Abstract Atherosclerosis is a chronic disease of the vascular wall driven by lipid accumulation and inflammation in the intimal layer of arteries [1], [2], and its main complications, myocardial infarction and stroke, are the leading cause of mortality worldwide [3]. Recent studies have identified Triggering receptor expressed on myeloid cells 2 (TREM2), a lipid-sensing receptor regulating several key myeloid cell functions [4], as a highly expressed marker of macrophage foam cells in experimental and human atherosclerosis [5]. However, the function of TREM2 in the development of atherosclerosis is unknown. Here, we show that hematopoietic or global TREM2 deficiency increases necrotic core formation in early experimental atherosclerosis. We further demonstrate that TREM2 is essential for the efferocytosis capacities of macrophages, and to the survival of lipid-laden macrophages, altogether indicating a crucial role of TREM2 in maintaining the balance between foam cell death and their clearance in atherosclerotic lesions, thereby controlling plaque necrosis.

Sequence variants of the microglial expressed TREM2 (triggering receptor expressed on myeloid cells 2) are a major risk factor for late onset Alzheimer's disease. TREM2 requires a stable interaction with DAP12 in the membrane to initiate signaling, which is terminated by TREM2 ectodomain shedding and subsequent intramembrane cleavage by γ-secretase. To understand the structural basis for the specificity of the intramembrane cleavage event, we determined the solution structure of the TREM2 transmembrane helix (TMH). Due to the presence of a charged amino acid in the membrane region the TREM2-TMH adopts a kinked structure with increased flexibility. Charge removal leads to TMH stabilization and reduced dynamics, similar to its structure in complex with DAP12. Strikingly, these dynamical features perfectly correlate with the site of the initial γ-secretase cleavage event. These data suggest an unprecedented cleavage mechanism by γ-secretase where flexible TMH regions are identified to initiate substrate cleavage.

Degenerative diseases of the outer retina, including age-related macular degeneration (AMD), are characterized by atrophy of photoreceptors and retinal pigment epithelium (RPE). In these blinding diseases, macrophages are known to accumulate ectopically at sites of atrophy, but their ontogeny and functional specialization within this atrophic niche remain poorly understood, especially in the human context. Here, we uncovered a transcriptionally unique profile of microglia, marked by galectin-3 upregulation, at atrophic sites in mouse models of retinal degeneration and in human AMD. Using disease models, we found that conditional deletion of galectin-3 in microglia led to defects in phagocytosis and consequent augmented photoreceptor death, RPE damage and vision loss, suggestive of a protective role. Mechanistically, Trem2 signaling orchestrated the migration of microglial cells to sites of atrophy, and there, induced galectin-3 expression. Moreover, pharmacologic Trem2 agonization led to heightened protection, but only in a galectin-3-dependent manner, further signifying the functional interdependence of these two molecules. Likewise in elderly human subjects, we identified a highly conserved population of microglia at the transcriptomic, protein and spatial levels, and this population was enriched in the macular region of postmortem AMD subjects. Collectively, our findings reveal an atrophy-associated specialization of microglia that restricts the progression of retinal degeneration in mice and further suggest that these protective microglia are conserved in AMD.

Abstract Triggering receptor expressed on myeloid cells 2 (TREM2) is a central regulator of microglial activity and sequence variants are major risk factors for late onset Alzheimer’s disease (LOAD). To better understand the molecular and functional changes associated with TREM2 signalling, we generated a TREM2 reporter mouse model and observed a gradual upregulation of reporter expression with increasing plaque proximity. Isolated microglia were sorted based on reporter expression and their transcriptomic profiles acquired in both wildtype and APP transgenic animals, allowing us to disentangle TREM2 versus pathology-specific effects. Bulk RNA-sequencing highlighted TREM2 level-dependent changes in major immunometabolic pathways, with enrichment of genes in oxidative phosphorylation and cholesterol metabolism in microglia with increased TREM2 expression. To confirm these findings, we next analysed uptake of fluorodeoxyglucose (FDG) and examined metabolomic and lipidomic profiles. Again, independent of Aβ pathology, TREM2 expression correlated with uptake of FDG as well as increased cellular redox, energetics, and cholesterol homeostasis. Finally, we performed chronic treatment with a brain penetrant TREM2 agonist and identified a window of TREM2 expression where microglia are most responsive. Thus, our data provide novel insights into TREM2-mediated regulation of microglial metabolic function and informs current efforts to bring TREM2 agonists into clinical application.