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.

Significance The amyloid-β (Aβ) peptide, which plays a central role in Alzheimer’s disease (AD) pathogenesis, exhibits many properties that are reminiscent of prions (self-propagating proteins that cause neurodegenerative disorders, such as mad cow disease). In the human prion diseases, distinct strains of prions can be distinguished, and therefore, we asked whether different strains of Aβ aggregates might exist in the brains of AD patients. Inoculation of transgenic mice with brain samples from patients with two different heritable forms of AD produced two distinct patterns of cerebral Aβ deposition, and these differences were maintained on serial passage. We conclude that distinct strains of Aβ can be discerned in AD patients, which may help to explain the clinical heterogeneity observed in the disease.

In Alzheimer's disease (AD), amyloid-β (Aβ) deposits are frequently surrounded by activated microglia but the precise role of these cells in disease progression remains unclear. The chemokine receptor CX3CR1 is selectively expressed in microglia and is thought to modulate their activity. To study the specific effects of microglia activation on amyloid pathology in vivo , we crossbred mice lacking CX3CR1 with the Alzheimer's mouse model CRND8. Surprisingly, we found that CX3CR1-deficient mice had lower brain levels of Aβ40 and Aβ42 and reduced amyloid deposits. Quantification of Aβ within microglia and time-lapse two-photon microscopy in live mice revealed that these cells were highly effective at the uptake of protofibrillar amyloid but were incapable of phagocytosis of fibrillar congophilic Aβ. CX3CR1 deletion was associated with increased phagocytic ability, which led to greater amyloid content within microglial phagolysosomes. Furthermore, CX3CR1-deficient mice had an increased number of microglia around individual plaques because of higher proliferative rates, which likely contributed to an overall greater phagocytic capacity. CX3CR1 deletion did not affect the degree of neuronal or synaptic damage around plaques despite increased microglia density. Our results demonstrate that microglia can regulate brain Aβ levels and plaque deposition via selective protofibrillar Aβ phagocytosis. Modulation of microglia activity and proliferation by CX3CR1 signaling may represent a therapeutic strategy for AD.

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.

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.