grid method involving a graphene-oxide surface derivatized with anti-tau antibodies. This improved isolation and revealed primarily tau PHFs and a minor population of chronic traumatic encephalopathy type II-like filaments were present in this youngest case. These findings expand the similarities between AD and DS to the molecular level, providing insight into their related pathologies and the potential for targeting common tau filament folds by small-molecule therapeutics and diagnostics.

Aggregation of microtubule-associated protein tau (MAPT/tau) into conformationally distinct fibrils underpins neurodegenerative tauopathies. Fluorescent probes (fluoroprobes), such as thioflavin T (ThT), have been essential tools for studying tau aggregation; however, most of them do not discriminate between amyloid fibril conformations (polymorphs). This gap is due, in part, to a lack of high-throughput methods for screening large, diverse chemical collections. Here, we leverage advances in protein adaptive differential scanning fluorimetry (paDSF) to screen the Aurora collection of 300+ fluorescent dyes against multiple synthetic tau fibril polymorphs. This screen, coupled with orthogonal secondary assays, revealed pan-fibril binding chemotypes, as well as fluoroprobes selective for subsets of fibrils. One fluoroprobe recognized tau pathology in

Schizophrenia is one of the most prevalent psychiatric disorders with unclear pathophysiology despite a century-long history of intense research. Schizophrenia affects multiple networks across different brain regions. The anterior cingulate cortex (ACC) is the region that connects the limbic system to cognitive areas such as the prefrontal cortex and represents a pivotal region for the etiology of schizophrenia; however, the molecular pathology, considering its cellular and anatomical complexity, is not well understood. Here, we performed an integrative analysis of spatial and single-nucleus transcriptomics of the postmortem ACC of people with schizophrenia, together with a thorough histological analysis. The data revealed major transcriptomics signatures altered in schizophrenia, pointing at the dysregulation of glial cells, primarily in astrocytes. We further discovered a decrease in the cellular density and abundance of processes of interlaminar astrocytes, a subpopulation of astrocytes specific to primates that localize in the layer 1 and influence the superficial cortical microenvironment across layer 1 and layers 2/3 of the cortex. Our study suggests that aberrant changes in interlaminar astrocytes could explain the cell-to-cell circuit alterations found in schizophrenia and represent novel therapeutic targets to ameliorate schizophrenia-associated dysfunction.

In neurodegenerative diseases proteins fold into amyloid structures with distinct conformations (strains) that are characteristic of different diseases. However, there is a need to rapidly identify amyloid conformations in situ . Here we use machine learning on the full information available in fluorescent excitation/emission spectra of amyloid binding dyes to identify six distinct different conformational strains in vitro , as well as Aβ deposits in different transgenic mouse models. Our EMBER (excitation multiplexed bright emission recording) imaging method rapidly identifies conformational differences in Aβ and tau deposits from Down syndrome, sporadic and familial Alzheimer's disease human brain slices. EMBER has in situ identified distinct conformational strains of tau inclusions in astrocytes, oligodendrocytes, and neurons from Pick's disease. In future studies, EMBER should enable high-throughput measurements of the fidelity of strain transmission in cellular and animal neurodegenerative diseases models, time course of amyloid strain propagation, and identification of pathogenic versus benign strains.In neurodegenerative diseases proteins fold into amyloid structures with distinct conformations (strains) that are characteristic of different diseases. There is a need to rapidly identify these amyloid conformations in situ . Here we use machine learning on the full information available in fluorescent excitation/emission spectra of amyloid binding dyes to identify six distinct different conformational strains in vitro , as well as Aβ deposits in different transgenic mouse models. Our imaging method rapidly identifies conformational differences in Aβ and tau deposits from Down syndrome, sporadic and familial Alzheimer's disease human brain slices. We also identified distinct conformational strains of tau inclusions in astrocytes, oligodendrocytes, and neurons from Pick's disease. These findings will facilitate the identification of pathogenic protein aggregates to guide research and treatment of protein misfolding diseases.