Background: The deposition of the amyloid β protein (Aβ) is a histopathologic hallmark of AD. The regions of the medial temporal lobe (MTL) are hierarchically involved in Aβ-deposition. Objective: To clarify whether there is a hierarchical involvement of the regions of the entire brain as well and whether there are differences in the expansion of Aβ-pathology between clinically proven AD cases and nondemented cases with AD-related pathology, the authors investigated 47 brains from demented and nondemented patients with AD-related pathology covering all phases of β-amyloidosis in the MTL (AβMTL phases) and four control brains without any AD-related pathology. Methods: Aβ deposits were detected by the use of the Campbell-Switzer silver technique and by immunohistochemistry in sections covering all brain regions and brainstem nuclei. It was analyzed how often distinct regions exhibited Aβ deposits. Results: In the first of five phases in the evolution of β-amyloidosis Aβ deposits are found exclusively in the neocortex. The second phase is characterized by the additional involvement of allocortical brain regions. In phase 3, diencephalic nuclei, the striatum, and the cholinergic nuclei of the basal forebrain exhibit Aβ deposits as well. Several brainstem nuclei become additionally involved in phase 4. Phase 5, finally, is characterized by cerebellar Aβ-deposition. The 17 clinically proven AD cases exhibit Aβ-phases 3, 4, or 5. The nine nondemented cases with AD-related Aβ pathology show Aβ-phases 1, 2, or 3. Conclusions: Aβ-deposition in the entire brain follows a distinct sequence in which the regions are hierarchically involved. Aβ-deposition, thereby, expands anterogradely into regions that receive neuronal projections from regions already exhibiting Aβ. There are also indications that clinically proven AD cases with full-blown β-amyloidosis may be preceded in early stages by nondemented cases exhibiting AD-related Aβ pathology.

Abstract A consensus panel from the United States and Europe was convened recently to update and revise the 1997 consensus guidelines for the neuropathologic evaluation of Alzheimer's disease (AD) and other diseases of brain that are common in the elderly. The new guidelines recognize the pre‐clinical stage of AD, enhance the assessment of AD to include amyloid accumulation as well as neurofibrillary change and neuritic plaques, establish protocols for the neuropathologic assessment of Lewy body disease, vascular brain injury, hippocampal sclerosis, and TDP‐43 inclusions, and recommend standard approaches for the workup of cases and their clinico‐pathologic correlation.

Two thousand three hundred and thirty two nonselected brains from 1- to 100-year-old individuals were examined using immunocytochemistry (AT8) and Gallyas silver staining for abnormal tau; immunocytochemistry (4G8) and Campbell-Switzer staining were used for the detection ofβ-amyloid. A total of 342 cases was negative in the Gallyas stain but when restaged for AT8 only 10 were immunonegative. Fifty-eight cases had subcortical tau predominantly in the locus coeruleus, but there was no abnormal cortical tau (subcortical Stages a-c). Cortical involvement (abnormal tau in neurites) was identified first in the transentorhinal region (Stage 1a, 38 cases). Transentorhinal pyramidal cells displayed pretangle material (Stage 1b, 236 cases). Pretangles gradually became argyrophilic neurofibrillary tangles (NFTs) that progressed in parallel with NFT Stages I to VI. Pretangles restricted to subcortical sites were seen chiefly at younger ages. Of the total cases, 1,031 (44.2%) had β-amyloid plaques. The first plaques occurred in the neocortex after the onset of tauopathy in the brainstem. Plaques generally developed in the 40s in 4% of all cases, culminating in their tenth decade (75%). β-amyloid plaques and NFTs were significantly correlated (p < 0.0001). These data suggest that tauopathy associated with sporadic Alzheimer disease may begin earlier than previously thought and possibly in the lower brainstem rather than in the transentorhinal region.

We recommend a new term, “primary age-related tauopathy” (PART), to describe a pathology that is commonly observed in the brains of aged individuals. Many autopsy studies have reported brains with neurofibrillary tangles (NFTs) that are indistinguishable from those of Alzheimer’s disease (AD), in the absence of amyloid (Aβ) plaques. For these “NFT+/Aβ−” brains, for which formal criteria for AD neuropathologic changes are not met, the NFTs are mostly restricted to structures in the medial temporal lobe, basal forebrain, brainstem, and olfactory areas (bulb and cortex). Symptoms in persons with PART usually range from normal to amnestic cognitive changes, with only a minority exhibiting profound impairment. Because cognitive impairment is often mild, existing clinicopathologic designations, such as “tangle-only dementia” and “tangle-predominant senile dementia”, are imprecise and not appropriate for most subjects. PART is almost universally detectable at autopsy among elderly individuals, yet this pathological process cannot be specifically identified pre-mortem at the present time. Improved biomarkers and tau imaging may enable diagnosis of PART in clinical settings in the future. Indeed, recent studies have identified a common biomarker profile consisting of temporal lobe atrophy and tauopathy without evidence of Aβ accumulation. For both researchers and clinicians, a revised nomenclature will raise awareness of this extremely common pathologic change while providing a conceptual foundation for future studies. Prior reports that have elucidated features of the pathologic entity we refer to as PART are discussed, and working neuropathological diagnostic criteria are proposed.

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a genetically heterogeneous neurodegenerative syndrome hallmarked by adult-onset loss of motor neurons. We performed exome sequencing of 252 familial ALS (fALS) and 827 control individuals. Gene-based rare variant analysis identified an exome-wide significant enrichment of eight loss-of-function (LoF) mutations in TBK1 (encoding TANK-binding kinase 1) in 13 fALS pedigrees. No enrichment of LoF mutations was observed in a targeted mutation screen of 1,010 sporadic ALS and 650 additional control individuals. Linkage analysis in four families gave an aggregate LOD score of 4.6. In vitro experiments confirmed the loss of expression of TBK1 LoF mutant alleles, or loss of interaction of the C-terminal TBK1 coiled-coil domain (CCD2) mutants with the TBK1 adaptor protein optineurin, which has been shown to be involved in ALS pathogenesis. We conclude that haploinsufficiency of TBK1 causes ALS and fronto-temporal dementia.

It has been recognized that molecular classifications will form the basis for neuropathological diagnostic work in the future. Consequently, in order to reach a diagnosis of Alzheimer's disease (AD), the presence of hyperphosphorylated tau (HP-tau) and beta-amyloid protein in brain tissue must be unequivocal. In addition, the stepwise progression of pathology needs to be assessed. This paper deals exclusively with the regional assessment of AD-related HP-tau pathology. The objective was to provide straightforward instructions to aid in the assessment of AD-related immunohistochemically (IHC) detected HP-tau pathology and to test the concordance of assessments made by 25 independent evaluators. The assessment of progression in 7-microm-thick sections was based on assessment of IHC labeled HP-tau immunoreactive neuropil threads (NTs). Our results indicate that good agreement can be reached when the lesions are substantial, i.e., the lesions have reached isocortical structures (stage V-VI absolute agreement 91%), whereas when only mild subtle lesions were present the agreement was poorer (I-II absolute agreement 50%). Thus, in a research setting when the extent of lesions is mild, it is strongly recommended that the assessment of lesions should be carried out by at least two independent observers.

Epidemiological evidence suggests that nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) decrease the risk for Alzheimer's disease (AD). Certain NSAIDs can activate the peroxisome proliferator-activated receptor-γ (PPARγ), which is a nuclear transcriptional regulator. Here we show that PPARγ depletion potentiates β-secretase [β-site amyloid precursor protein cleaving enzyme (BACE1)] mRNA levels by increasing BACE1 gene promoter activity. Conversely, overexpression of PPARγ, as well as NSAIDs and PPARγ activators, reduced BACE1 gene promoter activity. These results suggested that PPARγ could be a repressor of BACE1. We then identified a PPARγ responsive element (PPRE) in the BACE1 gene promoter. Mutagenesis of the PPRE abolished the binding of PPARγ to the PPRE and increased BACE1 gene promoter activity. Furthermore, proinflammatory cytokines decreased PPARγ gene transcription, and this effect was supressed by NSAIDs. We also demonstrate that in vivo treatment with PPARγ agonists increased PPARγ and reduced BACE1 mRNA and intracellular β-amyloid levels. Interestingly, brain extracts from AD patients showed decreased PPARγ expression and binding to PPRE in the BACE1 gene promoter. Our data strongly support a major role of PPARγ in the modulation of amyloid-β generation by inflammation and suggest that the protective mechanism of NSAIDs in AD involves activation of PPARγ and decreased BACE1 gene transcription.

A new pathway for the processing of β-amyloid precursor protein (APP) is described in which η-secretase activity, in part mediated by the MT5-MMP metalloproteinase, cleaves APP, and further processing by ADAM10 and BACE1 generates proteolytic fragments capable of inhibiting long-term potentiation in the hippocampus. Michael Willem et al. describe a previously unknown pathway for the processing of β-amyloid precursor protein (APP) in which η-secretase cleaves APP to yield a soluble C-terminal fragment termed CTF-η. The soluble fragment, sAPP-η can be further processed by ADAM10 and BACE1 to generate the peptides Aη-α and Aη-β respectively, which are capable of inhibiting long-term potentiation in the hippocampus. The relevant η-secretase activity is largely due to the membrane-bound matrix metalloproteinase, MT5-MMP, whose activity is enriched in dystrophic neurites in a mouse model of Alzheimer's disease and in the brains of Alzheimer's patients. Genetic or pharmacological inhibition of BACE1 results in increased accumulation of both CTF-η and Aη-α. This work suggests that BACE 1-based therapies may result in the generation of another potentially toxic substance (Aη-α) and that therapeutic inhibition of BACE1 activity requires careful titration. Alzheimer disease (AD) is characterized by the accumulation of amyloid plaques, which are predominantly composed of amyloid-β peptide1. Two principal physiological pathways either prevent or promote amyloid-β generation from its precursor, β-amyloid precursor protein (APP), in a competitive manner1. Although APP processing has been studied in great detail, unknown proteolytic events seem to hinder stoichiometric analyses of APP metabolism in vivo2. Here we describe a new physiological APP processing pathway, which generates proteolytic fragments capable of inhibiting neuronal activity within the hippocampus. We identify higher molecular mass carboxy-terminal fragments (CTFs) of APP, termed CTF-η, in addition to the long-known CTF-α and CTF-β fragments generated by the α- and β-secretases ADAM10 (a disintegrin and metalloproteinase 10) and BACE1 (β-site APP cleaving enzyme 1), respectively. CTF-η generation is mediated in part by membrane-bound matrix metalloproteinases such as MT5-MMP, referred to as η-secretase activity. η-Secretase cleavage occurs primarily at amino acids 504–505 of APP695, releasing a truncated ectodomain. After shedding of this ectodomain, CTF-η is further processed by ADAM10 and BACE1 to release long and short Aη peptides (termed Aη-α and Aη-β). CTFs produced by η-secretase are enriched in dystrophic neurites in an AD mouse model and in human AD brains. Genetic and pharmacological inhibition of BACE1 activity results in robust accumulation of CTF-η and Aη-α. In mice treated with a potent BACE1 inhibitor, hippocampal long-term potentiation was reduced. Notably, when recombinant or synthetic Aη-α was applied on hippocampal slices ex vivo, long-term potentiation was lowered. Furthermore, in vivo single-cell two-photon calcium imaging showed that hippocampal neuronal activity was attenuated by Aη-α. These findings not only demonstrate a major functionally relevant APP processing pathway, but may also indicate potential translational relevance for therapeutic strategies targeting APP processing.

Highlights•A postmortem bedside surgical procedure was developed for COVID-19 and control patients•Ciliated cells are the main target cell type for SARS-CoV-2 in the respiratory mucosa•Sustentacular cells (non-neuronal) are the main target cell type in the olfactory mucosa•No evidence for infection of olfactory sensory neurons or olfactory bulb parenchymaSummaryAnosmia, the loss of smell, is a common and often the sole symptom of COVID-19. The onset of the sequence of pathobiological events leading to olfactory dysfunction remains obscure. Here, we have developed a postmortem bedside surgical procedure to harvest endoscopically samples of respiratory and olfactory mucosae and whole olfactory bulbs. Our cohort of 85 cases included COVID-19 patients who died a few days after infection with SARS-CoV-2, enabling us to catch the virus while it was still replicating. We found that sustentacular cells are the major target cell type in the olfactory mucosa. We failed to find evidence for infection of olfactory sensory neurons, and the parenchyma of the olfactory bulb is spared as well. Thus, SARS-CoV-2 does not appear to be a neurotropic virus. We postulate that transient insufficient support from sustentacular cells triggers transient olfactory dysfunction in COVID-19. Olfactory sensory neurons would become affected without getting infected.Graphical abstract