There are limitations in current diagnostic testing approaches for Alzheimer disease (AD).To examine plasma tau phosphorylated at threonine 217 (P-tau217) as a diagnostic biomarker for AD.Three cross-sectional cohorts: an Arizona-based neuropathology cohort (cohort 1), including 34 participants with AD and 47 without AD (dates of enrollment, May 2007-January 2019); the Swedish BioFINDER-2 cohort (cohort 2), including cognitively unimpaired participants (n = 301) and clinically diagnosed patients with mild cognitive impairment (MCI) (n = 178), AD dementia (n = 121), and other neurodegenerative diseases (n = 99) (April 2017-September 2019); and a Colombian autosomal-dominant AD kindred (cohort 3), including 365 PSEN1 E280A mutation carriers and 257 mutation noncarriers (December 2013-February 2017).Plasma P-tau217.Primary outcome was the discriminative accuracy of plasma P-tau217 for AD (clinical or neuropathological diagnosis). Secondary outcome was the association with tau pathology (determined using neuropathology or positron emission tomography [PET]).Mean age was 83.5 (SD, 8.5) years in cohort 1, 69.1 (SD, 10.3) years in cohort 2, and 35.8 (SD, 10.7) years in cohort 3; 38% were women in cohort 1, 51% in cohort 2, and 57% in cohort 3. In cohort 1, antemortem plasma P-tau217 differentiated neuropathologically defined AD from non-AD (area under the curve [AUC], 0.89 [95% CI, 0.81-0.97]) with significantly higher accuracy than plasma P-tau181 and neurofilament light chain (NfL) (AUC range, 0.50-0.72; P < .05). The discriminative accuracy of plasma P-tau217 in cohort 2 for clinical AD dementia vs other neurodegenerative diseases (AUC, 0.96 [95% CI, 0.93-0.98]) was significantly higher than plasma P-tau181, plasma NfL, and MRI measures (AUC range, 0.50-0.81; P < .001) but not significantly different compared with cerebrospinal fluid (CSF) P-tau217, CSF P-tau181, and tau-PET (AUC range, 0.90-0.99; P > .15). In cohort 3, plasma P-tau217 levels were significantly greater among PSEN1 mutation carriers, compared with noncarriers, from approximately 25 years and older, which is 20 years prior to estimated onset of MCI among mutation carriers. Plasma P-tau217 levels correlated with tau tangles in participants with (Spearman ρ = 0.64; P < .001), but not without (Spearman ρ = 0.15; P = .33), β-amyloid plaques in cohort 1. In cohort 2, plasma P-tau217 discriminated abnormal vs normal tau-PET scans (AUC, 0.93 [95% CI, 0.91-0.96]) with significantly higher accuracy than plasma P-tau181, plasma NfL, CSF P-tau181, CSF Aβ42:Aβ40 ratio, and MRI measures (AUC range, 0.67-0.90; P < .05), but its performance was not significantly different compared with CSF P-tau217 (AUC, 0.96; P = .22).Among 1402 participants from 3 selected cohorts, plasma P-tau217 discriminated AD from other neurodegenerative diseases, with significantly higher accuracy than established plasma- and MRI-based biomarkers, and its performance was not significantly different from key CSF- or PET-based measures. Further research is needed to optimize the assay, validate the findings in unselected and diverse populations, and determine its potential role in clinical care.

Significance The clinical and pathological variability among patients with Alzheimer’s disease (AD) remains largely unexplained. Evidence is growing that this heterogeneity may be influenced by the heterogeneous molecular architecture of misfolded amyloid-β peptide (Aβ) in the brain. To test this hypothesis, we used unique fluorescent ligands to interrogate the molecular structure of Aβ in amyloid plaques from patients who had died with etiologically distinct subtypes of AD. We found that Aβ-amyloid plaques in the brain cluster as clouds of conformational variants that differ among certain subtypes of AD. The conformational features of AD plaques were partially transmissible to transgenic mice in a seeding paradigm, suggesting a mechanism whereby different molecular strains of Aβ propagate their features within the brain.

Variants in

Studying comorbidities in early onset Alzheimer disease (AD) may provide an advantageous perspective on their pathogenesis because aging factors may be largely inoperative for these subjects. We compared AD comorbidities between early-onset sporadic cases and American and Colombian cases with PSEN1 mutations. AD neuropathological changes (ADNC) were very severe in all groups but more severe in the PSEN1 groups. Lewy body disease and cerebral white matter rarefaction were the most common (up to 60%) of AD comorbidities, followed by arteriolosclerosis (up to 37%), and large-vessel atherosclerosis (up to 20%). Differences between the 3 groups included earlier age of onset in the American PSEN1 cases, shorter disease duration in sporadic cases, and more frequent large-vessel atherosclerosis and cerebral amyloid angiopathy in the Colombian PSEN1 cases. Logistic regression models adjusted for age and sex found the presence of a PSEN1 mutation, an apolipoprotein ε4 allele and TDP-43 pathology to predict an earlier age of onset; Hispanic ethnicity and multiracial subjects were predictive of severe CAA. Comorbidities are common in early onset AD and should be considered when planning clinical trials with such subjects. However, they may be at least partially dependent on ADNC and thus potentially addressable by anti-amyloid or and/anti-tau therapies.

Abstract Proteolytic cell surface release (‘shedding’) of the prion protein (PrP), a broadly expressed GPI-anchored glycoprotein, by the metalloprotease ADAM10 impacts on neurodegenerative and other diseases in animal and in vitro models. Recent studies employing the latter also suggest shed PrP (sPrP) to be a ligand in intercellular communication and critically involved in PrP-associated physiological tasks. Although expectedly an evolutionary conserved event, and while soluble forms of PrP are present in human tissues and body fluids, for the human body neither proteolytic PrP shedding and its cleavage site nor involvement of ADAM10 or the biological relevance of this process have been demonstrated thus far. In this study, cleavage site prediction and generation (plus detailed characterization) of sPrP-specific antibodies enabled us to identify PrP cleaved at tyrosin 226 as the physiological and apparently strictly ADAM10-dependent shed form in humans. Using cell lines, neural stem cells and brain organoids, we show that shedding of human PrP can be stimulated by PrP-binding ligands without targeting the protease, which may open novel therapeutic perspectives. Site-specific antibodies directed against human sPrP also detect the shed form in brains of cattle, sheep and deer, hence in all most relevant species naturally affected by fatal and transmissible prion diseases. In human and animal prion diseases, but also in patients with Alzheimer`s disease, sPrP relocalizes from a physiological diffuse tissue pattern to intimately associate with extracellular aggregated deposits of misfolded proteins characteristic for the respective pathological condition. Findings and research tools presented here will accelerate novel insight into the roles of PrP shedding (as a process) and sPrP (as a released factor) in neurodegeneration and beyond.

Abstract Alzheimer’s disease (AD) is the most common cause of dementia among older adults. APOE3 Christchurch (R136S, APOE3Ch ) variant homozygosity was reported in an individual with extreme resistance to autosomal dominant AD due to the PSEN1 E280A mutation. This subject had a delayed clinical age at onset and resistance to tauopathy and neurodegeneration despite extremely high amyloid plaque burden. We established induced pluripotent stem (iPS) cell-derived cerebral organoids from this resistant case and from a non-protected kindred control (with PSEN1 E280A and APOE3/3 ). We used CRISPR/Cas9 gene editing to successfully remove the APOE3Ch to wild type in iPS cells from the protected case and to introduce the APOE3Ch as homozygote in iPS cells from the non-protected case to examine causality. We found significant reduction of tau phosphorylation (pTau 202/205 and pTau396) in cerebral organoids with the APOE3Ch variant, consistent with the strikingly reduced tau pathology found in the resistant case. We identified Cadherin and Wnt pathways as signaling mechanisms regulated by the APOE3Ch variant through single cell RNA sequencing in cerebral organoids. We also identified elevated β-catenin protein, a regulator of tau phosphorylation, as a candidate mediator of APOE3Ch resistance to tauopathy. Our findings show that APOE3Ch is necessary and sufficient to confer resistance to tauopathy in an experimental ex-vivo model establishing a foundation for the development of novel, protected case-inspired therapeutics for tauopathies, including Alzheimer’s.

Abstract Proteolytic cell surface release (‘shedding’) of the prion protein (PrP), a broadly expressed GPI-anchored glycoprotein, by the metalloprotease ADAM10 impacts on neurodegenerative and other diseases in animal and in vitro models. Recent studies employing the latter also suggest shed PrP (sPrP) to be a ligand in intercellular communication and critically involved in PrP-associated physiological tasks. Although expectedly an evolutionary conserved event, and while soluble forms of PrP are present in human tissues and body fluids, neither proteolytic PrP shedding and its cleavage site nor involvement of ADAM10 or the biological relevance of this process have been demonstrated for the human body thus far. In this study, cleavage site prediction and generation (plus detailed characterization) of sPrP-specific antibodies enabled us to identify PrP cleaved at tyrosin 226 as the physiological and strictly ADAM10-dependent shed form in humans. Using cell lines, neural stem cells and brain organoids, we show that shedding of human PrP can be stimulated by PrP-binding ligands without targeting the protease, which may open novel therapeutic perspectives. Site-specific antibodies directed against human sPrP also detect the shed form in brains of cattle, sheep and deer, hence in all most relevant species naturally affected by fatal and transmissible prion diseases. In human and animal prion diseases, but also in patients with Alzheimer’s disease, sPrP relocalizes from a physiological diffuse tissue pattern to intimately associate with extracellular aggregates of misfolded proteins characteristic for the respective pathological condition. Findings and research tools presented here will accelerate novel insight into the roles of PrP shedding (as a process) and sPrP (as a released factor) in neurodegeneration and beyond.