Abstract Several prior studies have proposed the involvement of various brain regions and cell types in Parkinson’s disease (PD) pathology. Here, we performed snRNA-seq on the prefrontal cortex and anterior cingulate regions from a small cohort of post-mortem control and PD brain tissue. We found a significant association of oligodendrocytes (ODCs) and oligodendrocyte precursor cells (OPCs) with PD-linked risk loci and report several dysregulated genes and pathways, including regulation of tau-protein kinase activity, regulation of inclusion body assembly and protein processing involved in protein targeting to mitochondria. In an independent PD cohort with clinical measures (681 cases and 549 controls), polygenic risk scores derived from the dysregulated genes significantly predicted Montreal Cognitive Assessment (MoCA)-, and Beck Depression Inventory-II (BDI-II)-scores but not motor impairment (UPDRS-III). We extended our analysis of clinical outcome prediction by incorporating differentially expressed genes from three separate datasets that were previously published by different laboratories. In the first dataset from the anterior cingulate cortex, we identified an association between ODCs and BDI-II. In the second dataset obtained from the substantia nigra (SN), OPCs displayed an association with UPDRS-III. In the third dataset from the SN region, a distinct subtype of OPCs, labeled OPC_ADM, exhibited an association with UPDRS-III. Intriguingly, the OPC_ADM cluster also demonstrated a significant increase in PD samples. These results suggest that by expanding our focus to glial cells, we can uncover region-specific molecular pathways associated with PD symptoms.

Several prior studies have proposed the involvement of various brain regions and cell types in Parkinson's disease (PD) pathology. Here, we performed snRNA-seq on the prefrontal cortex and anterior cingulate regions from post-mortem control and PD brain tissue. We found a significant association of oligodendrocytes and oligodendrocyte precursor cells with PD-linked risk loci and report several dysregulated genes and pathways, including regulation of tau-protein kinase activity, regulation of inclusion body assembly and protein processing involved in protein targeting to mitochondria. In an independent PD cohort with clinical measures (681 cases and 549 controls), polygenic risk scores derived from the dysregulated genes significantly predicted Montreal Cognitive Assessment (MoCA)-, and Beck Depression Inventory-II (BDI-II)-scores as well as Age at Onset but not motor impairment (UPDRS-III). These results suggest that by expanding our focus to glial cells, we can uncover molecular pathways associated with non-motor symptoms that are frequently observed in PD patients, also prior to diagnosis.

Abstract Despite extensive research, the contribution of the LRRK2 p.G2019S mutation to Parkinson’s disease (PD) remains unclear. Recent findings indicate oligodendrocytes (ODCs) and their progenitors are vulnerable in PD pathogenesis. Notably, oligodendrocyte precursor cells (OPCs) exhibit high endogenous expression of LRRK2 . We induced PD patient-iPSCs with the LRRK2 p.G2019S mutation into oligodendroglial lineages and performed single-cell RNA sequencing. Cell type composition analysis revealed an increase in OPCs, proliferating OPCs and ciliated ependymal cells in LRRK2 lines, all of which are characterized by LRRK2 expression. Differential expression analysis revealed transcriptomic changes in several pathways, including down-regulation of genes related to myelin assembly in ODCs, semaphorin-plexin pathway in OPCs, and cilium movement in proliferating OPCs. Cell-cell communication analysis identified significant alterations in several signaling pathways including a deactivation of PSAP signaling and an activation of MIF signaling in LRRK2 lines. Additionally, we observed an overall increase in SEMA6 signaling communication in LRRK2 cell lines; however, OPCs derived from these LRRK2 lines specifically lost SEMA6 signaling due to a down-regulation of SEMA6A and PLXNA2 . Pseudotemporal trajectory analysis revealed that SHH had significantly altered expression along the pseudotime, accompanied by higher expression levels in LRRK2 lines. These findings highlight the need for a deep exploration of the complex interactions among semaphorin-plexin, sonic hedgehog and cilium pathways in PD. We envision that our work will serve as a valuable resource for uncovering potential targets in PD.