Clinical syndromes associated with progressive supranuclear palsy-tau pathology now include progressive supranuclear palsy-parkinsonism (PSP-P), in addition to classic Richardson's syndrome (RS) and pure akinesia with gait freezing (PAGF). Although pathological heterogeneity of progressive supranuclear palsy (PSP) has also been established, attempts to correlate this with clinical findings have only rarely provided conclusive results. The aim of this study was to investigate whether regional variations in the types of tau lesions or differences in overall tau load may explain the clinical differences between the RS, PSP-P and PAGF. Quantitative tau pathology assessment was performed in 17 brain regions in 42 cases of pathologically diagnosed PSP (22 RS, 14 PSP-P and 6 PAGF). Neurofibrillary tangles, tufted astrocytes, coiled bodies and thread pathology were quantitated and a grading system was developed separately for each region. Using these grades the overall tau load was calculated in each case. To establish a simplified system for grading the severity of tau pathology, all data were explored to identify the minimum number of regions that satisfactorily summarized the overall tau severity. The subthalamic nucleus, substantia nigra and globus pallidus were consistently the regions most severely affected by tau pathology. The mean severity in all regions of the RS group was higher than in PSP-P and PAGF, and the overall tau load was significantly higher in RS than in PSP-P (P = 0.002). Using only the grade of coiled body + thread lesions in the substantia nigra, caudate and dentate nucleus, a reliable and repeatable 12-tiered grading system was established (PSP-tau score: 0, mild tau pathology, restricted distribution; >7, severe, widespread tau pathology). PSP-tau score was negatively correlated with disease duration (Spearman's rho −0.36, P = 0.028) and time from disease onset to first fall (Spearman's rho −0.49, P = 0.003). The PSP-tau score in PSP-P (median 3, range 0–5) was significantly lower than in RS (median 5, range 2–10, Mann–Whitney U, P < 0.001). The two cases carrying the tau-H2 protective allele had the two lowest PSP-tau scores. We have identified significant pathological differences between the major clinical syndromes associated with PSP-tau pathology and the restricted, mild tau pathology in PSP-P supports its clinical distinction from RS. The grading system we have developed provides an easy-to-use and sensitive tool for the morphological assessment of PSP-tau pathology and allows for consideration of the clinical diversity that is known to occur in PSP.

ABSTRACT The abnormal aggregation and accumulation of alpha-synuclein (aSyn) in the brain is a defining hallmark of synucleinopathies. Different aSyn conformations and post-translationally modified forms accumulate in pathological inclusions and vary in abundance across synucleinopathies. Relying on antibodies that have not been assessed for their ability to capture the diversity of aSyn species may not provide an accurate estimation of aSyn pathology in human brains or disease models. To address this challenge, we developed and characterised an expanded antibody panel that targets different sequences and post-translational modifications along the length of aSyn and recognises all three aSyn conformations (monomeric, oligomeric, fibrillar). Next, we profiled aSyn pathology across sporadic and familial Lewy body diseases (LBDs) and reveal heterogeneously modified aSyn pathologies rich in Serine 129 phosphorylation but also in Tyrosine 39 nitration and N- and C-terminal tyrosine phosphorylations, scattered to neurons and glia. We also show that aSyn may become hyperphosphorylated during the aggregation and inclusion maturation processes in neuronal and animal models of aSyn aggregation and spreading. The antibody validation pipeline we describe here paves the way for more systematic investigations of aSyn pathological diversity in the human brain and peripheral tissues, and in cellular and animal models of synucleinopathies.

Abstract Magnetic resonance imaging (MRI) is the standard tool to image the human brain in vivo . In this domain, digital brain atlases are essential for subject-specific segmentation of anatomical regions of interest (ROIs) and spatial comparison of neuroanatomy from different subjects in a common coordinate frame. High-resolution, digital atlases derived from histology (e.g., Allen atlas [3], BigBrain [4], Julich [5]), are currently the state of the art and provide exquisite 3D cytoarchitectural maps, but lack probabilistic labels throughout the whole brain. Here we present NextBrain , a next-generation probabilistic atlas of human brain anatomy built from serial 3D histology and corresponding highly granular delineations of five whole brain hemispheres. We developed AI techniques to align and reconstruct ∼10,000 histological sections into coherent 3D volumes, as well as to semi-automatically trace the boundaries of 333 distinct anatomical ROIs on all these sections. Comprehensive delineation on multiple cases enabled us to build an atlas with probabilistic labels throughout the whole brain. Further, we created a companion Bayesian tool for automated segmentation of the 333 ROIs in any in vivo or ex vivo brain MRI scan using the NextBrain atlas. We showcase two applications of the atlas: automated segmentation of ultra-high-resolution ex vivo MRI and volumetric analysis of brain ageing based on ∼4,000 publicly available in vivo MRI scans. We publicly release the raw and aligned data (including an online visualisation tool), probabilistic atlas, and segmentation tool. By enabling researchers worldwide to analyse brain MRI scans at a superior level of granularity without manual effort or highly specific neuroanatomical knowledge, NextBrain will accelerate our quest to understand the human brain in health and disease.

Abstract Aggregated alpha-synuclein (α-synuclein) is the main component of Lewy bodies (LBs), Lewy neurites (LNs), and glial cytoplasmic inclusions (GCIs), which are pathological hallmarks of idiopathic Parkinson’s disease (IPD) and multiple system atrophy (MSA), respectively. Initiating factors that culminate in forming LBs/LNs/GCIs remain elusive. Several species of α-synuclein exist, including phosphorylated and nitrated forms. It is unclear which α-synuclein post-translational modifications (PTMs) appear within aggregates throughout disease pathology. Herein we aimed to establish the predominant α–synuclein PTMs in post-mortem IPD and MSA pathology using immunohistochemistry. We examined the patterns of three α-synuclein PTMs (pS87, pS129, nY39) simultaneously in pathology-affected regions of 15 PD, 5 MSA, 6 neurologically normal controls. All antibodies recognized LBs, LNs, and GCIs, albeit to a variable extent. pS129 α-synuclein antibody was particularly immunopositive for LNs and synaptic dot-like structures followed by nY39 α-synuclein antibody. GCIs, neuronal inclusions, and small threads were positive for nY39 α-synuclein in MSA. Quantification of the LB scores revealed that pS129 α-synuclein was the dominant and earliest α-synuclein PTM followed by nY39 α-synuclein, while lower amounts of pSer87 α-synuclein appeared later in disease progression in PD. These results may have implications for novel biomarker and therapeutic developments.

Although converging evidence point to alpha-synuclein (a-syn) aggregation and Lewy body (LB) formation as central events in Parkinson's disease (PD), the molecular mechanisms that regulate these processes and their role in disease pathogenesis remain poorly understood. Herein, we applied an integrative biochemical, structural and imaging approach to elucidate the sequence, molecular and cellular mechanisms that regulate LB formation in primary neurons. Our results establish that post-fibrillization C-terminal truncation mediated by calpains 1 and 2 and potentially other enzymes, plays critical roles in regulating a-syn seeding, fibrillization and orchestrates many of the events associated with LB formation and maturation. These findings combined with the abundance of a-syn truncated species in LBs and pathological a-syn aggregates have significant implications for ongoing efforts to develop therapeutic strategies based on targeting the C-terminus of a-syn or proteolytic processing of this region.