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 Cerebral autosomal dominant arteriopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy (CADASIL) is the most common monogenic form of vascular cognitive impairment and dementia. A genetic arteriolosclerotic disease, the molecular mechanisms driving vascular brain degeneration and decline remain unclear. With the goal of driving discovery of disease-relevant biological perturbations in CADASIL, we used machine learning approaches to extract proteomic disease signatures from large-scale proteomics generated from plasma collected from three distinct cohorts in US and Colombia: CADASIL-Early ( N = 53), CADASIL-Late ( N = 45), and CADASIL-Colombia ( N = 71). We extracted molecular signatures with high predictive value for early and late-stage CADASIL and performed robust cross- and external-validation. We examined the biological and clinical relevance of our findings through pathway enrichment analysis and testing of associations with clinical outcomes. Our study represents a model for unbiased discovery of molecular signatures and disease biomarkers, combining non-invasive plasma proteomics with clinical data. We report on novel disease-associated molecular signatures for CADASIL, derived from the accessible plasma proteome, with relevance to vascular cognitive impairment and dementia.