Abstract Microglial cells have emerged as potential key players in brain aging and pathology. To capture the heterogeneity of microglia across ages and regions, and to understand how genetic risk for neurological and psychiatric brain disorders is related to microglial function, large transcriptome studies are essential. Here, we describe the transcriptome analysis of 255 primary human microglia samples isolated at autopsy from multiple brain regions of 100 human subjects. We performed systematic analyses to investigate various aspects of microglial heterogeneities, including brain region, age and sex. We mapped expression and splicing quantitative trait loci and showed that many neurological disease susceptibility loci are mediated through gene expression or splicing in microglia. Fine-mapping of these loci nominated candidate causal variants that are within microglia-specific enhancers, including novel associations with microglia expression of USP6NL for Alzheimer’s disease, and P2RY12 for Parkinson’s disease. In summary, we have built the most comprehensive catalog to date of genetic effects on the microglia transcriptome and propose molecular mechanisms of action of candidate functional variants in several neurological and psychiatric diseases.

Here we report the one-scaffold draft genome of Herbaspirillum huttiense subsp. putei strain 7-2T (IAM 15032), which was isolated from well water.

Abstract An increasing number of identified Parkinson’s disease (PD) risk loci contain genes highly expressed in innate immune cells, yet their potential role in pathological mechanisms is not obvious. We have generated transcriptomic profiles of CD14 + monocytes from 230 individuals with sporadic PD and age-matched healthy subjects. We identified dysregulation of genes involved in mitochondrial and proteasomal function. We also generated transcriptomic profiles of primary microglia from autopsied brains of 55 PD and control subjects and observed discordant transcriptomic signatures of mitochondrial genes in PD monocytes and microglia. We further identified PD susceptibility genes, whose expression, relative to each risk allele, is altered in monocytes. These findings reveal that transcriptomic mitochondrial alterations are detectable in PD monocytes and are distinct from brain microglia, and facilitates efforts to understand the roles of myeloid cells in PD.

Abstract Progressive supranuclear palsy (PSP) is a neurodegenerative movement and cognitive disorder characterized by abnormal accumulation of the microtubule-associated protein tau in the brain. Biochemically, inclusions in PSP are enriched for tau proteoforms with four microtubule-binding domain repeats (4R), an isoform that arises from alternative tau pre-mRNA splicing. While preferential aggregation and reduced degradation of 4R tau protein is thought to play a role in inclusion formation and toxicity, an alternative hypothesis is that altered expression of tau mRNA isoforms plays a causal role. This stems from the observation that PSP is associated with common variation in the tau gene ( MAPT ) at the 17q21.31 locus which contains low copy number repeats flanking a large recurrent genomic inversion. The complex genomic structural changes at the locus give rise to two dominant haplotypes, termed H1 and H2, that have the potential to markedly influence gene expression. Here, we explored haplotype-dependent differences in gene expression using a bulk RNA-seq dataset derived from human post-mortem brain tissue from PSP ( n = 84) and controls ( n = 77) using a rigorous computational pipeline, including alternative pre-mRNA splicing. We found 3579 differentially expressed genes in the temporal cortex and 10,011 in the cerebellum. We also found 7214 differential splicing events in the temporal cortex and 18,802 in the cerebellum. In the cerebellum, total tau mRNA levels and the proportion of transcripts encoding 4R tau were significantly increased in PSP compared to controls. In the temporal cortex, the proportion of reads that expressed 4R tau was increased in cases compared to controls. 4R tau mRNA levels were significantly associated with the H1 haplotype in the temporal cortex. Further, we observed a marked haplotype-dependent difference in KANSL1 expression that was strongly associated with H1 in both brain regions. These findings support the hypothesis that sporadic PSP is associated with haplotype-dependent increases in 4R tau mRNA that might play a causal role in this disorder.

The need to develop computational tools and techniques that can predict efficiently consistent groups of family proteins in large volume of biological information is still a great perspective in Bioinformatic studies. Besides that, it is difficult to increase speed demanding low computational processing to minimize the information complexity. Tools already consolidated as the CD-HIT and UCLUST generates very compact data that makes the Data Mining difficult and have low efficiency when used for detect homology among proteins requiring manual intervention, therefore it is necessary a tool that is also efficient in low similarity. Here we present a new approach for the Data Mining and analysis of homology in large dataset of protein sequences, the RAFTS³G. We used the UniProtKB/Swiss-Prot database with the most popular clustering tools and RAFTS³G proved to be more than 10 times faster than CD-HIT and its strategy increases the performance in low similarity to detect protein families.

Abstract Primary age-related tauopathy (PART) is a neurodegenerative tauopathy with features distinct from but also overlapping with Alzheimer disease (AD). While both exhibit Alzheimer-type temporal lobe neurofibrillary degeneration alongside amnestic cognitive impairment, PART develops independently of amyloid-β (Aβ) deposition in plaques. The pathogenesis of PART is unknown, but evidence suggests it is associated with genes that promote tau pathology as well as others that protect from Aβ toxicity. Here, we performed a genetic association study in an autopsy cohort of individuals with PART ( n =647) using Braak neurofibrillary tangle stage as a quantitative trait adjusting for sex, age, genotyping platform, and principal components. We found significant associations with some candidate loci associated with AD and progressive supranuclear palsy, a primary tauopathy ( SLC24A4, MS4A6A, HS3ST1, MAPT and EIF2AK3 ). Genome-wide association analysis revealed a novel significant association with a single nucleotide polymorphism on chromosome 4 (rs56405341) in a locus containing three genes, including JADE1 which was significantly upregulated in tangle-bearing neurons by single-soma RNA-seq. Immunohistochemical studies using antisera targeting JADE1 protein revealed localization within tau aggregates in autopsy brain from tauopathies containing isoforms with four microtubule-binding domain repeats (4R) and mixed 3R/4R, but not with 3R exclusively. Co-immunoprecipitation revealed a direct and specific binding of JADE1 protein to tau containing four (4R) and no N-terminal inserts (0N4R) in post-mortem human PART brain tissue. Finally, knockdown of the Drosophila JADE1 homolog rhinoceros (rno) enhanced tau-induced toxicity and apoptosis in vivo in a humanized 0N4R mutant tau knock-in model as quantified by rough eye phenotype and terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end-labeling (TUNEL) in the fly brain. Together, these findings indicate that PART has a genetic architecture that partially overlaps with AD and other tauopathies and suggests a novel role for JADE1 as a mediator of neurofibrillary degeneration.

Similarity search of a given protein sequence against a database is an essential task in genome analysis. Sequence alignment is the most used method to perform such analysis. Although this approach is efficient, the time required to perform searches against large databases is always a challenge. Alignment-free techniques offer alternatives to comparing sequences without the need of alignment. We developed RAFTS3, a fast protein similarity search tool that utilizes a filter step for candidate selection based on shared k-mers and a comparison measure using a binary matrix of co-occurrence of amino acid residues. RAFTS3 performed searches many times faster than those with BLASTp against large protein databases, such as NR, Pfam or UniRef, with a small loss of sensitivity depending on the similarity degree of the sequences. RAFTS3 is a new alternative for fast comparison of protein sequences, genome annotation and biological data mining. The source code and the standalone files for Windows and Linux platform are available at: https://sourceforge.net/projects/rafts3/

Abstract The G2019S mutation in the leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) gene is a major risk factor for the development of Parkinson’s disease (PD). LRRK2, although ubiquitously expressed, is highly abundant in cells of the innate immune system. Given the importance of central and peripheral immune cells in the development of PD, we sought to investigate the consequences of the G2019S mutation on microglial and monocyte transcriptome and function. We have generated large-scale transcriptomic profiles of isogenic human induced microglial cells (iMGLs) and patient derived monocytes carrying the G2019S mutation under baseline culture conditions and following exposure to the proinflammatory factors IFNγ and LPS. We demonstrate that the G2019S mutation exerts a profound impact on the transcriptomic profile of these myeloid cells, and describe corresponding functional differences in iMGLs. The G2019S mutation led to an upregulation in lipid metabolism and phagolysosomal pathway genes in untreated and LPS/IFNγ stimulated iMGLs, which was accompanied by an increased phagocytic capacity of myelin debris. We also identified dysregulation of cell cycle genes, with a downregulation of the E2F4 regulon. Transcriptomic characterization of human-derived monocytes carrying the G2019S mutation confirmed alteration in lipid metabolism associated genes. Altogether, these findings reveal the influence of G2019S on the dysregulation of the myeloid cell transcriptome under proinflammatory conditions.