Cytoplasmic accumulation of TDP-43 is a disease hallmark for many cases of amyotrophic lateral sclerosis (ALS), associated with a neuroinflammatory cytokine profile related to upregulation of nuclear factor κB (NF-κB) and type I interferon (IFN) pathways. Here we show that this inflammation is driven by the cytoplasmic DNA sensor cyclic guanosine monophosphate (GMP)-AMP synthase (cGAS) when TDP-43 invades mitochondria and releases DNA via the permeability transition pore. Pharmacologic inhibition or genetic deletion of cGAS and its downstream signaling partner STING prevents upregulation of NF-κB and type I IFN induced by TDP-43 in induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived motor neurons and in TDP-43 mutant mice. Finally, we document elevated levels of the specific cGAS signaling metabolite cGAMP in spinal cord samples from patients, which may be a biomarker of mtDNA release and cGAS/STING activation in ALS. Our results identify mtDNA release and cGAS/STING activation as critical determinants of TDP-43-associated pathology and demonstrate the potential for targeting this pathway in ALS.

Functional failure of tau contributes to age-dependent, iron-mediated neurotoxicity, and as iron accumulates in ischemic stroke tissue, we hypothesized that tau failure may exaggerate ischemia-reperfusion-related toxicity. Indeed, unilateral, transient middle cerebral artery occlusion (MCAO) suppressed hemispheric tau and increased iron levels in young (3-month-old) mice and rats. Wild-type mice were protected by iron-targeted interventions: ceruloplasmin and amyloid precursor protein ectodomain, as well as ferroptosis inhibitors. At this age, tau-knockout mice did not express elevated brain iron and were protected against hemispheric reperfusion injury following MCAO, indicating that tau suppression may prevent ferroptosis. However, the accelerated age-dependent brain iron accumulation that occurs in tau-knockout mice at 12 months of age negated the protective benefit of tau suppression against MCAO-induced focal cerebral ischemia-reperfusion injury. The protective benefit of tau knockout was revived in older mice by iron-targeting interventions. These findings introduce tau-iron interaction as a pleiotropic modulator of ferroptosis and ischemic stroke outcome.

Abstract Background Ferroptosis is a form of regulated cell death characterised by lipid peroxidation as the terminal endpoint and a requirement for iron. Although it protects against cancer and infection, ferroptosis is also implicated in causing neuronal death in degenerative diseases of the central nervous system (CNS). The precise role for ferroptosis in causing neuronal death is yet to be fully resolved. Methods To elucidate the role of ferroptosis in neuronal death we utilised co-culture and conditioned medium transfer experiments involving microglia, astrocytes and neurones. We ratified clinical significance of our cell culture findings via assessment of human CNS tissue from cases of the fatal, paralysing neurodegenerative condition of amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Finally, we utilised the SOD1 G37R mouse model of ALS and a novel CNS-permeant ferroptosis inhibitor to verify pharmacological significance in vivo . Results We found that sublethal ferroptotic stress selectively affecting microglia triggers an inflammatory cascade that results in non-cell autonomous neuronal death. Central to this cascade is the conversion of astrocytes to a neurotoxic state. We show that spinal cord tissue from cases of ALS exhibits a signature of ferroptosis that encompasses atomic, molecular and biochemical features. Moreover, a molecular correlation between ferroptosis and neurotoxic astrocytes evident in ALS-affected spinal cord is recapitulated in the SOD1 G37R mouse model where treatment with the novel, CNS-permeant ferroptosis inhibitor, Cu II (atsm), ameliorated these markers and was neuroprotective. Conclusions By showing that microglia responding to sublethal ferroptotic stress culminates in non-cell autonomous neuronal death, our results implicate microglial ferroptotic stress as a rectifiable cause of neuronal death in neurodegenerative disease. As ferroptosis is currently primarily regarded as an intrinsic cell death phenomenon, these results introduce an entirely new pathophysiological role for ferroptosis in disease.

Abstract Arginine methylation is a protein posttranslational modification important for the development of skeletal muscle mass and function. Despite this, our understanding of the regulation of arginine methylation under settings of health and disease remains largely undefined. Here, we investigated the regulation of arginine methylation in skeletal muscles in response to exercise and hypertrophic growth, and in diseases involving metabolic dysfunction and atrophy. We report a limited regulation of arginine methylation under physiological settings that promote muscle health, such as during growth and acute exercise, nor in disease models of insulin resistance. In contrast, we saw a significant remodeling of asymmetric dimethylation in models of atrophy characterized by the loss of innervation, including in muscle biopsies from patients with myotrophic lateral sclerosis (ALS). Mass spectrometry‐based quantification of the proteome and asymmetric arginine dimethylome of skeletal muscle from individuals with ALS revealed the largest compendium of protein changes with the identification of 793 regulated proteins, and novel site‐specific changes in asymmetric dimethyl arginine (aDMA) of key sarcomeric and cytoskeletal proteins. Finally, we show that in vivo overexpression of PRMT1 and aDMA resulted in increased fatigue resistance and functional recovery in mice. Our study provides evidence for asymmetric dimethylation as a regulator of muscle pathophysiology and presents a valuable proteomics resource and rationale for numerous methylated and nonmethylated proteins, including PRMT1, to be pursued for therapeutic development in ALS.

Abstract Improving muscle function has great potential to improve the quality of life. To identify novel regulators of skeletal muscle metabolism and function, we performed a proteomic analysis of gastrocnemius muscle from 73 genetically distinct inbred mouse strains, and integrated the data with genomics and >300 molecular/phenotypic traits via quantitative trait loci mapping and correlation network analysis. These data identified thousands of associations between protein abundance and phenotypes and can be accessed online ( https://muscle.coffeeprot.com/ ) to identify regulators of muscle function. We used this resource to prioritize targets for a functional genomic screen in human bioengineered skeletal muscle. This identified several negative regulators of muscle function including UFC1, an E2 ligase for protein UFMylation. We show UFMylation is up-regulated in a mouse model of amyotrophic lateral sclerosis, a disease that involves muscle atrophy. Furthermore, in vivo knockdown of UFMylation increased contraction force, implicating its role as a negative regulator of skeletal muscle function.

Objective : The copper compound CuII(atsm) is in phase 2/3 testing for treatment of the neurodegenerative disease amyotrophic lateral sclerosis (ALS). CuII(atsm) consistently and reproducibly ameliorates neurodegeneration in mutant SOD1 mouse models of ALS where its neuroprotective activity has been ascribed in part to improving availability of copper to essential cuproenzymes. However, SOD1 mutations cause only ~2% of ALS cases with most cases being of unknown aetiology. Therapeutic pertinence of CuII(atsm) to sporadic ALS is therefore unclear. Methods : We assayed post-mortem spinal cord tissue from sporadic cases of ALS for the anatomical and biochemical distribution of copper, the expression of genes involved in copper handling, and the activities of cuproenzymes. Results : The natural distribution of copper is disrupted in sporadic ALS. The ALS-affected tissue has a molecular signature consistent with an unsatiated requirement for copper and cuproenzyme activity is affected. Copper levels are decreased in the ventral grey matter, the primary anatomical site of neuronal loss in ALS. Interpretation : Mice expressing mutant SOD1 recapitulate salient features of ALS. The unsatiated requirement for copper that is evident in these mice is a biochemical target for CuII(atsm). Evidences provided here for disrupted copper bioavailability in human cases of sporadic ALS indicate that a therapeutic mechanism for CuII(atsm) involving copper bioavailability is pertinent to sporadic cases of ALS, and not just those involving mutant SOD1.### Competing Interest StatementCollaborative Medicinal Development LLC has licensed intellectual property related to this subject from the University of Melbourne where the inventors include ARW and PSD. AIB is a shareholder in Alterity Ltd, Cogstate Ltd, Brighton Biotech LLC, Grunbiotics Pty Ltd, Eucalyptus Pty Ltd, and Mesoblast Ltd. He is a paid consultant for Collaborative Medicinal Development LLC and has a profit share interest in Collaborative Medicinal Development Pty Ltd. PJC and JSB are unpaid consultants for Collaborative Medicinal Development LLC.

Arginine methylation is a protein post-translational modification important for the development of skeletal muscle mass and function. Despite this, our understanding of the regulation of arginine methylation under settings of health and disease remains largely undefined. Here, we investigated the regulation of arginine methylation in skeletal muscles in response to exercise and hypertrophic growth, and in diseases involving metabolic dysfunction and atrophy. We report a limited regulation of arginine methylation under physiological settings that promote muscle health, such as during growth and acute exercise, nor in disease models of insulin resistance. In contrast, we saw a significant remodeling of asymmetric dimethylation in models of atrophy characterized by the loss of innervation, including in muscle biopsies from patients with amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Mass spectrometry-based quantification of the proteome and asymmetric arginine dimethylome of skeletal muscle from individuals with ALS revealed the largest compendium of protein changes with the identification of 793 regulated proteins, and novel site-specific changes in asymmetric dimethyl arginine (aDMA) of key sarcomeric and cytoskeletal proteins. Finally, we show that in vivo overexpression of PRMT1 and aDMA resulted in increased fatigue resistance and functional recovery in mice. Our study provides evidence for asymmetric dimethylation as a regulator of muscle pathophysiology, and we present a valuable proteomics resource and rationale for numerous methylated and non-methylated proteins, including PRMT1, to be pursued for therapeutic development in ALS.