Abstract Microglia are now considered drivers of Alzheimer’s disease (AD) pathology. However, single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) of microglia in mice, a key preclinical model organsim, have shown mixed results regarding translatability to human studies. To address this, scRNA-seq of microglia from C57BL/6J (B6) and wild-derived strains WSB/EiJ, CAST/EiJ and PWK/PhJ carrying APP/PS1 was performed and demonstrated that genetic diversity significantly altered features and dynamics of microglia in baseline neuroimmune functions and in response to amyloidosis. There was significant variation in abundance of microglial subpopulations, including numbers of disease-associated microglia and interferon-responding microglia across the strains. Further, for each subpopulation, significant gene expression differences were observed between strains, and relative to B6 that included nineteen genes previously associated with human AD including Apoe, Trem2, Bin1 and Sorl1 . This resource will be critical in the development of appropriately targeted therapeutics for AD and a range of other neurological diseases.

Abstract Extracellular vesicles (EVs) are secreted by any neuronal cells in the central nervous system (CNS) for molecular clearance, cellular communications and disease spread in multiple neurodegenerative diseases, including Alzheimer’s disease (AD), although their exact molecular mechanism is poorly understood. We hypothesize that high-resolution proteomic profiling of EVs separated from animal models of AD would determine the composition of EV contents and their cellular origin. Here, we examined recently developed transgenic mice (CAST. APP/PS1 ), which express familial AD-linked mutations of amyloid precursor protein ( APP ) and presenilin-1 ( PS1 ) in the CAST/EiJ mouse strain and develop hippocampal neurodegeneration. Quantitative proteomics analysis of EVs separated from CAST. APP/PS1 and age-matched control mice by tandem mass tag-mass spectrometry identified a total of 3,444 unique proteins, which are enriched in neuron, astrocyte, oligodendrocyte and microglia-specific molecules. CAST. APP/PS1 -derived EVs show significant enrichment of Psen1, APP, Itgax, and reduction of Wdr61, Pmpca, Aldh1a2, Calu, Anp32b, Actn4 and Ndufv2 compared to WT-derived EVs, suggesting the involvement of Aβ-processing complex and disease-associated / neurodegenerative microglia (DAM/MGnD) in EV secretion. In addition, Itgax and Apoe, the DAM/MGnD markers, in EV show a positive correlation with Itgax and Apoe mRNA expression from brain tissue in CAST. APP/PS1 mice. These datasets indicate the significant contribution of Aβ plaque and neurodegeneration-induced DAM/MGnD microglia for EV secretion in CAST. APP/PS1 mice and shed light on understanding the AD pathogenesis.

Common features of Alzheimer's disease (AD) include amyloid pathology, microglia activation and synaptic dysfunction, however, the causal relationships amongst them remains unclear. Further, human data suggest susceptibility and resilience to AD neuropathology is controlled by genetic context, a factor underexplored in mouse models. To this end, we leveraged viral strategies to label an AD-vulnerable neuronal circuit in CA1 dendrites projecting to the frontal cortex in genetically diverse C57BL/6J (B6) and PWK/PhJ (PWK) APP/PS1 mouse strains and used PLX5622 to non-invasively deplete brain microglia. Reconstructions of labeled neurons revealed microglia-dependent changes in dendritic spine density and morphology in B6 wild-type (WT) and APP/PS1 yet a marked stability of spines across PWK mice. We further showed that synaptic changes depend on direct microglia-dendrite interactions in B6. APP/PS1 but not PWK. APP/PS1 mice. Collectively, these results demonstrate that microglia-dependent synaptic alterations in a specific AD-vulnerable projection pathway are differentially controlled by genetic context.

Metabolic syndrome (MetS) puts patients more at risk for neurodegenerative diseases such as Alzheimers disease (AD). Microglia are implicated as causal factors in AD, however, the effect of MetS on microglia has not been characterized. To address this, we contrasted New Zealand Obese (NZO) with C57BL/6J (B6J) mice in combination with a high fat/high sugar diet (HFD). Irrespective of diet, NZO mice displayed a broader array of MetS-relevant phenotypes compared to B6J mice fed a HFD. Single cell RNA-sequencing of microglia predicted transcriptional shifts indicative of reduced responsiveness and increased vascular interactions in NZO, but not B6J HFD mice. Significant cerebrovascular fibrin deposition and increased perivascular accumulation of microglia were observed in NZO relative to B6J HFD mice. Further, compared to the widely used B6J.APP/PS1 mice, NZO.APP/PS1 exhibited increased amyloid plaque sizes alongside an increase in microhemorrhages. Overall, our work supports a model whereby MetS alters microglia-vascular interactions, compromising microglial plasticity.