The newly identified severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) causes COVID-19, a pandemic respiratory disease. Moreover, thromboembolic events throughout the body, including in the CNS, have been described. Given the neurological symptoms observed in a large majority of individuals with COVID-19, SARS-CoV-2 penetrance of the CNS is likely. By various means, we demonstrate the presence of SARS-CoV-2 RNA and protein in anatomically distinct regions of the nasopharynx and brain. Furthermore, we describe the morphological changes associated with infection such as thromboembolic ischemic infarction of the CNS and present evidence of SARS-CoV-2 neurotropism. SARS-CoV-2 can enter the nervous system by crossing the neural-mucosal interface in olfactory mucosa, exploiting the close vicinity of olfactory mucosal, endothelial and nervous tissue, including delicate olfactory and sensory nerve endings. Subsequently, SARS-CoV-2 appears to follow neuroanatomical structures, penetrating defined neuroanatomical areas including the primary respiratory and cardiovascular control center in the medulla oblongata.

Abstract Human cognitive abilities, and particularly hippocampus-dependent memory performance typically decline with increasing age. Immunosenescence, the age-related disintegration of the immune system, is increasingly coming into the focus of research as a considerable factor contributing to cognitive decline. In the present study, we investigated potential associations between plasma levels of pro- and anti-inflammatory cytokines and learning and memory performance as well as hippocampal anatomy in young and older adults. Plasma concentrations of the inflammation marker CRP as well as the pro-inflammatory cytokines IL-6 and TNF-α and the anti-inflammatory cytokine TGF-β 1 were measured in 142 healthy adults (57 young, 24.47 ± 4.48 years; 85 older, 63.66 ± 7.32 years) who performed tests of explicit memory (Verbal Learning and Memory Test, VLMT; Wechsler Memory Scale, Logical Memory, WMS) with an additional delayed recall test after 24 hours. Hippocampal volumetry and hippocampal subfield segmentation were performed using FreeSurfer, based on T1-weighted and high-resolution T2-weighted MR images. When investigating the relationship between memory performance, hippocampal structure, and plasma cytokine levels, we found that TGF- β 1 concentrations were positively correlated with the volumes of the hippocampal CA4-dentate gyrus region in older adults. These volumes were in turn positively associated with better performance in the WMS, particularly in the delayed memory test. Our results support the notion that endogenous anti-inflammatory mechanisms may act as protective factors in neurocognitive aging.

Abstract Anti-IgLON5 disease is an autoimmunity/neurodegeneration overlap disorder in which autoantibodies (AABs) against the neuronal cell surface protein IgLON5 lead to profound brain dysfunction. Brains of patients show Tau pathology, neuroinflammation, and neurodegeneration in multiple brain regions. Through administering patient-derived α-IgLON5 AABs to mice and cultured neurons, we here deciphered the cellular mechanisms of Tau pathology and neurodegeneration in α-IgLON5 disease, highlighting a central role of neuronal activity modulation in the disease pathology. Pathogenic human α-IgLON5 AABs induced acute neuronal hyperactivity, which triggered Tau changes typically found early in Tau-related neurodegenerative diseases like Alzheimer’s disease (AD). α-IgLON5 AAB-induced Tau phosphorylation and somatodendritic resorting selectively occurred in key hippocampal connections, involving dentate gyrus granule cells, mossy fiber projections and commissural fiber tracts. These changes were accompanied by a Tau-specific neuroinflammatory response, involving the complement pathway, microglial MHC class II proteins, T cell receptors, and deregulation of synaptic activity and cell-cell interactions. These findings provide new insights into the origin of autoimmune-triggered α-IgLON5 disease pathology and highlight that, similar to recent reports in AD patients, neuronal hyperactivity may be a disease-overarching driver of Tau pathology.

Activation of procaspase-8 in the death effector domain (DED) filaments of the death-inducing signaling complex (DISC) is a key step in apoptosis. In this study, a rationally designed cell-penetrating peptide, DEDid, was engineered to mimic the h2b helical region of procaspase-8-DED2 containing a highly conservative FL motif. Furthermore, mutations were introduced into the DEDid binding site of the procaspase-8 type I interface. Additionally, our data suggest that DEDid targets other type I DED interactions such as those of FADD. Both approaches of blocking type I DED interactions inhibited CD95L-induced DISC assembly, caspase activation and apoptosis. We showed that inhibition of procaspase-8 type I interactions by mutations not only diminished procaspase-8 recruitment to the DISC but also destabilized the FADD core of DED filaments. Taken together, this study offers insights to develop strategies to target DED proteins, which may be considered in diseases associated with cell death and inflammation.

Patients with autoantibodies (aAbs) against the contactin-associated protein-like 2 (CASPR2) suffer from a variety of clinical syndromes including neuropathic pain, in some patients even as the only symptom. CASPR2 is an adhesion protein of the neurexin IV family and part of the voltage-gated potassium channel complex (VGKC) in neurons of dorsal root ganglia (DRG). The subsequent pathological mechanisms following the binding of CASPR2 aAbs and their association with pain are only partially understood. CASPR2 aAbs are mainly of the IgG4 subclass. Previous studies have neglected subclass- dependent effects. Here we investigated 49 subclassified patient serum samples positive for CASPR2 aAbs. To unravel underlying molecular mechanisms, we used a combination of super-resolution lattice structural illumination microscopy (SIM2) and functional readouts by calcium imaging and electrophysiological recordings. CASPR2-positive patient sera subclassified in IgG4 together with at least one other IgG subclass (IgGX) and patients with only IgG4 were further subdivided into the pain and no pain group. Patient subclassification shed further light on the pathological mechanisms of CASPR2 aAbs. A decrease of CASPR2 expression after long-term exposure to CASPR2 aAbs was only observed for the patient group without pain. Upon withdrawal of the CASPR2 aAbs, CASPR2 expression returned to normal level. Structural alterations were obtained by increased distances between CASPR2 and associated potassium channels along DRG axons using high-resolution lattice SIM2 microscopy but only following binding of CASPR2 aAbs from patients with pain. Similarly, CASPR2 aAbs of patients with pain significantly increased overall neuronal excitability of cultured DRG neurons as measured by calcium imaging. Patch-clamp recordings revealed significantly decreased current amplitudes of voltage-gated potassium (Kv) channels after incubation with all four CASPR2 aAbs subclassifications with the most prominent effect of serum samples harboring IgG4 aAbs. Notably, a patient serum sample lacking IgG4 did not alter Kv channel function. Withdrawal of aAbs rescued Kv channel function to normal levels suggesting that the affected potassium channel function is rather due to a functional block of the VGKC rather than altered structural integrity of the VGKC. Taken together, we found IgG4 aAbs to be a major modifier of potassium channel function. The increase in DRG excitability is primarily due to impaired Kv channel conductance as a consequence of CASPR2 aAbs binding but additional and so far unidentified signal pathways contribute to this process in patients with neuropathic pain.