Abstract Modern molecular neuroscience studies require analysis of specific cellular populations derived from brain tissue samples to disambiguate cell-type specific events. This is particularly true in the analysis of minority glial populations in the brain, such as microglia, which may be obscured in whole tissue analyses. Microglia have central functions in development, aging, and neurodegeneration and are a current focus of neuroscience research. A long-standing concern for glial biologists using in vivo models is whether cell isolation from CNS tissue could introduce ex vivo artifacts in microglia, which respond quickly to changes in the environment. Mouse microglia were purified by magnetic-activated cell sorting (MACS), as well as cytometer- and cartridge-based fluorescence-activated cell sorting (FACS) approaches to compare and contrast performance. The Cx3cr1-NuTRAP mouse model was used here to provide an endogenous fluorescent microglial marker and a microglial-specific translatome profile as a baseline comparison lacking cell isolation artifacts. All methods performed similarly for microglial purity with main differences being in cell yield and time of isolation. Ex vivo activation signatures occurred principally during the initial tissue dissociation and cell preparation and not the microglial cell sorting. Utilizing transcriptional and translational inhibitors during the cell preparation prevented the activational phenotype. These data demonstrate that a variety of microglial isolation approaches can be used, depending on experimental needs, and that inhibitor cocktails are effective at reducing cell preparation artifacts. Table of Contents Image Main Points MACS, cytometer-FACS, and cartridge-FACS give equivalent and sufficient yield/purity for microglial analyses. Ex vivo microglial activation is prevented by supplementation with transcription/translation inhibitors during cell preparation.

Abstract The locus coeruleus (LC), the major source of norepinephrine (NE) in the brain, is an early site of pathology in both Alzheimer’s disease (AD) and Parkinson’s disease (PD), and it undergoes catastrophic degeneration later in both disorders. Dysregulation of the LC is thought to contribute to prodromal symptoms of AD and PD such as anxiety and sleep disturbances, while frank LC-NE loss promotes cognitive decline. However, the mechanisms responsible for its selective vulnerability are unknown. The LC is among the only structures in the brain that produces appreciable amounts of neuromelanin (NM), a dark cytoplasmic pigment. It has been proposed that NM initially plays a protective role by sequestering toxic catecholamine metabolites and heavy metals, but may become harmful during aging as it overwhelms cellular machinery and is released during neurodegeneration. Rodents do not naturally produce NM, limiting the study of causal relationships between NM and LC pathology. Adapting a viral-mediated approach for expression of human tyrosinase, the enzyme responsible for peripheral melanin production, we successfully promoted pigmentation in mouse LC neurons that recapitulates key ultrastructural features of endogenous NM found in primates. Pigment expression results in LC neuron hyperactivity, reduced tissue NE levels, transcriptional changes, and novelty-induced anxiety phenotypes as early as 1-week post-injection. By 6-10 weeks, NM accumulation is associated with severe LC neuron neurodegeneration and microglial engulfment of the pigment granules, while the anxiety-like behavior is abated. These phenotypes are reminiscent of LC dysfunction and cell death in AD and PD, validating this model for studying the consequences of pigment accumulation in the LC as it relates to neurodegenerative disease.

Major Histocompatibility Complex I (MHC-I) CNS cellular localization and function is still being determined after previously being thought to be absent from the brain. MHC-I expression has been reported to increase with brain aging in mouse, rat, and human whole tissue analyses but the cellular localization was undetermined. Neuronal MHC-I is proposed to regulate developmental synapse elimination and tau pathology in Alzheimer's disease (AD). Here we report that across newly generated and publicly available ribosomal profiling, cell sorting, and single-cell data, microglia are the primary source of classical and non-classical MHC-I in mice and humans. Translating Ribosome Affinity Purification-qPCR analysis of 3-6 and 18-22 month old (m.o.) mice revealed significant age-related microglial induction of MHC-I pathway genes B2m, H2-D1, H2-K1, H2-M3, H2-Q6, and Tap1 but not in astrocytes and neurons. Across a timecourse (12-23 m.o.), microglial MHC-I gradually increased until 21 m.o. and then accelerated. MHC-I protein was enriched in microglia and increased with aging. Microglial expression, and absence in astrocytes and neurons, of MHC-I binding Leukocyte Immunoglobulin-like (Lilrs) and Paired immunoglobin-like type 2 (Pilrs) receptor families could enable cell-autonomous MHC-I signaling and increased with aging in mice and humans. Increased microglial MHC-I, Lilrs, and Pilrs were observed in multiple AD mouse models and human AD data across methods and studies. MHC-I expression correlated with p16INK4A, suggesting an association with cellular senescence. Conserved induction of MHC-I, Lilrs, and Pilrs with aging and AD opens the possibility of cell-autonomous MHC-I signaling to regulate microglial reactivation with aging and neurodegeneration.

Alzheimer9s disease (AD) patients exhibit neuropsychiatric symptoms that extend beyond classical cognitive deficits, suggesting involvement of subcortical areas. Here, we investigated the role of midbrain dopamine (DA) neurons in AD using the amyloid + tau-driven 3xTg-AD mouse model. We found deficits in reward-based operant learning in AD mice, suggesting possible VTA DA neuron dysregulation. Physiological assessment revealed hyperexcitability and disrupted firing in DA neurons caused by reduced activity of small-conductance calcium-activated potassium (SK) channels. RNA sequencing from contents of single patch-clamped DA neurons (Patch-seq) identified up-regulation of the SK channel modulator casein kinase 2 (CK2). Pharmacological inhibition of CK2 restored SK channel activity and normal firing patterns in 3xTg-AD mice. These findings shed light on a complex interplay between neuropsychiatric symptoms and subcortical circuits in AD, paving the way for novel treatment strategies.