ABSTRACT The hemizygous R47H variant of TREM2 , a microglia-specific gene in the brain, increases risk for late-onset Alzheimer’s disease (AD). In this study, we identified a subpopulation of microglia with disease-enhancing proinflammatory signatures associated with the R47H mutation in human AD brains and tauopathy mouse brains. Using transcriptomic analysis at the single-nuclei level from AD patients with the R47H or the common variant (CV )-TREM2 with matched sex, pathology and APOE status, we found that the R47H mutation was associated with cell type- and sex-specific transcriptional changes in human AD brains, with microglia exhibiting the most robust alterations. Further characterization revealed that R47H-associated microglial subpopulations had enhanced inflammatory signatures including hyperactivation of Akt, one of the signaling pathways downstream of TREM2. In a newly-generated tauopathy knock-in mouse model expressing one allele of human TREM2 ( hTREM2) with either the R47H mutation or CV, R47H induced and exacerbated tau-mediated spatial memory deficits in female mice. Single-cell transcriptomic analysis of microglia from these mice also revealed transcriptomic changes induced by R47H that had significant overlaps with R47H microglia in human AD brains, including robust increases in proinflammatory cytokines, activation of Syk-Akt-signaling, and elevation of a subset of disease-associated microglial signatures. Strikingly, pharmacological Akt inhibition largely reversed the enhanced inflammatory signatures induced by R47H in primary microglia treated with tau fibrils. By unraveling the disease-enhancing properties of the R47H mutation in mouse and human, our findings shed light on an immune-linked AD subtype and provide new directions for modulating microglial immune responses to treat AD.

SUMMARY Tauopathies are age-associated neurodegenerative diseases whose mechanistic underpinnings remain elusive, partially due to lack of appropriate human models. Current human induced pluripotent stem cell (hiPSC)-derived neurons express very low levels of 4-repeat (4R)-tau isoforms that are normally expressed in adult brain. Here, we engineered new iPSC lines to express 4R-tau and 4R-tau carrying the P301S MAPT mutation when differentiated into neurons. 4R-P301S neurons display progressive Tau inclusions upon seeding with Tau fibrils and recapitulate features of tauopathy phenotypes, including shared transcriptomic signatures, autophagic body accumulation, and impaired neuronal activity. A CRISPRi screen of genes associated with Tau pathobiology identified over 500 genetic modifiers of Tau-seeding-induced Tau propagation, including retromer VPS29 and the UFMylation cascade as top modifiers. In AD brains, the UFMylation cascade is altered in neurofibrillary-tangle-bearing neurons. Inhibiting the UFMylation cascade suppressed seeding-induced Tau propagation. This model provides a powerful platform to identify novel therapeutic strategies for 4R tauopathy.

The strongest risk factors for Alzheimer's disease (AD) include the χ4 allele of apolipoprotein E (APOE), the R47H variant of triggering receptor expressed on myeloid cells 2 (TREM2), and female sex. Here, we combine APOE4 and TREM2R47H ( R47H ) in female P301S tauopathy mice to identify the pathways activated when AD risk is the strongest, thereby highlighting disease-causing mechanisms. We find that the R47H variant induces neurodegeneration in female APOE4 mice without impacting hippocampal tau load. The combination of APOE4 and R47H amplified tauopathy-induced cell-autonomous microglial cGAS-STING signaling and type-I interferon response, and interferon signaling converged across glial cell types in the hippocampus. APOE4-R47H microglia displayed cGAS- and BAX-dependent upregulation of senescence, showing association between neurotoxic signatures and implicating mitochondrial permeabilization in pathogenesis. By uncovering pathways enhanced by the strongest AD risk factors, our study points to cGAS-STING signaling and associated microglial senescence as potential drivers of AD risk.