A boost from infection During clinical trials of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 vaccines, no one who had survived infection with the virus was tested. A year after the pandemic was declared, vaccination of previously infected persons is a reality. Reynolds et al. address the knowledge gap in a cohort of UK health care workers given the Pfizer/BioNTech vaccine in which half of the participants had experienced natural virus infections early in the pandemic (see the Perspective by Crotty). Genotyping indicated that a genetic component underlies heterogeneity in immune responses to vaccine and to natural infection. After vaccination, naïve individuals developed antibody responses similar to those seen in naturally infected persons, but T cell responses were more limited and sometimes absent. However, antibody and memory responses in individuals vaccinated after infection were substantially boosted to the extent that a single vaccine dose is likely to protect against the more aggressive B.1.1.7 variant. It is possible that the messenger RNA vaccine has an adjuvant effect, biasing responses toward antibody generation. Science , abh1282, this issue p. 1418 ; see also abj2258, p. 1392

The Omicron, or Pango lineage B.1.1.529, variant of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) carries multiple spike mutations with high transmissibility and partial neutralizing antibody (nAb) escape. Vaccinated individuals show protection against severe disease, often attributed to primed cellular immunity. We investigated T and B cell immunity against B.1.1.529 in triple BioNTech BNT162b2 messenger RNA-vaccinated health care workers (HCWs) with different SARS-CoV-2 infection histories. B and T cell immunity against previous variants of concern was enhanced in triple-vaccinated individuals, but the magnitude of T and B cell responses against B.1.1.529 spike protein was reduced. Immune imprinting by infection with the earlier B.1.1.7 (Alpha) variant resulted in less durable binding antibody against B.1.1.529. Previously infection-naïve HCWs who became infected during the B.1.1.529 wave showed enhanced immunity against earlier variants but reduced nAb potency and T cell responses against B.1.1.529 itself. Previous Wuhan Hu-1 infection abrogated T cell recognition and any enhanced cross-reactive neutralizing immunity on infection with B.1.1.529.

The discovery that heterozygous missense mutations in the gene encoding triggering receptor expressed on myeloid cells 2 (TREM2) are risk factors for Alzheimer's disease (AD), with only the apolipoprotein E (APOE) ε4 gene allele conferring a higher risk, has led to increased interest in immune biology in the brain. TREM2 is expressed on microglia, the resident immune cells of the brain and has been linked to phagocytotic clearance of amyloid β (Aβ) plaques. Soluble TREM2 (sTREM2) has previously been measured in cerebrospinal fluid (CSF) by ELISA but in our hands commercial kits have proved unreliable, suggesting that other methods may be required. We developed a mass spectrometry method using selected reaction monitoring for the presence of a TREM2 peptide, which can be used to quantify levels of sTREM2 in CSF. We examined CSF samples from memory clinics in Sweden and the UK. For all samples the following were available: clinical diagnosis, age, sex, and measurements of the CSF AD biomarkers Aβ42, T-tau and P-tau181. AD patients (n = 37) all met biomarker (IWG2) criteria for AD. Control individuals (n = 22) were cognitively normal without evidence for AD in CSF. We found significantly higher sTREM2 concentration in AD compared to control CSF. There were significant correlations between CSF sTREM2 and T-tau as well as P-tau181. CSF sTREM2 increase in AD was replicated in a second, independent cohort consisting of 24 AD patients and 16 healthy volunteers. CSF concentrations of sTREM2 are higher in AD than in controls, and correlate with markers of neurodegeneration. CSF sTREM2 may be used to quantify glial activation in AD.

Mutations of the glucocerebrosidase gene, GBA1 (OMIM 606463), are the most important risk factor for Parkinson disease (PD). In vitro and in vivo studies have reported that ambroxol increases β-glucocerebrosidase (GCase) enzyme activity and reduces α-synuclein levels. These observations support a potential role for ambroxol therapy in modifying a relevant pathogenetic pathway in PD.To assess safety, tolerability, cerebrospinal fluid (CSF) penetration, and target engagement of ambroxol therapy with GCase in patients with PD with and without GBA1 mutations.An escalating dose of oral ambroxol to 1.26 g per day.This single-center open-label noncontrolled clinical trial was conducted between January 11, 2017, and April 25, 2018, at the Leonard Wolfson Experimental Neuroscience Centre, a dedicated clinical research facility and part of the University College London Queen Square Institute of Neurology in London, United Kingdom. Participants were recruited from established databases at the Royal Free London Hospital and National Hospital for Neurology and Neurosurgery in London. Twenty-four patients with moderate PD were evaluated for eligibility, and 23 entered the study. Of those, 18 patients completed the study; 1 patient was excluded (failed lumbar puncture), and 4 patients withdrew (predominantly lumbar puncture-related complications). All data analyses were performed from November 1 to December 14, 2018.Primary outcomes at 186 days were the detection of ambroxol in the CSF and a change in CSF GCase activity.Of the 18 participants (15 men [83.3%]; mean [SD] age, 60.2 [9.7] years) who completed the study, 17 (8 with GBA1 mutations and 9 without GBA1 mutations) were included in the primary analysis. Between days 0 and 186, a 156-ng/mL increase in the level of ambroxol in CSF (lower 95% confidence limit, 129 ng/mL; P < .001) was observed. The CSF GCase activity decreased by 19% (0.059 nmol/mL per hour; 95% CI, -0.115 to -0.002; P = .04). The ambroxol therapy was well tolerated, with no serious adverse events. An increase of 50 pg/mL (13%) in the CSF α-synuclein concentration (95% CI, 14-87; P = .01) and an increase of 88 ng/mol (35%) in the CSF GCase protein levels (95% CI, 40-137; P = .002) were observed. Mean (SD) scores on part 3 of the Movement Disorders Society Unified Parkinson Disease Rating Scale decreased (ie, improved) by 6.8 (7.1) points (95% CI, -10.4 to -3.1; P = .001). These changes were observed in patients with and without GBA1 mutations.The study results suggest that ambroxol therapy was safe and well tolerated; CSF penetration and target engagement of ambroxol were achieved, and CSF α-synuclein levels were increased. Placebo-controlled clinical trials are needed to examine whether ambroxol therapy is associated with changes in the natural progression of PD.ClinicalTrials.gov identifier: NCT02941822; EudraCT identifier: 2015-002571-24.

Abstract Parkinson’s disease is increasingly prevalent. It progresses from the pre-motor stage (characterised by non-motor symptoms like REM sleep behaviour disorder), to the disabling motor stage. We need objective biomarkers for early/pre-motor disease stages to be able to intervene and slow the underlying neurodegenerative process. Here, we validate a targeted multiplexed mass spectrometry assay for blood samples from recently diagnosed motor Parkinson’s patients ( n = 99), pre-motor individuals with isolated REM sleep behaviour disorder (two cohorts: n = 18 and n = 54 longitudinally), and healthy controls ( n = 36). Our machine-learning model accurately identifies all Parkinson patients and classifies 79% of the pre-motor individuals up to 7 years before motor onset by analysing the expression of eight proteins—Granulin precursor, Mannan-binding-lectin-serine-peptidase-2, Endoplasmatic-reticulum-chaperone-BiP, Prostaglaindin-H2-D-isomaerase, Interceullular-adhesion-molecule-1, Complement C3, Dickkopf-WNT-signalling pathway-inhibitor-3, and Plasma-protease-C1-inhibitor. Many of these biomarkers correlate with symptom severity. This specific blood panel indicates molecular events in early stages and could help identify at-risk participants for clinical trials aimed at slowing/preventing motor Parkinson’s disease.

Abstract Children infected with SARS-CoV-2 rarely progress to respiratory failure, but the risk of mortality in infected people over 85 years of age remains high, despite vaccination and improving treatment options. Here, we take a comprehensive, multidisciplinary approach to investigate differences in the cellular landscape and function of paediatric (<11y), adult (30- 50y) and elderly (>70y) nasal epithelial cells experimentally infected with SARS-CoV-2. Our data reveal that nasal epithelial cell subtypes show different tropism to SARS-CoV-2, correlating with age, ACE2 and TMPRSS2 expression. Ciliated cells are a viral replication centre across all age groups, but a distinct goblet inflammatory subtype emerges in infected paediatric cultures, identifiable by high expression of interferon stimulated genes and truncated viral genomes. In contrast, infected elderly cultures show a proportional increase in ITGB6 hi progenitors, which facilitate viral spread and are associated with dysfunctional epithelial repair pathways. Graphical Abstract

Abstract Krabbe disease (KD) is an infantile neurodegenerative disorder resulting from pathogenic variants in the GALC gene which causes accumulation of the toxic sphingolipid psychosine. GALC variants are associated with increased risk of Lewy body diseases (LBD), an umbrella term for age-associated neurodegenerative diseases in which the protein α-synuclein aggregates into Lewy bodies. To explore whether α-synuclein in KD has pathological similarities to that in LBD, we compared post-mortem KD tissue to that of infant control cases and identified alterations to α-synuclein localisation and expression of modifications associated with LBD. To determine whether α-synuclein in KD displayed pathogenic properties associated with LBD we evaluated its seeding capacity using the real-time quaking-induced conversion assay. Strikingly, seeded aggregation of α-synuclein resulted in the formation of fibrillar aggregates similar to those observed in LBD, confirming the prion-like capacity of KD-derived α-synuclein. These observations constitute the first report of prion-like α-synuclein in the brain tissue of infants and challenge the putative view that α-synuclein pathology is merely an age-associated phenomenon, instead suggesting it can result from alterations to biological processes such as sphingolipid homeostasis. Our findings have important implications for understanding the mechanisms underlying Lewy body formation in LBD.

Summary The role of the SNCA gene locus in driving Parkinson’s disease (PD) through rare and common genetic variation is well-recognized, but the transcriptional diversity of SNCA in vulnerable cell types remains unclear. We performed SNCA long-read RNA sequencing in human dopaminergic neurons and show that annotated SNCA transcripts account for only 5% of expression. Rather, the majority of expression (75%) at the SNCA locus originates from transcripts with alternative 5’ and 3’ untranslated regions. Importantly, 10% originates from transcripts encoding open reading frames not previously annotated, which are translated and detectable in human postmortem brain. Defining the 3’ untranslated regions enabled the rational design of antisense oligonucleotides targeting the majority of SNCA transcripts, leading to the effective reversal of PD pathology, including protein aggregation, mitochondrial dysfunction, and toxicity. Resolving the complexity of the SNCA transcriptional landscape impacts RNA therapies and highlights differences in protein isoforms and their contribution to disease.

Parkinson's Disease (PD) is an increasingly prevalent condition within the aging population. PD can be attributed to rare genetic mutations, but most cases are sporadic where the gene-environment interactions are unknown/likely contributory. Age related dysregulation of the glycosphingolipid degradation pathway has been implicated in the development of PD, however, our understanding of how brain lipids vary across different regions of the brain, with age and in disease stages, remains limited. In this study we profiled several phospho- and sphingolipid classes in eight distinct regions of the human brain and investigated the association of lipids with a spatio-temporal pathology gradient, utilising PD samples from early, mid, and late stages of the disease. We performed high-precision tissue sampling in conjunction with targeted LC-MS/MS and applied this to post-mortem samples from PD and control subjects. The lipids were analysed for correlations with untargeted proteomics and mitochondrial activity data, in a multi-omics approach. We concluded that the different brain regions demonstrated their own distinct profiles and also found that several lipids were correlated with age. The strongest differences between PD and controls were identified in ganglioside, sphingomyelin and n-hexosylceramides. Sphingomyelin was also found to correlate with several proteins implicated in Parkinson's disease pathways. Mitochondrial activity was correlated with the levels of several lipids in the putamen region. Finally, we identified a gradient corresponding to Braak's disease spread across the brain regions, where the areas closer to the brainstem/substantia nigra showed alterations in PC, LPC and glycosphingolipids, while the cortical regions showed changes in glycosphingolipids, specifically gangliosides, HexCer and Hex2Cer.

Abstract Ichthyosis defines a group of chronic conditions that manifest phenotypically as a thick layer of fish-like scales in response to disorders of cornification and often affects the entire skin. While the gene mutations that lead to ichthyosis are well documented, the actual signalling mechanisms that lead to scaling are poorly characterised, however recent publications suggest that there are common mechanisms active in ichthyotic tissue, and in analogous models of ichthyosis. Combining gene expression analysis of gene-specific shRNA knockdowns of more severe autosomal recessive congenital ichthyoses (ARCI) and proteomic analysis of skin scale from ARCI patients, we identified a common activation of the Toll-like receptor (TLR) 2 pathway. Exogenous activation of TLR2 led to increased expression of important cornified envelope genes and in organotypic culture caused hyperkeratosis. Conversely blockade of TLR2 signalling in ichthyosis patient keratinocytes and our shRNA models reduced the expression of keratin 1, a structural protein overexpressed in ichthyosis scale. A time-course of Tlr2 activation in rat epidermal keratinocytes revealed that although there was rapid initial activation of innate immune pathways, this was rapidly superseded by widespread up-regulation of epidermal differentiation related proteins. Both NFκβ phosphorylation and the Gata3 up-regulation was associated with this switch and Gata3 overexpression was sufficient to increase Keratin 1 expression. Taken together, these data define a dual role for Tlr2 during epidermal barrier repair, that may be a useful therapeutic modality in treating diseases of epidermal barrier dysfunction.