Abstract Diffusion tractography MRI can infer changes in network connectivity in patients with traumatic brain injury (TBI), but pathological substrates of disconnected tracts have not been well-defined due to a lack of high-resolution imaging with histopathological validation. We developed an ex vivo MRI protocol to analyze tract terminations at 750 μm resolution, followed by histopathologic evaluation of white matter pathology, and applied these methods to a 60-year-old man who died 26 days after TBI. Analysis of 74 cerebral hemispheric white matter regions revealed a heterogeneous distribution of tract disruptions. Associated histopathology identified variable white matter injury with patchy deposition of amyloid precursor protein and loss of neurofilament-positive axonal processes, myelin dissolution, astrogliosis, microgliosis, and perivascular hemosiderin-laden macrophages. Multiple linear regression revealed that tract disruption strongly correlated with neurofilament loss. Ex vivo diffusion MRI can detect tract disruptions in the human brain that reflect axonal injury.

Abstract Clustering is a critical step in the analysis of single-cell data, as it enables the discovery and characterization of putative cell types and states. However, most popular clustering tools do not subject clustering results to statistical inference testing, leading to risks of overclustering or underclustering data and often resulting in ineffective identification of cell types with widely differing prevalence. To address these challenges, we present CHOIR ( c lustering h ierarchy o ptimization by iterative random forests), which applies a framework of random forest classifiers and permutation tests across a hierarchical clustering tree to statistically determine which clusters represent distinct populations. We demonstrate the enhanced performance of CHOIR through extensive benchmarking against 14 existing clustering methods across 100 simulated and 4 real single-cell RNA-seq, ATAC-seq, spatial transcriptomic, and multi-omic datasets. CHOIR can be applied to any single-cell data type and provides a flexible, scalable, and robust solution to the important challenge of identifying biologically relevant cell groupings within heterogeneous single-cell data.

Abstract Tau post-translational modifications (PTMs) are associated with progressive tau accumulation and neuronal loss in tauopathies, including forms of frontotemporal lobar degeneration (FTLD) and Alzheimer’s disease (AD). Proteolytic cleavage of tau by active caspases, including caspase-6, represents an underexplored tau PTM implicated in tau pathology. Caspase-cleaved tau is toxic and prone to self-aggregation in experimental models. To elucidate the presence and temporal course of caspase activation, tau cleavage, and neuronal death, we generated two neoepitope monoclonal antibodies (mAbs) against caspase-6 tau proteolytic sites and cortical neurons from induced pluripotent stem cells (iPSCs) with the frontotemporal dementia (FTD)-causing V337M MAPT mutation. FTLD V337M MAPT and AD postmortem brains showed positivity for both cleaved tau mAbs as well as active caspase-6. Relative to isogenic wild-type MAPT controls, V337M MAPT neurons showed a time-dependent increase in pathogenic tau in the form of tau oligomers, caspase-cleaved tau, and p-tau. Accumulation of toxic tau species in 3-month V337M MAPT neurons also increased vulnerability to stress, which was pharmacologically rescued by caspase inhibition. We propose a model in which time-dependent accumulation of caspase-cleaved tau in V337M MAPT neurons promotes neurotoxicity that is reversed by caspase-6 inhibition. Caspase-cleaved tau may be a biomarker of tauopathy, and caspases could be viable targets for therapeutic intervention against tau pathogenesis in FTLD and other tauopathies. Significance The mechanisms leading to tau pathology in frontotemporal dementia (FTD) and Alzheimer’s disease (AD) remain elusive. Experimental studies in AD demonstrate that tau cleavage by active caspase-6 contributes to tau pathology since cleaved tau may be toxic and prone to self-aggregation. Yet, the role of caspase-cleaved tau in promoting toxicity and cell death is unclear. Here, we generated two neoepitope monoclonal antibodies against caspase-6 tau and evaluated tau cleavage in postmortem human brains, iPSC-induced cortical neurons with the FTD-causing V337M MAPT mutation, and isogenic wild-type MAPT controls. Our results demonstrate a time-dependent accumulation of caspase-cleaved tau and increased neurotoxicity in the mutant iNs that is reversed by caspase-6 inhibition. Caspases could be viable therapeutic targets against tau pathology in tauopathies.

The clinical spectrum of Alzheimer’s disease (AD) extends well beyond the classic amnestic-predominant syndrome. Previous studies have suggested differential neurofibrillary tangle (NFT) burden between amnestic and logopenic primary progressive aphasia presentations of AD. In this study, we explored the regional distribution of NFT pathology and its relationship to AD presentation across five different clinical syndromes. We assessed NFT density throughout six selected neocortical and hippocampal regions using thioflavin-S fluorescent microscopy in a well-characterized clinicopathological cohort of pure AD cases enriched for atypical clinical presentations. Subjects underwent apolipoprotein E genotyping and neuropsychological testing. Main cognitive domains (executive, visuospatial, language, and memory function) were assessed using an established composite z-score. Our results showed that NFT regional burden aligns with the clinical presentation and region-specific cognitive scores. Cortical, but not hippocampal, NFT burden was higher among atypical clinical variants relative to the amnestic syndrome. In analyses of specific clinical variants, logopenic primary progressive aphasia showed higher NFT density in the superior temporal gyrus (p = 0.0091), and corticobasal syndrome showed higher NFT density in the primary motor cortex (p = 0.0205) relative to the amnestic syndrome. Higher NFT burden in the angular gyrus and CA1 sector of the hippocampus were independently associated with worsening visuospatial dysfunction. In addition, unbiased hierarchical clustering based on regional NFT densities identified three groups characterized by a low overall NFT burden, high overall burden, and cortical-predominant burden, respectively, which were found to differ in sex ratio, age, disease duration, and clinical presentation. In comparison, the typical, hippocampal sparing, and limbic predominant subtypes derived from a previously proposed algorithm did not reproduce the same degree of clinical relevance in this sample. Overall, our results suggest domain-specific functional consequences of regional NFT accumulation. Mapping these consequences presents an opportunity to increase understanding of the neuropathological framework underlying atypical clinical manifestations.