ABSTRACT Bacille Calmette-Guérin (BCG) vaccination can confer non-specific protection against heterologous pathogens. However, the underlying mechanisms remain mysterious. Here, we show that mice immunized intravenously with BCG exhibited reduced weight loss and/or improved viral clearance when challenged with SARS-CoV-2 and influenza. Protection was first evident between 14 - 21 days post vaccination, and lasted for at least 42 days. Remarkably, BCG induced a biphasic innate response in the lung, initially at day 1 and a subsequent prolonged phase starting at ∼15 days post vaccination, and robust antigen-specific Th1 responses. MyD88-dependent TLR signaling was essential for the induction of the innate and Th1 responses, and protection against SARS-CoV-2. Depletion of CD4 + T cells or IFN-γ activity prior to infection obliterated innate activation and protection. Single cell and spatial transcriptomics revealed CD4-dependent expression of interferon-stimulated genes (ISGs) in myeloid, type II alveolar and lung epithelial cells. Thus, BCG elicits “integrated organ immunity” where CD4+ T cells act on local myeloid and epithelial cells to imprint prolonged antiviral innate resistance.

Abstract Aberrant activity of cyclin-dependent kinase (Cdk5) has been implicated in various neurodegenerative diseases. This effect is mediated by pathological cleavage of the Cdk5 activator p35 to produce the truncated product p25, exhibiting increased stability and altered substrate specificity. The benefit of blocking p25 production has been demonstrated in various rodent and human neurodegenerative models. However, important Cdk5/p35 functions in the developing and adult brain have made it challenging to selectively target the detrimental effects of Cdk5/p25 while sparing the physiological functions of Cdk5/p35. Here, we report a 12-amino acid-long peptide fragment derived from Cdk5 (the Cdk5 inhibitory (Cdk5i) peptide) that shows a high binding affinity toward the Cdk5/p25 complex and can efficiently and selectively inhibit Cdk5/p25 kinase activity. Using cellular assays, mouse neurodegeneration models and human cerebral organoids generated from patient-derived iPSCs, we demonstrate beneficial effects of the Cdk5i peptide on various pathological phenotypes including gliosis, DNA damage, and Tau hyperphosphorylation.

Abstract DNA double strand breaks (DSBs) are linked to aging, neurodegeneration, and senescence 1,2 . However, the role played by neurons burdened with DSBs in disease-associated neuroinflammation is not well understood. Here, we isolate neurons harboring DSBs from the CK-p25 mouse model of neurodegeneration through fluorescence-activated nuclei sorting (FANS), and characterize their transcriptomes using single-nucleus, bulk, and spatial sequencing techniques. We find that neurons harboring DSBs enter a late-stage DNA damage response marked by the activation of senescent and antiviral-like immune pathways. We identify the NFkB transcription factor as a master regulator of immune gene expression in DSB-bearing neurons, and find that the expression of cytokines like Cxcl10 and Ccl2 develop in DSB-bearing neurons before glial cell types. Alzheimer’s Disease pathology is significantly associated with immune activation in excitatory neurons, and direct purification of DSB-bearing neurons from Alzheimer’s Disease brain tissue further validates immune gene upregulation. Spatial transcriptomics reveal that regions of brain tissue dense with DSB-bearing neurons also harbor signatures of inflammatory microglia, which is ameliorated by NFkB knock down in neurons. Inhibition of NFkB or depletion of Ccl2 and Cxcl10 in DSB-bearing neurons also reduces microglial activation in organotypic brain slice culture. In conclusion, we find that in the context of age-associated neurodegenerative disease, DSBs activate immune pathways in neurons, which in turn adopt a senescence associated secretory phenotype to elicit microglia activation. These findings highlight a novel role for neurons in the mechanism of age-associated neuroinflammation. Summary It is unclear how age-associated DNA double strand break (DSB) accumulation in neurons influences the progression of cellular senescence and neurodegenerative disease. Here, we leverage mouse models of neurodegeneration, single-nucleus, bulk, and spatial transcriptomics from Alzheimer’s disease patients, mouse models, and primary neuron cultures to dissect the immune signaling pathways initiated by DSB-bearing neurons that trigger neuroinflammation.

Abstract Conditional gene regulation in Drosophila through binary expression systems like the LexA-LexAop system provides a superb tool for investigating gene and tissue function. To increase the availability of defined LexA enhancer trap insertions, we present molecular, genetic and tissue expression studies of 301 novel Stan-X LexA enhancer traps derived from mobilization of the index SX4 line. This includes insertions into distinct loci on the X, II and III chromosomes that were not previously associated with enhancer traps or targeted LexA constructs, an insertion into ptc , and eleven insertions into natural transposons. A subset of enhancer traps was expressed in CNS neurons known to produce and secrete insulin, an essential regulator of growth, development and metabolism. Fly lines described here were generated and characterized through studies by students and teachers in an international network of genetics classes at public, independent high schools, and universities serving a diversity of students, including those underrepresented in science. Thus, a unique partnership between secondary schools and university-based programs has produced and characterized novel resources in Drosophila , establishing instructional paradigms devoted to unscripted experimental science.

Short tandem repeat (STR) expansions have been shown to be pathogenic in human neurological diseases, such as Huntington disease. Yet, the potential role of STRs in non- neurological diseases has yet to be fully investigated. In this study, the potential role of STR expansions in the pathogenesis of systemic lupus erythematosus (SLE) was investigated using patient genomic data and two computational tools, HipSTR and exSTRa. The length variability of STRs in 76 SLE-associated genes was compared using exome data from 271 SLE affected individuals and 158 of their unaffected relatives. We conclude that no large STR expansions associated with SLE were present in these affected individuals within the 76 genes investigated. Lack of evidence does not negate a pathogenic role for STR expansions in SLE, yet given the number of individuals included in this study, we expect that this is not a common source of pathogenesis in SLE.