Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) regulates neuronal development and function. However, it has been difficult to discern its role in the adult brain in influencing complex behavior. Here, we use a recently developed inducible knockout system to show that deleting BDNF in broad forebrain regions of adult mice impairs hippocampal-dependent learning and long-term potentiation. We use the inducible nature of this system to show that the loss of BDNF during earlier stages of development causes hyperactivity and more pronounced hippocampal-dependent learning deficits. We also demonstrate that the loss of forebrain BDNF attenuates the actions of desipramine, an antidepressant, in the forced swim test, suggesting the involvement of BDNF in antidepressant efficacy. These results establish roles for BDNF in the adult, and demonstrate the strength of this inducible knockout system in studying gene function in the adult brain.

The identification of NOX4 as a major source of oxidative stress in stroke and demonstration of dramatic protection after stroke in mice by NOX4 deletion or NOX inhibition, opens up new avenues for treatment.

Abstract We have recently identified T cells as important mediators of ischemic brain damage, but the contribution of the different T-cell subsets is unclear. Forkhead box P3 (FoxP3)–positive regulatory T cells (Tregs) are generally regarded as prototypic anti-inflammatory cells that maintain immune tolerance and counteract tissue damage in a variety of immune-mediated disorders. In the present study, we examined the role of Tregs after experimental brain ischemia/reperfusion injury. Selective depletion of Tregs in the DEREG mouse model dramatically reduced infarct size and improved neurologic function 24 hours after stroke and this protective effect was preserved at later stages of infarct development. The specificity of this detrimental Treg effect was confirmed by adoptive transfer experiments in wild-type mice and in Rag1−/− mice lacking lymphocytes. Mechanistically, Tregs induced microvascular dysfunction in vivo by increased interaction with the ischemic brain endothelium via the LFA-1/ICAM-1 pathway and platelets and these findings were confirmed in vitro. Ablation of Tregs reduced microvascular thrombus formation and improved cerebral reperfusion on stroke, as revealed by ultra-high-field magnetic resonance imaging at 17.6 Tesla. In contrast, established immunoregulatory characteristics of Tregs had no functional relevance. We define herein a novel and unexpected role of Tregs in a primary nonimmunologic disease state.

Abstract Cerebrospinal fluid (CSF) protects the central nervous system (CNS) and analyzing CSF aids the diagnosis of CNS diseases, but our understanding of CSF leukocytes remains superficial. Here, using single cell transcriptomics, we identify a specific location-associated composition and transcriptome of CSF leukocytes. Multiple sclerosis (MS) – an autoimmune disease of the CNS – increases transcriptional diversity in blood, but increases cell type diversity in CSF including a higher abundance of cytotoxic phenotype T helper cells. An analytical approach, named cell set enrichment analysis (CSEA) identifies a cluster-independent increase of follicular (TFH) cells potentially driving the known expansion of B lineage cells in the CSF in MS. In mice, TFH cells accordingly promote B cell infiltration into the CNS and the severity of MS animal models. Immune mechanisms in MS are thus highly compartmentalized and indicate ongoing local T/B cell interaction.

Background Although several disease-modifying treatments are available for relapsing multiple sclerosis, treatment effects have been more modest in progressive multiple sclerosis and have been observed particularly in actively relapsing subgroups or those with lesion activity on imaging. We sought to assess whether natalizumab slows disease progression in secondary progressive multiple sclerosis, independent of relapses. Methods ASCEND was a phase 3, randomised, double-blind, placebo-controlled trial (part 1) with an optional 2 year open-label extension (part 2). Enrolled patients aged 18–58 years were natalizumab-naive and had secondary progressive multiple sclerosis for 2 years or more, disability progression unrelated to relapses in the previous year, and Expanded Disability Status Scale (EDSS) scores of 3·0–6·5. In part 1, patients from 163 sites in 17 countries were randomly assigned (1:1) to receive 300 mg intravenous natalizumab or placebo every 4 weeks for 2 years. Patients were stratified by site and by EDSS score (3·0–5·5 vs 6·0–6·5). Patients completing part 1 could enrol in part 2, in which all patients received natalizumab every 4 weeks until the end of the study. Throughout both parts, patients and staff were masked to the treatment received in part 1. The primary outcome in part 1 was the proportion of patients with sustained disability progression, assessed by one or more of three measures: the EDSS, Timed 25-Foot Walk (T25FW), and 9-Hole Peg Test (9HPT). The primary outcome in part 2 was the incidence of adverse events and serious adverse events. Efficacy and safety analyses were done in the intention-to-treat population. This trial is registered with ClinicalTrials.gov, number NCT01416181. Findings Between Sept 13, 2011, and July 16, 2015, 889 patients were randomly assigned (n=440 to the natalizumab group, n=449 to the placebo group). In part 1, 195 (44%) of 439 natalizumab-treated patients and 214 (48%) of 448 placebo-treated patients had confirmed disability progression (odds ratio [OR] 0·86; 95% CI 0·66–1·13; p=0·287). No treatment effect was observed on the EDSS (OR 1·06, 95% CI 0·74–1·53; nominal p=0·753) or the T25FW (0·98, 0·74–1·30; nominal p=0·914) components of the primary outcome. However, natalizumab treatment reduced 9HPT progression (OR 0·56, 95% CI 0·40–0·80; nominal p=0·001). In part 1, 100 (22%) placebo-treated and 90 (20%) natalizumab-treated patients had serious adverse events. In part 2, 291 natalizumab-continuing patients and 274 natalizumab-naive patients received natalizumab (median follow-up 160 weeks [range 108–221]). Serious adverse events occurred in 39 (13%) patients continuing natalizumab and in 24 (9%) patients initiating natalizumab. Two deaths occurred in part 1, neither of which was considered related to study treatment. No progressive multifocal leukoencephalopathy occurred. Interpretation Natalizumab treatment for secondary progressive multiple sclerosis did not reduce progression on the primary multicomponent disability endpoint in part 1, but it did reduce progression on its upper-limb component. Longer-term trials are needed to assess whether treatment of secondary progressive multiple sclerosis might produce benefits on additional disability components. Funding Biogen.

Abstract CRISPR/Cas9 mediated homology-directed DNA repair is the method of choice for precise gene editing in a wide range of model organisms, including mouse and human. Broad use by the biomedical community refined the method, making it more efficient and sequence specific. Nevertheless, the rapidly evolving technique still contains pitfalls. During the generation of six different conditional knock-out mouse models, we discovered that frequently (sometimes solely) homology-directed repair and/or non-homologous end-joining mechanisms caused multiple unwanted head-to-tail insertions of donor DNA templates. Disturbingly, conventionally applied PCR analysis—in most cases—failed to identify such multiple integration events, which led to a high rate of falsely claimed precisely edited alleles. We caution that comprehensive analysis of modified alleles is essential, and offer practical solutions to correctly identify precisely edited chromosomes.

Abstract The 2019 German Digital Healthcare Act introduced the Digital Health Application program, known in German as ‘Digitale Gesundheitsanwendungen’ (DiGA). The program has established a pioneering model for integrating Digital Therapeutics (DTx) into a healthcare system with scalable and effective reimbursement strategies. To date, the continuous upward trend enabled by this framework has resulted in more than 374,000 DiGA prescriptions, increasingly cementing its role in the German healthcare system. This perspective provides a synthesis of the DiGA program’s evolution since its inception three years ago, highlighting trends regarding prescriptions and pricing as well as criticisms and identified shortcomings. It further discusses forthcoming legislative amendments, including the anticipated integration of higher-risk medical devices, which have the potential to significantly transform the program. Despite encountering challenges related to effectiveness, evidence requirements, and integration within the healthcare system, the DiGA program continues to evolve and serves as a seminal example for the integration of DTx, offering valuable insights for healthcare systems globally.

Abstract Chronic arterial hypertension causes cerebral microvascular dysfunction and doubles dementia risk in aging. However, cognitive health preservation by therapeutic blood pressure lowering alone is limited and depends on disease duration, the degree of irreversible tissue damage and whether microvascular function can be restored. This study aimed to understand molecular and cellular temporo-spatial pathomechanisms in the course of hypertension. We investigated the effects of initial, early chronic and late chronic hypertension in the frontal brain of rats by applying behavioral tests, histopathology, immunofluorescence, FACS, microvascular/neural tissue RNA sequencing as well as 18 F-FDG PET imaging. Chronic hypertension caused frontal brain-specific behavioral deficits. Our results highlight stage-dependent responses to continuous microvascular stress and wounding by hypertension. Early responses included a fast recruitment of activated microglia to the blood vessels, immigration of peripheral immune cells, blood-brain-barrier leakage and an energy-demanding hypermetabolic state. Vascular adaptation mechanisms were observed in later stages and included angiogenesis and vessel wall strengthening by upregulation of cellular adhesion molecules and extracellular matrix. Additionally, we identified late chronic accumulation of Igfbp-5 in the brains of hypertensive rats, which is also a signature of Alzheimer’s dementia and attenuates protective Igf-1 signaling. Our study advances the knowledge of involved pathomechanisms and highlights the stage-dependent nature of hypertensive pathobiology. This groundwork might be helpful for basic and clinical research to identify stage-dependent markers in the human disease course, investigate stage-dependent interventions besides blood pressure lowering and better understand the relationship between poor vascular health and neurodegenerative diseases.

The human genome contains numerous structurally-variable polymorphic loci, including several hundred disease-associated genes, almost inaccessible for accurate variant calling. Here we present Locityper, a tool capable of genotyping such challenging genes using short and long-read whole genome sequencing. For each target, Locityper recruits and aligns reads to locus haplotypes, for instance extracted from a pangenome, and finds the likeliest haplotype pair by optimizing read alignment, insert size and read depth profiles. Locityper accurately genotypes up to 194 of 256 challenging medically relevant loci (95% haplotypes at QV33), an 8.8-fold gain compared to 22 genes achieved with standard variant calling pipelines. Furthermore, Locityper provides access to hyperpolymorphic HLA genes and other gene families, including KIR, MUC and FCGR. With its low running time of 1h10m per sample at 8 threads, Locityper is scalable to biobank-sized cohorts, enabling association studies for previously intractable disease-relevant genes.

Abstract Anti-Leucine-rich glioma inactivated-1 (LGI1) and anti-contactin-associated-protein-2 (CASPR2) associated autoimmune encephalitis (AIE) variants are characterized by directly pathogenic autoantibodies present in serum and CSF. The dynamics and drivers of intrathecal and systemic autoantibody production are incompletely understood. We aimed to elucidate the immunologic basis of the LGI1-/CASPR2-associated AIE variants by performing multi-omic profiling of CSF/blood in untreated patients. We validated findings by flow cytometry in independent cohorts and confirmed functionality using rodent immunization. We identified clonal IgG2 and IgG4 plasma cell expansion and affinity maturation in the CSF together with clonally restricted, activated, antigen-experienced CD8 and CD4 T cells as a hallmark of these encephalitis variants. Using recombinant cloning, we confirmed that expanded CSF plasma cell clones almost exclusively bound the respective neuronal autoantigen. In addition, we found a loss of regulatory mucosa-associated invariant T (MAIT) cells and gamma delta T cells in the CSF and – to a lesser degree – in blood. We validated the functional role of these invariant T cells using a novel murine active immunization paradigm using both autoantigens: MAIT cells suppressed systemic formation of LGI1 and CASPR2-specific anti-neuronal antibodies. We propose that loss of systemic and intrathecal regulatory mechanisms mediated by innate-like T cells promote plasma cell expansion and autoantibody production as a shared mechanism in AIE. One sentence summary Cerebrospinal fluid (CSF) and peripheral blood (PB) single cell transcriptomics of patients with untreated anti-LGI1 and anti-CASPR2 autoimmune encephalitis demonstrated CSF specific expansion of autoantigen-specific plasma cell clones and systemic loss of invariant mucosa-associated T-cells (MAIT).