Abstract Alzheimer’s disease (AD) is characterized by deposition of pathological amyloid-β (Aβ) and tau protein aggregates and involves chronic neuroinflammation, ultimately leading to neurodegeneration and cognitive decline. Central in AD-related neuroinflammation is the proinflammatory interleukin-12 (IL-12)/IL-23 signaling pathway whose inhibition has been shown to attenuate pathology and cognitive defects in AD-like mice. In order to explore which cell types are involved in this neuroinflammatory cascade, we used single-nuclei RNA sequencing in AD-like APPPS1 mice lacking or harboring IL-12/IL-23 signaling. We found Il12b transcripts encoding the common p40 subunit of IL-12/IL-23 signaling to be expressed preferentially, but not exclusively, in microglia in an AD-specific manner. In contrast, transcripts for the other subunits of the IL-12 signaling pathway were expressed constitutively in neurons and oligodendrocytes irrespective of AD pathology, while transcripts for IL-23 were almost undetectable. Notably, genetic ablation of IL-12/IL-23 signaling did not affect the inflammatory gene expression profile of the AD-specific disease associated microglia (DAM), but reversed the loss of mature myelin-producing oligodendrocytes and alterations in neuronal homeostasis in APPPS1 mice. Taken together, our results reveal that IL-12, but not IL-23 is the main driver of AD-specific IL-12/IL-23 neuroinflammation, which alters neuronal and oligodendrocyte functions. Given that drugs targeting IL-12 already exist, our data may foster first clinical trials in AD subjects using this novel neuroimmune target.

Abstract Interleukin-12 (IL-12) is a potent driver of type 1 immunity. Paradoxically, in autoimmune conditions, including of the CNS, IL-12 reduces inflammation. The underlying mechanism behind these opposing properties and the involved cellular players remain elusive. Here we map IL-12 receptor (IL-12R) expression to NK and T cells as well as neurons and oligodendrocytes. Conditionally ablating the IL-12R across these cell types in adult mice and assessing their susceptibility to experimental autoimmune encephalomyelitis revealed that the neuroprotective role of IL-12 is mediated by neuroectoderm-derived cells, specifically neurons, and not immune cells. In human brain tissue from donors with multiple sclerosis, we observe an IL-12R distribution comparable to mice, suggesting similar mechanisms in mice and humans. Combining flow cytometry, bulk and single-nucleus RNA sequencing, we reveal an IL-12-induced neuroprotective tissue adaption preventing early neurodegeneration and sustaining trophic factor release during neuroinflammation, thereby maintaining CNS integrity in mice.

Abstract IL-12 is a well-established driver of type 1 immune responses. Paradoxically, in several autoimmune conditions including neuroinflammation, IL-12 reduces pathology and exhibits regulatory properties. Yet, the mechanism and the involved cellular players behind this immune regulation remain elusive. To identify the IL-12-responsive elements which prevent immunopathology, we generated mouse models lacking a functional IL-12 receptor either in all cells or in specific populations within the immune or central nervous system (CNS) compartments, and induced experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), which models human Multiple Sclerosis (MS). This revealed that the CNS tissue-protective features of IL-12 are mediated by cells of the neuroectoderm, and not immune cells. Importantly, sections of brain from patients with MS show comparable patterns of expression, indicating parallel mechanisms in humans. By combining spectral flow cytometry, bulk and single-nucleus RNA sequencing, we uncovered an IL-12-induced neuroprotective adaption of the neuroectoderm critically involved in maintaining CNS tissue integrity during inflammation.

Regulatory T (Treg) cells are critical for maintaining peripheral tolerance and preventing autoimmunity. Treg cell depletion or dysfunction rapidly results in fatal multiorgan inflammation linked to unrestrained effector T cell expansion, but the cytokine network underlying immunopathology, and its direct cellular mediators, remain elusive. Here, we combined gene targeting, fate-mapping tools, and high-dimensional cytometry to identify the T helper (TH) cell-derived cytokines and responding cells that execute inflammatory tissue damage upon global loss of peripheral tolerance in mice. We found that TH cell-derived GM-CSF, but not IL-17A, directed the ensuing immunopathology and thereby mortality through recruitment of tissue-invading phagocytes and granulocytes, and enhancement of their reactive oxygen species production and phagocytic proficiency. Our study highlights the critical role of Treg cells in controlling GM-CSF-producing TH cells and type 1-responses to restrain phagocyte-mediated tissue destruction and provides a framework for the use of anti-GM-CSF therapies in patients with chronic inflammatory disorders.