Although APP metabolism is being intensively investigated, a large fraction of its modulators are yet to be characterized. In this context, we combined two genome-wide high-content screenings to assess the functional impact of miRNAs and genes on APP metabolism and the signaling pathways involved. This approach highlighted the involvement of FERMT2 (or Kindlin-2), a genetic risk factor of Alzheimer’s disease (AD), as a potential key modulator of axon guidance; a neuronal process dependent on the APP metabolism regulation. We found that FERMT2 directly interacts with APP to modulate its metabolism and that FERMT2 under-expression impacts axonal growth, synaptic connectivity and long-term potentiation in an APP-dependent manner. Lastly, the rs7143400-T allele, which is associated with an increased AD risk and localized within the 3’UTR of FERMT2, induced a down-regulation of FERMT2 expression through binding of miR-4504. This miRNA is mainly expressed in neurons and significantly overexpressed in AD brains compared to controls. Altogether, our data provide strong evidence for a detrimental effect of FERMT2 under-expression in neurons and insight on how this may influence AD pathogenesis.

Background: Microglia-specific genetic variants are enriched in several neurodegenerative diseases, including Alzheimer′s disease (AD), implicating a central role for alterations of the innate immune system in the disease etiology. A rare coding variant in the PLCG2 gene (rs72824905, p.P522R) selectively expressed in microglia and macrophages was recently identified and shown to reduce the risk for AD. Methods: To assess the role of this variant in the context of immune cell functions, we generated a Plcγ2-P522R knock-in (KI) mouse model using CRISPR/Cas9 gene editing. Results: Functional analyses of macrophages derived from homozygous KI mice and wild type (WT) littermates revealed that the P522R variant potentiates the primary function of Plcγ2 as a Pip2-metabolizing enzyme. This was associated with improved survival, enhanced phagocytic activity, and increased acute inflammatory response of the KI cells. Enhanced phagocytosis was also observed in mouse BV2 microglia-like cells overexpressing human PLCγ2-P522R, but not in PLCγ2-WT expressing cells. Furthermore, the brain mRNA signature together with microglia-specific PET imaging indicated microglia activation in Plcγ2-P522R KI mice. Conclusion: Thus, we have delineated cellular mechanisms of the protective Plcγ2-P522R variant, which provide further support for the emerging idea that activated microglia exert protective functions in AD.### Competing Interest Statement

Abstract Frontotemporal dementia (FTD) is the second most common cause of dementia in patients under 65 years, characterized by diverse clinical symptoms, neuropathologies, and genetic background. Synaptic dysfunction is suggested to play a major role in FTD pathogenesis. Disturbances in the synaptic function can also be associated with the C9orf72 repeat expansion (C9-HRE), the most common genetic mutation causing FTD. C9-HRE leads to distinct pathological hallmarks, such as C9orf72 haploinsufficiency and development of toxic RNA foci and dipeptide repeat proteins (DPRs). FTD patient brains, including those carrying the C9-HRE, are also characterized by neuropathologies involving accumulation of TDP-43 and p62/SQSTM1 proteins. This study utilized induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived cortical neurons from C9-HRE-carrying or sporadic FTD patients and healthy control individuals. We report that the iPSC neurons derived from C9-HRE carriers developed typical C9-HRE-associated hallmarks, including RNA foci and DPR accumulation. All FTD neurons demonstrated increased TDP-43 nucleus-to-cytosolic shuttling and p62/SQSTM1 accumulation, and changes in nuclear size and morphology. In addition, the FTD neurons displayed reduced number and altered morphologies of dendritic spines and significantly altered synaptic function indicated by a decreased response to stimulation with GABA. These structural and functional synaptic disturbances were accompanied by upregulated gene expression in the FTD neurons related to synaptic function, including synaptic signaling, glutamatergic transmission, and pre- and postsynaptic membrane, as compared to control neurons. Pathways involved in DNA repair were significantly downregulated in FTD neurons. Only one gene, NUPR2, potentially involved in DNA damage response, was differentially expressed between the sporadic and C9-HRE-carrying FTD neurons. Our results show that the iPSC neurons from FTD patients recapitulate pathological changes of the FTD brain and strongly support the hypothesis of synaptic dysfunction as a crucial contributor to disease pathogenesis in FTD.

Abstract C9orf72 hexanucleotide repeat expansion (HRE) is a major genetic cause of amyotrophic lateral sclerosis and frontotemporal dementia. The role of microglia in these C9orf72 HRE-associated diseases is understudied. To elucidate effects of C9orf72 HRE on microglia, we have characterized human induced pluripotent stem cell-derived microglia (iMG) from behavioral variant frontotemporal dementia (bvFTD) patients carrying the C9orf72 HRE. C9orf72 HRE iMG were compared to iMG from healthy controls and sporadic bvFTD patients. The phenotypes of iMG were analyzed using bulk RNA sequencing, biochemical and immunofluorescence analyses, and live cell imaging. C9orf72 HRE-carrying iMG showed nuclear RNA foci and poly-GP dipeptide repeat proteins but no decreased C9orf72 mRNA or protein expression. TDP-43 pathology was absent from all bvFTD iMG. As compared to healthy control iMG, quantitative immunofluorescence analyses indicated that all bvFTD iMG had reduced number, size, and intensity of LAMP2-A-positive vesicles. C9orf72 HRE-carrying iMG additionally showed decreased number, size, and intensity of p62/SQSTM1-positive vesicles. These changes were accompanied by increased phagocytic activity of the C9orf72 HRE-carrying iMG. Serum starvation increased phagocytic activity also in the iMG of sporadic bvFTD patients. RNA sequencing revealed that iMG of C9orf72 HRE-carrying bvFTD patients as compared to the iMG of sporadic bvFTD patients showed differential gene expression in pathways related to RNA and protein regulation and mitochondrial metabolism. Our data suggest potential alterations in the autophagosomal/lysosomal pathways in bvFTD patient iMG, which are further reinforced by the C9orf72 HRE and functionally manifest as increased phagocytic activity.

Type 2 diabetes (T2D) increases the risk of Alzheimer's disease (AD). Even though these two diseases share common molecular pathways, the mechanisms remain elusive. To shed light into these mechanisms, mice with different AD- and/or tauopathy-linked genetic backgrounds were utilized; APPswe/PS1dE9 (A+Tw), Tau P301L (AwT+), and APPswe/PS1dE9/Tau P301L (A+T+). Feeding these mice with typical Western diet (TWD) led to obesity and diabetic phenotype as compared to respective mice with a standard diet. TWD also exacerbated memory and learning impairment in A+Tw and AwT+, but not in A+T+ mice. Furthermore, RNA sequencing of mouse hippocampal samples revealed altered responses to AD-related pathologies in A+Tw and A+T+ mice upon TWD, pointing specifically towards aberrant microglial functionality and PI3K-Akt signaling. Accordingly, fewer microglia alongside an increased number of dystrophic neurites around β-amyloid plaques, and impaired PI3K-Akt signaling, were discovered in the hippocampus of TWD mice. Mechanistic elucidation revealed that disruption of the PI3K-Akt signaling pathway by pharmacological or genetic approaches significantly decreased the phagocytic uptake and proinflammatory response as well as increased the activity of Syk-kinase upon ligand-induced activation of Trem2/Dap12 signaling in mouse microglia. Finally, characterization of microglial pathology in cortical biopsies of idiopathic normal pressure hydrocephalus (iNPH) patients harboring β-amyloid plaques revealed a significant decrease in the number of microglia per β-amyloid plaque in obese iNPH patients with T2D as compared to both normal weight and obese iNPH patients without T2D. Collectively, these results suggest that the peripheral diabetic phenotype in mice and humans associates with reduced microglial response to β-amyloid pathology.