Given that exercise training reduces the risk of developing Alzheimer's disease (AD), induces changes in the blood composition and has widespread systemic benefits, it is reasonable to hypothesise that exercised plasma (ExPlas) may have rejuvenative properties. The main objective is to test safety and tolerability of transfusing ExPlas from young, healthy, fit adults to patients with mild cognitive impairment (MCI) or early AD. The study is a pilot for a future efficacy study. The key secondary objectives are examining the effect of plasma transfusions on cognitive function, fitness level, vascular risk profile, assessment of cerebral blood flow and hippocampal volume, quality of life, functional connectivity assessed by resting state functional MRI and biomarkers in blood and cerebrospinal fluid.ExPlas is a double-blinded, randomised controlled clinical single-centre trial. Patients up to 75 years of age with diagnosis early symptomatic phase AD will be recruited from two Norwegian hospitals. ExPlas is plasma drawn by plasmapheresis once a month for 4 months, from a total of 30 fit male donors (aged 18-40, BMI≤27 kg/m2 and maximal oxygen uptake>55 mL/kg/min). All units will be virus inactivated by the Intercept method in accordance with procedures at St. Olavs University Hospital. Comparison with isotonic saline allows differentiation from a non-blood product. The main study consists of 6 rounds of examinations in addition to 12 plasma transfusions divided over three 4-week periods during study year-1. It is also planned to conduct follow-up examinations 2 and 5 years after baseline ETHICS AND DISSEMINATION: Written informed consent will be obtained from all participants and participation is voluntary. All participants have a next of kin who will follow them throughout the study to represent the patient's interest. The study is approved by the Regional Committee for Medical and Health Research Ethics (REK 2018/702) and the Norwegian Medicines Agency (EudraCT No. 2018-000148-24). The study will be published in an open access journal and results will be presented at numerous national and international meetings as well as on social media platforms.EudraCT No. 2018-000148-24.gov, NCT05068830.

Abstract Oxidative DNA damage in the brain has been implicated in neurodegeneration and cognitive decline. DNA glycosylases initiate base excision repair (BER), the main pathway for oxidative DNA base lesion repair. NEIL1 and NEIL3 DNA glycosylases alter cognition in mice, the role of NEIL2 remains unclear. Here, we investigate the impact of NEIL2 and its potential overlap with NEIL1 on behavior in single and double knock-out mouse models. Neil1 -/- Neil2 -/- mice displayed hyperactivity, reduced anxiety and improved learning. Hippocampal oxidative DNA base lesion levels were comparable between genotypes, no mutator phenotype was found. Impaired canonical repair was thus not the cause of altered behavior. Electrophysiology indicated reduced stratum oriens afferents in the hippocampal CA1 region in Neil1 -/- Neil2 -/- . Within CA1, NEIL1 and NEIL2 jointly regulated transcription in genes relevant for synaptic function. Thus, we postulate a cooperative function of NEIL1 and NEIL2 in genome regulation beyond canonical BER modulating memory formation and anxiety.

ABSTRACT 8-oxo-7,8-dihydroguanine (OG) is one of the most abundant oxidative lesions in the genome and associated with genome instability. Its mutagenic potential is counteracted by a concerted action of 8-oxoguanine DNA glycosylase (OGG1) and mutY homolog DNA glycosylase (MUTYH). It has been suggested that OG and its repair has epigenetic-like properties and mediates transcription, but genome-wide evidence of this interdependence is lacking. Here, we applied an improved OG-sequencing approach reducing artificial background oxidation and RNA-sequencing to correlate genome-wide distribution of OG with gene transcription in OGG1 and/or MUTYH-deficient cells. Our data identified moderate enrichment of OG in the genome that is mainly dependent on the genomic context and not affected by DNA glycosylase-initiated repair. Interestingly, no association was found between genomic OG deposition and gene expression changes upon loss of OGG1 and MUTYH. Regardless of DNA glycosylase activity, OG in promoter regions correlated with expression of genes related to metabolic processes and damage response pathways indicating that OG functions as a cellular stress sensor to regulate transcription. Our work provides novel insights into the mechanism underlying transcriptional regulation by OG and DNA glycosylases OGG1 and MUTYH and suggests that oxidative DNA damage accumulation and its repair utilize different pathways.

ABSTRACT Oxidative stress generating DNA damage has been shown to be a key characteristic in Alzheimer’s disease (AD). However, how it affects the pathogenesis of AD is not yet fully understood. Neil3 is a DNA glycosylase initiating repair of oxidative DNA base lesions and with a distinct expression pattern in proliferating cells. In brain, its function has been linked to hippocampal-dependent memory and to induction of neurogenesis after stroke and in prion disease. Here, we generated a novel AD mouse model deficient for Neil3 to study the impact of impaired oxidative base lesion repair on the pathogenesis of AD. Our results demonstrate an age-dependent decrease in amyloid-β (Aβ) plaque deposition in female Neil3-deficient AD mice, whereas no significant difference was observed in male mice. Furthermore, male but not female Neil3-deficient AD mice show reduced neural stem cell proliferation in the adult hippocampus and impaired working memory compared to controls. These effects seem to be independent of DNA repair as both sexes show increased level of oxidative base lesions in the hippocampus upon loss of Neil3. Thus, our findings suggest an age- and sex-dependent role of Neil3 in the progression of AD by altering cerebral Aβ accumulation and promoting adult hippocampal neurogenesis to maintain cognitive function.

Base excision repair (BER) initiated by DNA glycosylases is known to preserve genomic integrity by removing damaged bases. Recently, several DNA glycosylases were identified as potential readers of epigenetic modifications and proteins involved in BER have been associated with active DNA demethylation. DNA glycosylases Ogg1 and Mutyh were shown to alter the hippocampal transcriptome associated with cognitive function and independent of global DNA damage accumulation. However, the mechanism of DNA glycosylases in regulating cognition and their role in epigenetic remodeling in the brain remains elusive. Here we report that the combined deficiency of Ogg1 and Mutyh impairs spatial but not associative long-term memory. We demonstrate that Ogg1 or Mutyh modulate DNA methylation at gene regulatory regions of polycomb repressive complex 2 (PRC2) target genes in the adult hippocampus. Moreover, we find that the distribution of the PRC2 complex and histone modifications associated with PRC2 activity changes in both hippocampal neurons and glia depend on Ogg1 and Mutyh. Epigenetic alterations correlated with cell-type specific gene expression changes which were associated with pathways important for neuronal function and cognition. Our results provide a novel role for Ogg1 and Mutyh beyond DNA repair in modulating the epigenome to control transcriptional responses in the brain important for memory formation.

8-oxo-7,8-dihydroguanine (OG) is one of the most abundant oxidative lesions in the genome and is associated with genome instability. Its mutagenic potential is counteracted by a concerted action of 8-oxoguanine DNA glycosylase (OGG1) and mutY homolog DNA glycosylase (MUTYH). It has been suggested that OG and its repair has epigenetic-like properties and mediates transcription, but genome-wide evidence of this interdependence is lacking. Here, we applied an improved OG-sequencing approach reducing artificial background oxidation and RNA-sequencing to correlate genome-wide distribution of OG with gene transcription in OGG1 and/or MUTYH-deficient cells. Our data identified moderate enrichment of OG in the genome that is mainly dependent on the genomic context and not affected by DNA glycosylase-initiated repair. Interestingly, no association was found between genomic OG deposition and gene expression changes upon loss of OGG1 and MUTYH. Regardless of DNA glycosylase activity, OG in promoter regions correlated with expression of genes related to metabolic processes and damage response pathways indicating that OG functions as a cellular stress sensor to regulate transcription. Our work provides novel insights into the mechanism underlying transcriptional regulation by OG and DNA glycosylases OGG1 and MUTYH and suggests that oxidative DNA damage accumulation and its repair utilize different pathways.