The cause of neurodegeneration in Huntington's disease (HD) is unknown. Patients with HD have an expanded NH 2 -terminal polyglutamine region in huntingtin. An NH 2 -terminal fragment of mutant huntingtin was localized to neuronal intranuclear inclusions (NIIs) and dystrophic neurites (DNs) in the HD cortex and striatum, which are affected in HD, and polyglutamine length influenced the extent of huntingtin accumulation in these structures. Ubiquitin was also found in NIIs and DNs, which suggests that abnormal huntingtin is targeted for proteolysis but is resistant to removal. The aggregation of mutant huntingtin may be part of the pathogenic mechanism in HD.

Huntington's disease (HD) is one of an increasing number of human neurodegenerative disorders caused by a CAG/polyglutamine-repeat expansion. The mutation occurs in a gene of unknown function that is expressed in a wide range of tissues. The molecular mechanism responsible for the delayed onset, selective pattern of neuropathology, and cell death observed in HD has not been described. We have observed that mice transgenic for exon 1 of the human HD gene carrying (CAG)115 to (CAG)156 repeat expansions develop pronounced neuronal intranuclear inclusions, containing the proteins huntingtin and ubiquitin, prior to developing a neurological phenotype. The appearance in transgenic mice of these inclusions, followed by characteristic morphological change within neuronal nuclei, is strikingly similar to nuclear abnormalities observed in biopsy material from HD patients.

The gene defective in Huntington's disease encodes a protein, huntingtin, with unknown function. Antisera generated against three separate regions of huntingtin identified a single high molecular weight protein of approximately 320 kDa on immunoblots of human neuroblastoma extracts. The same protein species was detected in human and rat cortex synaptosomes and in sucrose density gradients of vesicle-enriched fractions, where huntingtin immunoreactivity overlapped with the distribution of vesicle membrane proteins (SV2, transferrin receptor, and synaptophysin). Immunohistochemistry in human and rat brain revealed widespread cytoplasmic labeling of huntingtin within neurons, particularly cell bodies and dendrites, rather than the more selective pattern of axon terminal labeling characteristic of many vesicle-associated proteins. At the ultrastructural level, immunoreactivity in cortical neurons was detected in the matrix of the cytoplasm and around the membranes of the vesicles. The ubiquitous cytoplasmic distribution of huntingtin in neurons and its association with vesicles suggest that huntingtin may have a role in vesicle trafficking.

Golgi impregnations of neostriatum from deceased Huntington's disease patients and controls were examined. In all cases of Huntington's disease the morphology of dendrites of medium-sized spiny neurons was markedly altered by the appearance of recurved endings and appendages, a decrease or increase in the density of spines, and abnormalities in the size and shape of spines. Pathological changes were rarely observed in medium-sized and large aspiny neostriatal neurons. The findings provide evidence for simultaneous degeneration and growth of spiny neurons in Huntington's disease and support the view that a specific population of neostriatal neurons is selectively involved in its pathogenesis.

Extracellular vesicles (EVs), including exosomes and microvesicles (MVs), are explored for use in diagnostics, therapeutics and drug delivery. However, little is known about the relationship of protein and lipid composition of EVs and their source cells. Here, we report high‐resolution lipidomic and proteomic analyses of exosomes and MVs derived by differential ultracentrifugation from 3 different cell types: U87 glioblastoma cells, Huh7 hepatocellular carcinoma cells and human bone marrow‐derived mesenchymal stem cells (MSCs). We identified 3,532 proteins and 1,961 lipid species in the screen. Exosomes differed from MVs in several different areas: (a) The protein patterns of exosomes were more likely different from their cells of origin than were the protein patterns of MVs; (b) The proteomes of U87 and Huh7 exosomes were similar to each other but different from the proteomes of MSC exosomes, whereas the lipidomes of Huh7 and MSC exosomes were similar to each other but different from the lipidomes of U87 exosomes; (c) exosomes exhibited proteins of extracellular matrix, heparin‐binding, receptors, immune response and cell adhesion functions, whereas MVs were enriched in endoplasmic reticulum, proteasome and mitochondrial proteins. Exosomes and MVs also differed in their types of lipid contents. Enrichment in glycolipids and free fatty acids characterized exosomes, whereas enrichment in ceramides and sphingomyelins characterized MVs. Furthermore, Huh7 and MSC exosomes were specifically enriched in cardiolipins; U87 exosomes were enriched in sphingomyelins. This study comprehensively analyses the protein and lipid composition of exosomes, MVs and source cells in 3 different cell types.

Tourette syndrome (TS) is a childhood neuropsychiatric disorder characterized by motor and vocal tics. Imaging studies found alterations in caudate (Cd) and putamen volumes. To investigate possible alterations in cell populations, postmortem basal ganglia tissue from individuals with TS and normal controls was analyzed by using unbiased stereological techniques. A markedly higher total neuron number was found in the globus pallidus pars interna (GPi) of TS. In contrast, a lower neuron number and density was observed in the globus pallidus pars externa and in the Cd. An increased number and proportion of the GPi neurons were positive for the calcium-binding protein parvalbumin in tissue from TS subjects, whereas lower densities of parvalbumin-positive interneurons were observed in both the Cd and putamen of TS subjects. This change is consistent with a developmental defect in tangential migration of some GABAergic neurons. The imbalance in striatal and GPi inhibitory neuron distribution suggests that the functional dynamics of cortico-striato-thalamic circuitry are fundamentally altered in severe, persistent TS.

An expansion of polyglutamines in the N terminus of huntingtin causes Huntington9s disease (HD) and results in the accrual of mutant protein in the nucleus and cytoplasm of affected neurons. How mutant huntingtin causes neurons to die is unclear, but some recent observations suggest that an autophagic process may occur. We showed previously that huntingtin markedly accumulates in endosomal–lysosomal organelles of affected HD neurons and, when exogenously expressed in clonal striatal neurons, huntingtin appears in cytoplasmic vacuoles causing cells to shrink. Here we show that the huntingtin-enriched cytoplasmic vacuoles formed in vitro internalized the lysosomal enzyme cathepsin D in proportion to the polyglutamine-length in huntingtin. Huntingtin-labeled vacuoles displayed the ultrastructural features of early and late autophagosomes (autolysosomes), had little or no overlap with ubiquitin, proteasome, and heat shock protein 70/heat shock cognate 70 immunoreactivities, and altered the arrangement of Golgi membranes, mitochondria, and nuclear membranes. Neurons with excess cytoplasmic huntingtin also exhibited increased tubulation of endosomal membranes. Exogenously expressed human full-length wild-type and mutant huntingtin codistributed with endogenous mouse huntingtin in soluble and membrane fractions, whereas human N-terminal huntingtin products were found only in membrane fractions that contained lysosomal organelles. We speculate that mutant huntingtin accumulation in HD activates the endosomal–lysosomal system, which contributes to huntingtin proteolysis and to an autophagic process of cell death.

Microglia may contribute to cell death in neurodegenerative diseases. We studied the activation of microglia in affected regions of Huntington disease (HD) brain by localizing thymosin β-4 (Tβ4), which is increased in reactive microglia. Activated microglia appeared in the neostriatum, cortex, and globus pallidus and the adjoining white matter of the HD brain, but not in control brain. In the striatum and cortex, reactive microglia occurred in all grades of pathology, accumulated with increasing grade, and grew in density in relation to degree of neuronal loss. The predominant morphology of activated microglia differed in the striatum and cortex. Processes of reactive microglia were conspicuous in low-grade HD, suggesting an early microglia response to changes in neuropil and axons and in the grade 2 and grade 3 cortex, were aligned with the apical dendrites of pyramidal neurons. Some reactive microglia contacted pyramidal neurons with huntingtin-positive nuclear inclusions. The early and proximate association of activated microglia with degenerating neurons in the HD brain implicates a role for activated microglia in HD pathogenesis.

Huntington's disease (HD) is a neurodegenerative disorder caused by expansion of a CAG repeat in the huntingtin ( Htt ) gene. HD is autosomal dominant and, in theory, amenable to therapeutic RNA silencing. We introduced cholesterol-conjugated small interfering RNA duplexes (cc-siRNA) targeting human Htt mRNA (siRNA- Htt ) into mouse striata that also received adeno-associated virus containing either expanded (100 CAG) or wild-type (18 CAG) Htt cDNA encoding huntingtin (Htt) 1–400. Adeno-associated virus delivery to striatum and overlying cortex of the mutant Htt gene, but not the wild type, produced neuropathology and motor deficits. Treatment with cc-siRNA- Htt in mice with mutant Htt prolonged survival of striatal neurons, reduced neuropil aggregates, diminished inclusion size, and lowered the frequency of clasping and footslips on balance beam. cc-siRNA- Htt was designed to target human wild-type and mutant Htt and decreased levels of both in the striatum. Our findings indicate that a single administration into the adult striatum of an siRNA targeting Htt can silence mutant Htt , attenuate neuronal pathology, and delay the abnormal behavioral phenotype observed in a rapid-onset, viral transgenic mouse model of HD.

Delivery represents a significant barrier to the clinical advancement of oligonucleotide therapeutics for the treatment of neurological disorders, such as Huntington's disease. Small, endogenous vesicles known as exosomes have the potential to act as oligonucleotide delivery vehicles, but robust and scalable methods for loading RNA therapeutic cargo into exosomes are lacking. Here, we show that hydrophobically modified small interfering RNAs (hsiRNAs) efficiently load into exosomes upon co-incubation, without altering vesicle size distribution or integrity. Exosomes loaded with hsiRNAs targeting Huntingtin mRNA were efficiently internalized by mouse primary cortical neurons and promoted dose-dependent silencing of Huntingtin mRNA and protein. Unilateral infusion of hsiRNA-loaded exosomes, but not hsiRNAs alone, into mouse striatum resulted in bilateral oligonucleotide distribution and statistically significant bilateral silencing of up to 35% of Huntingtin mRNA. The broad distribution and efficacy of hsiRNA-loaded exosomes delivered to brain is expected to advance the development of therapies for the treatment of Huntington's disease and other neurodegenerative disorders.