The ribbon complex of retinal photoreceptor synapses represents a specialization of the cytomatrix at the active zone (CAZ) present at conventional synapses. In mice deficient for the CAZ protein Bassoon, ribbons are not anchored to the presynaptic membrane but float freely in the cytoplasm. Exploiting this phenotype, we dissected the molecular structure of the photoreceptor ribbon complex. Identifiable CAZ proteins segregate into two compartments at the ribbon: a ribbon-associated compartment including Piccolo, RIBEYE, CtBP1/BARS, RIM1, and the motor protein KIF3A, and an active zone compartment including RIM2, Munc13-1, a Ca2+ channel α1 subunit, and ERC2/CAST1. A direct interaction between the ribbon-specific protein RIBEYE and Bassoon seems to link the two compartments and is responsible for the physical integrity of the photoreceptor ribbon complex. Finally, we found the RIBEYE homologue CtBP1 at ribbon and conventional synapses, suggesting a novel role for the CtBP/BARS family in the molecular assembly and function of central nervous system synapses.

Cerebral blood flow (CBF) reductions in Alzheimer's disease patients and related mouse models have been recognized for decades, but the underlying mechanisms and resulting consequences for Alzheimer's disease pathogenesis remain poorly understood. In APP/PS1 and 5xFAD mice we found that an increased number of cortical capillaries had stalled blood flow as compared to in wild-type animals, largely due to neutrophils that had adhered in capillary segments and blocked blood flow. Administration of antibodies against the neutrophil marker Ly6G reduced the number of stalled capillaries, leading to both an immediate increase in CBF and rapidly improved performance in spatial and working memory tasks. This study identified a previously uncharacterized cellular mechanism that explains the majority of the CBF reduction seen in two mouse models of Alzheimer's disease and demonstrated that improving CBF rapidly enhanced short-term memory function. Restoring cerebral perfusion by preventing neutrophil adhesion may provide a strategy for improving cognition in Alzheimer's disease patients.

Abstract Alzheimer’s disease (AD) is associated with a 20-30% reduction in cerebral blood flow. In the APP/PS1 mouse model of AD, inhibiting neutrophil adhesion using an antibody against the neutrophil specific protein Ly6G was recently shown to drive rapid improvements in cerebral blood flow that was accompanied by an improvement in performance on short-term memory tasks. Here, in a longitudinal aging study, we assessed how far into disease development a single injection of anti-Ly6G can acutely improve memory function. We found that APP/PS1 mice as old as 15-16 months had improved performance on the object replacement and Y-maze tests of short-term memory, measured at one day after anti-Ly6G treatment. APP/PS1 mice 17-18 months of age or older did not show acute improvements in cognitive performance, although we did find that cerebral blood flow was still increased by 17% in 21-22 months old APP/PS1 mice given anti-Ly6G. These data add to the growing body of evidence suggesting that cerebral blood flow reductions are an important contributing factor to the cognitive dysfunction associated with neurodegenerative disease.

Abstract In partial onset epilepsy, seizures arise focally in the brain and often propagate. Patients frequently become refractory to medical management, leaving neurosurgery, which can cause neurologic deficits, as a primary treatment. In the cortex, focal seizures spread through horizontal connections in layers II/III, suggesting that severing these connections can block seizures while preserving function. Focal neocortical epilepsy is induced in mice, sub‐surface cuts are created surrounding the seizure focus using tightly‐focused femtosecond laser pulses, and electrophysiological recordings are acquired at multiple locations for 3–12 months. Cuts reduced seizure frequency in most animals by 87%, and only 5% of remaining seizures propagated to the distant electrodes, compared to 80% in control animals. These cuts produced a modest decrease in cortical blood flow that recovered and left a ≈20‐µm wide scar with minimal collateral damage. When placed over the motor cortex, cuts do not cause notable deficits in a skilled reaching task, suggesting they hold promise as a novel neurosurgical approach for intractable focal cortical epilepsy.

Abstract Increased incidence of stalled capillary blood flow caused by adhesion of leucocytes to the brain microvascular endothelium leads to a 17% reduction of cerebral blood flow (CBF) and exacerbates short-term memory loss in multiple mouse models of Alzheimer’s disease (AD). Here, we report that Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) signaling at the luminal side of the brain microvasculature plays an integral role in the capillary stalling phenomenon of the APP/PS1 mouse model. Administration of the anti-mouse VEGF-A164 antibody, an isoform that inhibits blood brain barrier (BBB) hyperpermeability, reduced the number of stalled capillaries within an hour of injection, leading to an immediate increase in average capillary blood flow but not capillary diameter. VEGF-A inhibition also reduced the overall eNOS protein concentrations, increased occludin levels, and decreased the penetration of circulating Evans Blue dye across the BBB into the brain parenchyma, suggesting increased BBB integrity. Capillaries prone to neutrophil adhesion after anti-VEGF-A treatment also had lower occludin concentrations than flowing capillaries. Taken together, our findings demonstrate that VEGF-A signaling in APP/PS1 mice contributes to aberrant eNOS/occludin- associated BBB permeability, increases the incidence of capillary stalls, and leads to reductions in CBF. Reducing leucocyte adhesion by inhibiting luminal VEGF signaling may provide a novel and well-tolerated strategy for improving brain microvascular blood flow in AD patients.

ABSTRACT INTRODUCTION In this study, we explore the role of oxidative stress produced by NOX2-containing NADPH oxidase as a molecular mechanism causing capillary stalling and cerebral blood flow deficits in the APP/PS1 mouse model of AD. METHODS We inhibited NOX2 in APP/PS1 mice by administering a 10 mg/kg dose of the peptide inhibitor gp91-ds-tat i.p., for two weeks. We used in vivo two-photon imaging to measure capillary stalling, penetrating arteriole flow, and vascular inflammation. We also characterized short-term memory function and gene expression changes in cerebral microvessels. RESULTS We found that after NOX2 inhibition capillary stalling, as well as parenchymal and vascular inflammation, were significantly reduced. In addition, we found a significant increase in penetrating arteriole flow, followed by an improvement in short-term memory, and downregulation of inflammatory gene expression pathways. DISCUSSION Oxidative stress is a major mechanism leading to microvascular dysfunction in AD, and represents an important therapeutic target.

Introduction A common practice in clinical settings is the use of the Epworth Sleepiness Scale (ESS) and apnea-hypopnea index (AHI) to demonstrate the severity of obstructive sleep apnea (OSA). However, several instances were noted where there were discrepancies in the reported severity between Epworth scores and AHI in our patient sample, prompting an investigation into whether OSA severity as demonstrated by AHI or predicted by ESS quantification of sleepiness is primarily responsible for inconsistencies. Methods Discrepancies were examined between Epworth scores and AHI by categorizing patients into two categories of inconsistency: individuals with either ESS < 10 and AHI ≥ 15 events/h or ESS ≥ 10 and AHI < 15 events/h. The potential influence of sex on these categories was addressed by assessing whether a significant difference was present between mean Epworth scores and AHI values for men and women in the sample. We investigated BMI both by itself as its own respective variable and with respect to the sex of the individuals, along with a consideration into the role of anxiety. Furthermore, we tested anxiety with respect to sex. Results In the first category of inconsistency the average ESS of 5.27 ± 0.33 suggests a normal level of daytime sleepiness. However, this contrasts with the average AHI of 32.26 ± 1.82 events/h which is indicative of severe OSA. In the second category the average ESS of 14.29 ± 0.47 suggests severe daytime sleepiness, contradicting the average AHI of 9.16 ± 0.44 events/h which only indicates mild OSA. Sex, BMI (both as a variable by itself and with respect to sex), and anxiety (both as a variable by itself and with respect to sex) contributed to observed inconsistencies. Conclusion The findings of our study substantiate our hypothesis that Epworth scores should be de-emphasized in the assessment of OSA and a greater importance should be placed on measures like AHI. While Epworth scores offer insights into patients’ daytime sleepiness levels and the perceived severity of their OSA, the inconsistencies highlighted in our results when compared to AHI-based OSA severity underscore their potential inaccuracy. Caution is advised when utilizing Epworth scores for evaluating OSA severity in clinical settings.

The existence of cerebral blood flow (CBF) reductions in Alzheimers disease (AD) patients and related mouse models has been known for decades, but the underlying mechanisms and the resulting impacts on cognitive function and AD pathogenesis remain poorly understood. In the APP/PS1 mouse model of AD we found that an increased number of cortical capillaries had stalled blood flow as compared to wildtype animals, largely due to leukocytes that adhered in capillary segments and blocked blood flow. These capillary stalls were an early feature of disease development, appearing before amyloid deposits. Administration of antibodies against the neutrophil marker Ly6G reduced the number of stalled capillaries, leading to an immediate increase in CBF and to rapidly improved performance in spatial and working memory tasks. Our work has thus identified a cellular mechanism that explains the majority of the CBF reduction seen in a mouse model of AD and has also demonstrated that improving CBF rapidly improved short-term memory function. Restoring cerebral perfusion by preventing the leukocyte adhesion that plugs capillaries may provide a novel strategy for improving cognition in AD patients.

Abstract In partial onset epilepsy, seizures arise focally in the brain and often propagate, causing acute behavior changes, chronic cognitive decline, and increased mortality. Patients frequently become refractory to medical management, leaving neurosurgical resection of the seizure focus as a primary treatment, which can cause neurologic deficits. In the cortex, focal seizures are thought to spread through horizontal connections in layers II/III, suggesting that selectively severing these connections could block seizure propagation while preserving normal columnar circuitry and function. We induced focal neocortical epilepsy in mice and used tightly-focused femtosecond-duration laser pulses to create a sub-surface, opencylinder cut surrounding the seizure focus and severing cortical layers II-IV. We monitored seizure propagation using electrophysiological recordings at the seizure focus and at distant electrodes for 3-8 months. With laser cuts, only 5% of seizures propagated to the distant electrodes, compared to 85% in control animals. Laser cuts also decreased the number of seizures that were initiated, so that the average number of propagated seizures per day decreased from 42 in control mice to 1.5 with laser cuts. Physiologically, these cuts produced a modest decrease in cortical blood flow that recovered within days and, at one month, left a ~20-μm wide scar with increased gliosis and localized inflammatory cell infiltration but minimal collateral damage. When placed over motor cortex, cuts did not cause notable deficits in a skilled reaching task. Femtosecond laser produced sub-surface cuts hold promise as a novel neurosurgical approach for intractable focal cortical epilepsy, as might develop following traumatic brain injury. Once sentence summary In a mouse model of focal epilepsy, sub-surface laser-produced cuts encircling the seizure focus attenuate propagation without behavioral impairment.

Exercise exerts a beneficial effect on the major pathological and clinical symptoms associated with Alzheimers disease in humans and mouse models of the disease. While numerous mechanisms for such benefits from exercise have been proposed, a clear understanding of the causal links remains elusive. Recent studies also suggest that cerebral blood flow in the brain of both Alzheimers patients and mouse models of the disease is decreased and that the cognitive symptoms can be improved when blood flow is restored. We therefore hypothesized that the mitigating effect of exercise on the development and progression of Alzheimers disease may be mediated through an increase in the otherwise reduced brain blood flow. To test this idea, we examined the impact of three months of voluntary wheel running in ~1-year-old APP/PS1 mice on short-term memory function, brain inflammation, amyloid deposition, and cerebral blood flow. Our findings that exercise led to improved memory function, a trend toward reduced brain inflammation, markedly increased neurogenesis in the dentate gyrus, and no changes in amyloid-beta deposits are consistent with other reports on the impact of exercise on the progression of Alzheimers related symptoms in mouse models. Notably, we did not observe any impact of wheel running on overall cortical blood flow nor on the incidence of non-flowing capillaries, a mechanism we recently identified as one contributing factor to cerebral blood flow deficits in mouse models of Alzheimers disease. Overall, our results replicate previous findings that exercise is able to ameliorate certain aspects of Alzheimers disease pathology, but show that this benefit does not appear to act through increases in cerebral blood flow.