Parenchymal oligodendrocyte progenitor cells (pOPCs) are considered the principal cell type responsible for oligodendrogenesis and remyelinaton in demyelinating diseases. Recent studies have demonstrated that neural precursor cells (NPCs) from the adult subventricular zone (SVZ) can also generate new oligodendrocytes after demyelination. However, the relative contribution of NPCs versus pOPCs to remyelination is unknown. We used in vivo genetic fate mapping to assess the behavior of each progenitor type within the corpus callosi (CCs) of mice subjected to cuprizone-induced demyelination. Nestin-CreER T2 and Pdgfra-CreER T2 transgenic mice were crossed with fluorescent Cre reporter strains to map the fate of NPCs and pOPCs respectively. In cuprizone-challenged mice, substantial numbers of NPCs migrated into the demyelinated CC and contributed to oligodendrogenesis. This capacity was most prominent in rostral regions adjacent to the SVZ where NPC-derived oligodendrocytes significantly outnumbered those generated from pOPCs. Sixty-two percent of all nodes of Ranvier in this region were flanked by at least one paranode generated from an NPC-derived oligodendrocyte. Remarkably, g-ratios (ratio of the axon diameter to the diameter of the axon plus myelin sheath) of myelinated axons in regions subject to significant NPC-derived remyelination were equivalent to those of unchallenged controls, and immunoelectron microscopy revealed that NPC-derived myelin was significantly thicker than that generated by pOPCs, regardless of axonal caliber. We also demonstrate that a reduced efficiency of remyelination in the caudal CC was associated with long-term impairment in the maturation of oligodendrogenic NPCs but only transient delay in pOPC differentiation. Collectively, our data define a major distinct role for NPCs in remyelination, identifying them as a key target for enhancing myelin repair in demyelinating diseases.

Abstract ANKRD11 (Ankyrin Repeat Domain 11) is a chromatin regulator and a causative gene for KBG syndrome, a rare developmental disorder characterized by multiple organ abnormalities, including cardiac defects. However, the role of ANKRD11 in heart development is unknown. The neural crest plays a leading role in embryonic heart development, and its dysfunction is implicated in congenital heart defects. We demonstrate that conditional knockout of Ankrd11 in the murine embryonic neural crest results in persistent truncus arteriosus, ventricular dilation, and impaired ventricular contractility. We further show these defects occur due to aberrant cardiac neural crest cell organization leading to outflow tract septation failure. Lastly, knockout of Ankrd11 in the neural crest leads to impaired expression of various transcription factors, chromatin remodelers and signaling pathways, including mTOR, BMP and TGF-β in the cardiac neural crest cells. In this work, we identify Ankrd11 as a regulator of neural crest-mediated heart development and function.

Abstract MerTK is a receptor tyrosine kinase that mediates the immunologically silent phagocytic uptake of diverse types of cellular debris. Highly expressed on the surface of microglial cell, MerTK is of importance in brain development, homeostasis, plasticity, and disease. Yet, involvement of this receptor in the clearance of protein aggregates that accumulate with aging and in neurodegenerative diseases has yet to be defined. The current study explored the function of MerTK in the microglial uptake of alpha-synuclein fibrils which play a causative role in the pathobiology of synucleinopathies. Using human primary and induced pluripotent stem cell-derived microglia, the MerTK- dependence of alpha-synuclein fibril internalization was investigated in vitro . Relevance of this pathway to synucleinopathies was assessed by analyzing MerTK expression in patient-derived cells and tissues. Pharmacological inhibition of MerTK and siRNA-mediated MERTK knockdown both caused a decreased rate of alpha-synuclein fibril internalization by human microglia. Consistent with the immunologically silent nature of MerTK-mediated phagocytosis, alpha-synuclein fibril internalization did not induce secretion of pro-inflammatory cytokines from microglia. In addition, burden analysis in two independent patient cohorts revealed a significant association between rare functionally deleterious MERTK variants and Parkinson’s disease in one of the cohorts ( p = 0.002). Accordingly, MERTK expression was significantly upregulated in nigral microglia from Parkinson’s disease/Lewy body dementia patients compared to those from non-neurological control donors in a single-nuclei RNA-sequencing dataset ( p = 5.08 × 10 - 21 ), and MerTK protein expression positively correlated with alpha-synuclein level in human cortex lysates ( p = 0.0029). Taken together, our findings define a novel role for MerTK in mediating the uptake of alpha-synuclein aggregates by human microglia, with possible involvement in limiting alpha-synuclein spread in synucleinopathies such as Parkinson’s disease.

Background: Adult-onset leukoencephalopathy with axonal spheroids and pigmented glia (ALSP) is a primary microgliopathy caused by pathogenic variants in the colony-stimulating factor 1 receptor (CSF1R) gene. Since CSF1R signaling is crucial for microglia development, survival and function, induced pluripotent stem cell-derived microglia (iMGL) represent an excellent tool in studying microglial defects caused by ALSP patient-specific CSF1R variants. Methods: Serial modifications to an existing iMGL protocol were made, including but not limited to changes in growth factor combination to drive microglial differentiation, until successful derivation of microglia-like cells from an ALSP patient carrying a c.2350G > A (p.V784M) CSF1R variant. Using healthy control lines, the quality of the new iMGL protocol was validated through cell yield assessment, measurement of microglia marker expression, transcriptomic comparison to primary microglia, and evaluation of inflammatory and phagocytic activities. Similarly, molecular and functional characterization of the ALSP patient-derived iMGL was carried out in comparison to healthy control iMGL. Results: The newly devised protocol allowed the generation of iMGL with enhanced transcriptomic similarity to primary human microglia and with higher phagocytic and inflammatory competence at ~3-fold greater yield compared to the original protocol. Using this protocol, decreased CSF1R autophosphorylation and cell surface expression was observed in iMGL derived from the ALSP patient compared to those derived from healthy controls. Additionally, ALSP patient-derived iMGL presented a migratory defect accompanying a temporal reduction in purinergic receptor P2Y12 (P2RY12) expression. Finally, ALSP patient-derived cells showed surprisingly high phagocytic capacity, which was associated with higher lysosomal content. Conclusions: We optimized a pre-existing iMGL protocol, generating a powerful tool to study microglial involvement in human neurological diseases. Using the optimized protocol, we have generated for the first time iMGL from an ALSP patient carrying a pathogenic CSF1R variant, with preliminary characterization pointing toward functional alterations in migratory and phagocytic activities.

Mature oligodendrocytes form myelin sheaths that are crucial for the insulation of axons and efficient signal transmission in the central nervous system. Recent evidence has challenged the classical view of the functionally static mature oligodendrocyte and revealed a gamut of dynamic functions such as the ability to modulate neuronal circuitry and provide metabolic support to axons. Despite the recognition of potential heterogeneity in mature oligodendrocyte function, a comprehensive summary of mature oligodendrocyte diversity is lacking. We delve into early 20 th -century studies by Robertson and Río-Hortega that laid the foundation for the modern identification of regional and morphological heterogeneity in mature oligodendrocytes. Indeed, recent morphologic and functional studies call into question the long-assumed homogeneity of mature oligodendrocyte function through the identification of distinct subtypes with varying myelination preferences. Furthermore, modern molecular investigations, employing techniques such as single cell/nucleus RNA sequencing, consistently unveil at least six mature oligodendrocyte subpopulations in the human central nervous system that are highly transcriptomically diverse and vary with central nervous system region. Age and disease related mature oligodendrocyte variation denotes the impact of pathological conditions such as multiple sclerosis, Alzheimer’s disease, and psychiatric disorders. Nevertheless, caution is warranted when subclassifying mature oligodendrocytes because of the simplification needed to make conclusions about cell identity from temporally confined investigations. Future studies leveraging advanced techniques like spatial transcriptomics and single-cell proteomics promise a more nuanced understanding of mature oligodendrocyte heterogeneity. Such research avenues that precisely evaluate mature oligodendrocyte heterogeneity with care to understand the mitigating influence of species, sex, central nervous system region, age, and disease, hold promise for the development of therapeutic interventions targeting varied central nervous system pathology.

SUMMARY Lewy bodies (LBs), rich in α-synuclein, are a hallmark of Parkinson’s disease (PD). Understanding their biogenesis is likely to provide insight into the pathophysiology of PD, yet a cellular model for LB formation remains elusive. The realization that the immune challenge is a trigger for neurodegenerative diseases has been a breakthrough in the understanding of PD. Here, iPSC-derived human dopaminergic (DA) neurons from multiple healthy donors were found to form LB-like inclusions following treatment with α- synuclein preformed fibrils, but only when coupled to an immune challenge (interferon-gamma or interleukin-1 beta) or when co-cultured with activated microglia. Human cortical neurons derived from the same iPSC lines did not form LB-like inclusions. Exposure to interferon-gamma impairs autophagy in a lysosomal-specific manner in vitro, similar to the disruption of proteostasis pathways that contribute to PD. We find that lysosomal membrane proteins LAMP1 and LAMP2 and transcription factors regulating lysosomal biogenesis and function are downregulated in DA but not cortical neurons. Finally, due to the excellent sample preservation afforded by cells compared to post-mortem PD brain tissue, we conclude that the LB-like inclusions in DA neurons are membrane-bound, suggesting they are not limited to the cytoplasmic compartment. In Brief Bayati et al. identify that iPSC-derived dopaminergic neurons undergoing a dual hit treatment of exogenous α-synuclein fibrils and proinflammatory cytokines form Lewy body-like inclusions. The dual hit treatment also led to the downregulation of lysosomal proteins. Characterization of inclusions revealed that inclusions were membrane-bound and LC3B-positive, suggesting they are dysfunctional autophagosomes. Highlights α-synuclein preformed fibril administration coupled with Interferon-gamma exposure leads dopaminergic neurons to form Lewy body-like inclusions Inclusions are filamentous, membranous, and filled with aberrant organelles Impaired autophagic flux and downregulation of TFEB, NRF2, LAMP1, and LAMP2 correlated with inclusion formation Activation of NRF2 through the treatment of neurons with the antioxidant perillaldehyde, prevents inclusion formation

Abstract In multiple sclerosis (MS), the invasion of the central nervous system by peripheral immune cells is followed by the activation of resident microglia and astrocytes. This cascade of events results in demyelination, which triggers neuronal damage and death. The molecular signals in neurons responsible for this damage are not yet fully characterized. In MS, retinal ganglion cell neurons (RGCs) of the central nervous system (CNS) undergo axonal injury and cell death. This phenomenon is mirrored in the experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) mouse model of MS. To understand the molecular landscape, we isolated RGCs from mice subjected to the EAE protocol. RNA-sequencing and ATAC-sequencing analyses were performed. Pathway analysis of the RNA-sequencing data revealed that RGCs displayed a molecular signature, similar to aged neurons, showcasing features of senescence. Single-nucleus RNA-sequencing analysis of neurons from human MS patients revealed a comparable senescence-like phenotype., which was supported by immunostaining RGCs in EAE mice. These changes include alterations to the nuclear envelope, modifications in chromatin marks, and accumulation of DNA damage. Transduction of RGCs with an Oct4 - Sox2 - Klf4 transgene to convert neurons in the EAE model to a more youthful epigenetic and transcriptomic state enhanced the survival of RGCs. Collectively, this research uncovers a previously unidentified senescent-like phenotype in neurons under pathological inflammation and neurons from MS patients. The rejuvenation of this aged transcriptome improved visual acuity and neuronal survival in the EAE model supporting the idea that age rejuvenation therapies and senotherapeutic agents could offer a direct means of neuroprotection in autoimmune disorders.

Satellite cells are muscle-resident stem cells that maintain and repair muscle. Increasing evidence supports the contributing role of satellite cells in Duchenne muscular dystrophy (DMD), a lethal degenerative muscle disease caused by loss of dystrophin. We used single cell RNA-sequencing (scRNA-seq) to determine how dystrophin deficiency impacts satellite cell heterogeneity and function. scRNA-seq was performed in satellite cells from mdx and D2-mdx DMD mouse models. DMD satellite cells were disproportionally found within myogenic progenitor clusters and a unique DMD enriched cluster. DMD satellite cells and myogenic progenitors exhibited distinct impairments, including cell death and senescence, respectively. Moreover, dystrophic satellite cells express an impaired myogenic differentiation gene signature and are stalled in their differentiation capacity. We found that inducing autophagy, which is reduced in DMD progenitors, led to enhanced differentiation. Our findings provide molecular evidence of satellite cell dysfunction in DMD and suggest pathways to target and enhance their regenerative capacity.

Abstract The enteric nervous system (ENS) comprises a complex network of neurons whereby a subset appears to be dopaminergic, although the characteristics, roles, and implications in disease are less understood. Most investigations relating to enteric dopamine (DA) neurons rely on immunoreactivity to tyrosine hydroxylase (TH) - a rate-limiting enzyme in the production of DA. However, TH immunoreactivity is likely to provide an incomplete picture given previous work has showed that some DA neurons contain little if any TH and its levels tend to be decreased in response to cellular stress. This study herein provides a comprehensive characterization of DA neurons in the gut using a well-accepted reporter mouse line, expressing a fluorescent protein (tdTomato) under control of the DA transporter (DAT) promoter. Our findings confirm a unique localization of DA neurons in the gut and unveil the discrete subtypes of DA neurons in this organ, which we characterized using both immunofluorescence and single-cell transcriptomics, as well as validated using in situ hybridization. We observed distinct subtypes of DAT-tdTomato neurons expressing co-transmitters and modulators across both plexuses; some of them likely co-releasing acetylcholine, while others were positive for a slew of canonical DA markers (TH, VMAT2 and GIRK2). Interestingly, we uncovered a seemingly novel population of DA neurons unique to the ENS which were ChAT/DAT-tdTomato-immunoreactive neurons and were characterised by the expression of Grp , Calcb and Sst . Given the clear heterogeneity of DAergic gut neurons, further investigation is warranted to define their functional signatures and discover any inherent vulnerabilities in disease. Abstract Figure Using a reporter mouse line, expressing a fluorescent protein under control of the dopamine transporter (DAT) promoter, discrete subtypes of dopaminergic neurons were unveiled across the ganglionated plexuses of the gut. A novel subpopulations of enteric DA neurons, expressing genes previously reported involved in dopamine signaling in the brain, exhibit a cholinergic phenotype.

Abstract The progressive dysfunction and degeneration of dopamine (DA) neurons of the ventral midbrain is linked to the development of motor symptoms in Parkinson’s disease (PD). Multiple lines of evidence suggest the implication of neuroinflammation and mitochondrial dysfunction as key drivers of neurodegenerative mechanisms in PD. Recent work has revealed that loss of the mitochondrial kinase PINK1 leads to enhanced mitochondrial antigen presentation (MitAP) by antigen-presenting cells (APCs), the amplification of mitochondrial antigen-specific CD8 + T cells and the loss of DA neuron terminals markers in the brain in response to gut infection. However, whether mitochondrial antigen- specific T cells are involved in and/or sufficient to cause DA system dysfunction remains unclear. Here, we investigated the effect of mitochondrial autoimmunity by adoptively transferring mitochondrial peptide-specific CD8 + T cells into wild-type (WT) and PINK1 KO mice. We find that this leads to L- DOPA-reversible motor impairment and to robust loss of DA neurons and axonal markers in the striatum in both PINK1 WT and KO mice. Our findings provide direct evidence of the pivotal role played by mitochondrial-specific CD8 + T cell infiltration in the brain in driving PD-like pathology and the development of parkinsonism. Altogether, our data strongly support the hypothesis that MitAP and autoimmune mechanisms play a key role in the pathophysiological processes leading to PD.