Microglia are brain-resident macrophages that contribute to central nervous system (CNS) development, maturation, and preservation. Here, we examine the consequences of permanent microglial deficiencies on brain aging using the Csf1r

Microglia replacement strategies are increasingly being considered for the treatment of primary microgliopathies like adult-onset leukoencephalopathy with axonal spheroids and pigmented glia (ALSP). However, available mouse models fail to recapitulate the diverse neuropathologies and reduced microglia numbers observed in patients. In this study, we generated a xenotolerant mouse model lacking the fms-intronic regulatory element (FIRE) enhancer within Csf1r, which develops nearly all the hallmark pathologies associated with ALSP. Remarkably, transplantation of human induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived microglial (iMG) progenitors restores a homeostatic microglial signature and prevents the development of axonal spheroids, white matter abnormalities, reactive astrocytosis, and brain calcifications. Furthermore, transplantation of CRISPR-corrected ALSP-patient-derived iMG reverses pre-existing spheroids, astrogliosis, and calcification pathologies. Together with the accompanying study by Munro and colleagues, our results demonstrate the utility of FIRE mice to model ALSP and provide compelling evidence that iMG transplantation could offer a promising new therapeutic strategy for ALSP and perhaps other microglia-associated neurological disorders.

Abstract The membrane protein TREM2 (Triggering Receptor Expressed on Myeloid cells 2) regulates key microglial functions including phagocytosis and chemotaxis. Loss-of-function variants of TREM2 are associated with increased risk of Alzheimer’s disease (AD). Because abnormalities in Ca 2+ signaling have been observed in several AD models, we investigated TREM2 regulation of Ca 2+ signaling in human induced pluripotent stem cell-derived microglia (iPSC-microglia) with genetic deletion of TREM2. We found that iPSC-microglia lacking TREM2 (TREM2 KO) show exaggerated Ca 2+ signals in response to purinergic agonists, such as ADP, that shape microglial injury responses. This ADP hypersensitivity, driven by increased expression of P2Y 12 and P2Y 13 receptors, results in greater release of Ca 2+ from the endoplasmic reticulum (ER) stores, which triggers sustained Ca 2+ influx through Orai channels and alters cell motility in TREM2 KO microglia. Using iPSC-microglia expressing the genetically encoded Ca 2+ probe, Salsa6f, we found that cytosolic Ca 2+ tunes motility to a greater extent in TREM2 KO microglia. Despite showing greater overall displacement, TREM2 KO microglia exhibit reduced directional chemotaxis along ADP gradients. Accordingly, the chemotactic defect in TREM2 KO microglia was rescued by reducing cytosolic Ca 2+ using a P2Y 12 receptor antagonist. Our results show that loss of TREM2 confers a defect in microglial Ca 2+ response to purinergic signals, suggesting a window of Ca 2+ signaling for optimal microglial motility.

The central nervous system (CNS) is constantly surveilled by microglia, highly motile and dynamic cells deputed to act as the first line of immune defense in the brain and spinal cord. Alterations in the homeostasis of the CNS are detected by microglia that respond by extending their processes or – following major injuries – by migrating toward the affected area. Understanding the mechanisms controlling directed cell migration of microglia is crucial to dissect their responses to neuroinflammation and injury. We used a combination of pharmacological and genetic approaches to explore the involvement of calcium (Ca2+) signaling in the directed migration of human induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived microglia challenged with a purinergic stimulus. This approach mimics cues originating from injury of the CNS. Unexpectedly, simultaneous imaging of microglia migration and intracellular Ca2+ changes revealed that this phenomenon does not require Ca2+ signals generated from the endoplasmic reticulum (ER) and store-operated Ca2+ entry (SOCE) pathways. Instead, we find evidence that human microglial chemotaxis to purinergic signals is mediated by cyclic AMP in a Ca2+-independent manner. These results challenge prevailing notions, with important implications in neurological conditions characterized by perturbation in Ca2+ homeostasis.

The central nervous system (CNS) is constantly surveilled by microglia, highly motile and dynamic cells deputed to act as the first line of immune defense in the brain and spinal cord. Alterations in the homeostasis of the CNS are detected by microglia that respond by migrating toward the affected area. Understanding the mechanisms controlling directed cell migration of microglia is crucial to dissect their responses to neuroinflammation and injury. We used a combination of pharmacological and genetic approaches to explore the involvement of calcium (Ca 2+ ) signaling in the directed migration of induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived microglia challenged with a purinergic stimulus. This approach mimics cues originating from injury of the CNS. Unexpectedly, simultaneous imaging of microglia migration and intracellular Ca 2+ changes revealed that this phenomenon does not require Ca 2+ signals generated from the endoplasmic reticulum (ER) and store-operated Ca 2+ entry (SOCE) pathways. Instead, we find evidence that human microglial chemotaxis to purinergic signals is mediated by cyclic AMP in a Ca 2+ -independent manner. These results challenge prevailing notions, with important implications in neurological conditions characterized by perturbation in Ca 2+ homeostasis.

The escalating global healthcare challenge posed by Alzheimer’s Disease (AD) and compounded by the lack of effective treatments emphasizes the urgent need for innovative approaches to combat this devastating disease. Currently, passive and active immunotherapies remain the most promising strategy for AD. FDA-approved lecanemab significantly reduces Aβ aggregates from the brains of early AD patients administered biweekly with this humanized monoclonal antibody. Although the clinical benefits noted in these trials have been modest, researchers have emphasized the importance of preventive immunotherapy. Importantly, data from immunotherapy studies have shown that antibody concentrations in the periphery of vaccinated people should be sufficient for targeting Aβ in the CNS. To generate relatively high concentrations of antibodies in vaccinated people at risk of AD, we generated a universal vaccine platform, MultiTEP, and, based on it, developed a DNA vaccine, AV-1959D, targeting pathological Aβ, completed IND enabling studies, and initiated a Phase I clinical trial with early AD volunteers. Our current pilot study combined our advanced MultiTEP technology with a novel mRNA approach to develop an mRNA vaccine encapsulated in lipid-based nanoparticles (LNPs), AV-1959LR. Here, we report our initial findings on the immunogenicity of 1959LR in mice and non-human primates, comparing it with the immunogenicity of its DNA counterpart, AV-1959D.