Huntington disease (HD) is a fatal neurodegenerative disorder caused by an expanded CAG repeat in the huntingtin (HTT) gene. The typical motor symptoms have been associated with basal ganglia pathology. However, psychiatric and cognitive symptoms often precede the motor component and may be due to changes in the limbic system. Recent work has indicated pathology in the hypothalamus in HD but other parts of the limbic system have not been extensively studied. Emerging evidence suggests that changes in HD also include white matter pathology. Here we investigated if the main white matter tract of the limbic system, the fornix, is affected in HD. We demonstrate that the fornix is 34% smaller already in prodromal HD and 41% smaller in manifest HD compared to controls using volumetric analyses of MRI of the IMAGE-HD study. In post-mortem fornix tissue from HD cases, we confirm the smaller fornix volume in HD which is accompanied by signs of myelin breakdown and reduced levels of the transcription factor myelin regulating factor but detect no loss of oligodendrocytes. Further analyses using RNA-sequencing demonstrate downregulation of oligodendrocyte identity markers in the fornix of HD cases. Analysis of differentially expressed genes based on transcription-factor/target-gene interactions also revealed enrichment for binding sites of SUZ12 and EZH2, components of the Polycomb Repressive Complex 2, as well as RE1 Regulation Transcription Factor. Taken together, our data show that there is early white matter pathology of the fornix in the limbic system in HD likely due to a combination of reduction in oligodendrocyte genes and myelin break down.

ABSTRACT Structural and molecular myelination deficits represent early pathological features of Huntington disease (HD). Recent evidence from germ-free (GF) animals suggests a role for microbiota-gut-brain bidirectional communication in the regulation of myelination. In this study, we aimed to investigate the impact of microbiota on myelin plasticity and oligodendroglial population dynamics in the mixed-sex BACHD mouse model of HD. Ultrastructural analysis of myelin in the corpus callosum revealed alterations of myelin thickness in BACHD GF compared to specific-pathogen free (SPF) mice, whereas no differences were observed between wild-type (WT) groups. In contrast, myelin compaction was altered in all groups when compared to WT SPF animals. Levels of myelin-related proteins were generally reduced, and the number of mature oligodendrocytes was decreased in the prefrontal cortex under GF compared to SPF conditions, regardless of genotype. Minor differences in commensal bacteria at the family and genera levels were found in the gut microbiota of BACHD and WT animals housed in standard living conditions. Our findings indicate complex effects of a germ-free status on myelin-related characteristics, and highlight the adaptive properties of myelination as a result of environmental manipulation.

ABSTRACT Ermin is an actin-binding protein found almost exclusively in the central nervous system (CNS) as a component of myelin sheaths. Although Ermin has been predicted to play a role in the formation and stability of myelin sheaths, this has not been directly examined in vivo . Here we show that Ermin is essential for myelin sheath integrity and normal saltatory conduction. Loss of Ermin in mice caused de-compacted and fragmented myelin sheaths and led to slower conduction along with progressive neurological deficits. RNA sequencing of the corpus callosum, the largest white matter structure in the CNS, pointed to inflammatory activation in aged Ermin-deficient mice, which was corroborated by increased levels of microgliosis and astrogliosis. The inflammatory milieu and myelin abnormalities were further associated with increased susceptibility to immune-mediated demyelination insult in Ermin knockout mice. Supporting a possible role of Ermin deficiency in inflammatory white matter disorders, a rare inactivating mutation in the ERMN gene was identified in multiple sclerosis patients. Our findings demonstrate a critical role for Ermin in maintaining myelin integrity. Given its near exclusive expression in myelinating oligodendrocytes, Ermin deficiency represents a compelling “inside-out” model of inflammatory dysmyelination and may offer a new paradigm for the development of myelin stability-targeted therapies.

Abstract Huntingtin protein, mutated in Huntington disease, is implicated in nucleic acid- mediated processes, yet evidence for direct huntingtin-nucleic acid interaction is limited. Here we show wildtype and mutant huntingtin co-purify with nucleic acids, primarily RNA, and interact directly with G-rich RNAs in in vitro assays. Huntingtin RNA immunoprecipitation sequencing from patient-derived fibroblasts and neuronal progenitor cells expressing wildtype and mutant huntingtin revealed NEAT1 as a significantly enriched transcript. Altered NEAT1 levels were evident in Huntington’s disease cells and postmortem brain tissues, and huntingtin knockdown decreased NEAT1 levels. Huntingtin co-localized with NEAT1 in paraspeckles, and we identified a high-affinity RNA motif preferred by huntingtin. This study highlights NEAT1 as a novel huntingtin interactor, demonstrating huntingtin’s involvement in RNA-mediated functions and paraspeckle regulation. One-Sentence Summary HTT is an RNA-binding protein that interacts with G-rich sequences, including those in the paraspeckle lncRNA NEAT1.

Huntingtin protein, mutated in Huntington’s disease, is implicated in nucleic acid–mediated processes, yet the evidence for direct huntingtin–nucleic acid interaction is limited. Here, we show wild-type and mutant huntingtin copurify with nucleic acids, primarily RNA, and interact directly with G-rich RNAs in in vitro assays. Huntingtin RNA-immunoprecipitation sequencing from patient-derived fibroblasts and neuronal progenitor cells expressing wild-type and mutant huntingtin revealed long noncoding RNA NEAT1 as a significantly enriched transcript. Altered NEAT1 levels were evident in Huntington’s disease cells and postmortem brain tissues, and huntingtin knockdown decreased NEAT1 levels. Huntingtin colocalized with NEAT1 in paraspeckles, and we identified a high-affinity RNA motif preferred by huntingtin. This study highlights NEAT1 as a huntingtin interactor, demonstrating huntingtin’s involvement in RNA-mediated functions and paraspeckle regulation.

Abstract Expansion of the CAG trinucleotide repeat tract in exon 1 of the Huntingtin ( HTT ) gene above a threshold of ∼36 repeats causes Huntington’s disease (HD) through the expression of a polyglutamine-expanded form of the HTT protein. This mutation triggers wide-ranging cellular and biochemical pathologies leading to cognitive, motor, and psychiatric symptoms in HD patients. As accurate splicing is required to produce the full-length HTT protein of ∼348 kDa, targeting HTT splicing with small molecule drugs is a compelling approach to lower HTT protein levels to treat HD, and splice modulators are being tested in the clinic. Here, we identify PRMT5 as a novel regulator of HTT mRNA splicing and alternative polyadenylation. PRMT5 inhibition disrupts the splicing of HTT introns 9 and 10, leading to activation of multiple proximal intronic polyadenylation sites within these introns and promoting premature termination, cleavage and polyadenylation (PCPA) of the HTT mRNA, thus lowering total HTT protein levels. We also detected increasing levels of these truncated, intron-containing HTT transcripts across a series of neuronal differentiation samples which correlated with lower PRMT5 expression. Notably, PRMT5 inhibition in glioblastoma (GBM) stem cells potently induced neuronal differentiation. We posit that PRMT5-mediated regulation of intronic polyadenylation, premature termination and cleavage of the HTT mRNA modulates HTT expression and plays an important role during embryonic development and neuronal differentiation.