Abstract/Summary Neuronal cell loss is a defining feature of Alzheimer’s disease (AD), but it remains unclear how neurons die and how this relates to other defining characteristics of the disease 1 . Existing in vivo AD models only partially recapitulate the neuropathology of AD with very mild or no neuronal cell loss. Here we demonstrate that human neurons xenografted in mouse brain exposed to amyloid pathology develop sarkosyl-insoluble tau filaments, positive Gallyas silver staining, release phosphorylated tau (P-tau181) into the blood, and display considerable neuronal cell loss, providing a model for the induction of full Tau pathology by simple exposure to amyloid pathology in AD. The alterations are specific to human neurons and contrast with the mild effects exhibited in mouse neurons. A core transcriptional program in the human neurons is characterized by strong upregulation of MEG3, a neuron-specific long noncoding RNA . MEG3 is also strongly upregulated in neurons from AD patients in situ . MEG3 expression alone is sufficient to induce necroptosis in human neurons in vitro . Orally administered small molecule receptor-interacting protein (RIP) kinase -1 and -3 inhibitors rescued the neuronal cell loss in this novel AD model. Thus, xenografted human neurons are uniquely sensitive to amyloid pathology, recapitulate all the defining neuropathological features of AD, and ultimately die by necroptosis.

Abstract Using high resolution quantitative mass spectrometry, we have generated the most comprehensive human and mouse microglia proteomic datasets to date, consisting of over 11,000 proteins across all six microglia groups. Microglia from different sources share a core protein signature of over 5600 proteins, yet fundamental differences are observed between species and culture conditions, indicating limitations for human disease modelling in mouse or in in vitro cultures of microglia. Mouse ex vivo microglia show important differences at the proteome level such as differential expression of inflammation and Alzheimer’s Disease associated proteins. We identify a tenfold difference in the protein content of ex vivo and in vitro cells and significant proteome differences associated with protein synthesis, metabolism, microglia marker expression and environmental sensors. Culturing microglia induces rapidly increased growth, protein content and inflammatory protein expression. These changes can be restored by engrafting in vitro cells into the brain, with xenografted hESC-derived microglia closely resembling microglia from human brain. This data provides an important resource for the field and highlights important considerations needed when using model systems to study human physiology and pathology of microglia.

Microglial activation and neuroinflammation are initial steps in the pathogenesis of Alzheimer’s disease (AD). However, studies in mouse models and human postmortem samples have yielded divergent results regarding microglia cell states relevant to AD. Here, we investigate 127,000 single cell expression profiles of human microglia isolated freshly from a xenotransplantation model for early AD. While human microglia adopt a disease-associated (DAM) profile, they display a much more pronounced HLA-cell state related to antigen presentation in response to amyloid plaques. In parallel, a distinctive pro-inflammatory cytokine and chemokine CRM response is mounted against oligomeric amyloid-β. TREM2 and, to a lesser extent, APOE polymorphisms, modulate the response of microglia to amyloid-β plaques, in contrast with the response to oligomeric Aβ. Specific polygenic risk genes are enriched in each branch of these multi-pronged response of human microglia to amyloid pathology (ARM). ARM responses can be captured in post-mortem studies when reanalyzed in light of this novel, comprehensive data set. In conclusion, therapeutic strategies targeting microglia in AD need to carefully assess how they affect the different cell states, as the overall balance between distinct microglial profiles might determine a protective or damaging outcome.

Abstract The MAPT gene encodes Tau protein, a member of the large family of microtubule-associated proteins. Tau forms large insoluble aggregates that are toxic to neurons in several neurological disorders and neurofibrillary Tau tangles represent a key pathological hallmark of Alzheimer’s disease (AD) and other ‘tauopathies’ 1,2 . Several Tau-lowering strategies are being investigated as a potential treatment for AD but the mechanisms that regulate Tau expression at the transcriptional or translational level are not well understood 3,4 . Recently, Simone et al . 5 reported the discovery of a new type of natural antisense transcripts called ‘MIR-NATs’ (referring to Mammalian-wide Interspersed Repeats – Natural Antisense Transcripts). Simone and colleagues used MAPT-AS1 , a MIR-NAT associated to the MAPT gene as an archetype of this new class of long non-coding RNAs. According to Simone et al ., MAPT-AS1 represses Tau translation by competing for ribosomal RNA. We investigated the potential functions of MAPT-AS1 in neurons using the same gain- and loss-of-function experiments as described in the original report and expanded our analysis with complementary approaches. Our data do not support a role for MAPT-AS1 in regulating Tau expression in human neurons and urge to cautiously interpret the data provided by Simone et al . 5 .

Abstract The amyloid plaque cell niche is a pivotal hallmark of Alzheimer’s disease (AD). Where early spatial transcriptomics (ST) technologies have provided valuable information on transcriptomic alterations in the small tissue domains overlaying with amyloid plaques, they lacked cellular resolution. Here we compare two novel high-resolution ST platforms, CosMx and Stereo-seq, in their ability to characterize the cellular response in the amyloid plaque niche in an AD mouse model. Combining the results from both techniques empowered us to survey the highly variable microglial-astrocytic response across the amyloid plaque micro-environment and provided a first insight into how these responses could relate to neuronal transcriptomic alterations. This pilot study demonstrates the great potential of high-resolution ST, while simultaneously highlighting limitations that, when addressed, will unleash the full power of these techniques to map the progression of molecular and cellular changes in the brains of AD patients.

Abstract The γ-secretase complexes are intramembrane cleaving proteases involved in the generation of the Aβ peptides in Alzheimer’s Disease. The complex consists of four subunits, with Presenilin, harboring the catalytic site. Here, we study the role of the smallest subunit, PSENEN or Presenilin enhancer 2 (PEN-2), encoded by the gene Psenen , in vivo and in vitro . We find a profound Notch-deficiency phenotype in Psenen −/− embryos confirming the essential role of PSENEN in the γ-secretase complex. We used Psenen −/− fibroblasts to explore the structure-function of PSENEN by the Scanning Cysteine Accessibility Method. Glycine22 and Proline27 which border the membrane domains 1 and 2 of PSENEN are involved in complex formation and stabilization of γ-secretase. The hairpin structured hydrophobic membrane domains 1 and 2 are exposed to a water-containing cavity in the complex, while transmembrane domain 3 is not water exposed. We finally demonstrate the essential role of PSENEN for the cleavage activity of the complex. PSENEN is more than a structural component of the γ-secretase complex and might contribute to the catalytic mechanism of the enzyme.