Abstract Primary age-related tauopathy (PART) is a form of Alzheimer-type neurofibrillary degeneration occurring in the absence of amyloid-beta (Aβ) plaques. While PART shares some features with Alzheimer disease (AD), such as progressive accumulation of neurofibrillary tangle pathology in the medial temporal lobe and other brain regions, it does not progress extensively to neocortical regions. Given this restricted pathoanatomical pattern and variable symptomatology, there is a need to reexamine and improve upon how PART is neuropathologically assessed and staged. We performed a retrospective autopsy study in a collection ( n =174) of post-mortem PART brains and used logistic regression to determine the extent to which a set of clinical and neuropathological features predict cognitive impairment. We compared Braak staging, which focuses on hierarchical neuroanatomical progression of AD tau and Aβ pathology, with quantitative assessments of neurofibrillary burden using computer-derived positive pixel counts on digitized whole slide images of sections stained immunohistochemically with antibodies targeting abnormal hyperphosphorylated tau (p-tau) in the entorhinal region and hippocampus. We also assessed other factors affecting cognition, including aging-related tau astrogliopathy (ARTAG) and atrophy. We found no association between Braak stage and cognitive impairment when controlling for age ( p =0.76). In contrast, p-tau burden was significantly correlated with cognitive impairment even when adjusting for age ( p =0.03). The strongest correlate of cognitive impairment was cerebrovascular disease, a well-known risk factor ( p <0.0001), but other features including ARTAG ( p =0.03) and hippocampal atrophy ( p =0.04) were also associated. In contrast, sex, APOE , psychiatric illness, education, argyrophilic grains, and incidental Lewy bodies were not. These findings support the hypothesis that comorbid pathologies contribute to cognitive impairment in subjects with PART. Quantitative approaches beyond Braak staging are critical for advancing our understanding of the extent to which age-related tauopathy changes impact cognitive function.

ABSTRACT White matter hyperintensity (WMH) is strongly correlated with age-related dementia and hypertension, but its pathogenesis remains obscure. GWAS identified TRIM47 at 17q25 locus as a top genetic risk factor for WMH formation. TRIM family is a class of E3 ubiquitin ligase with pivotal functions in autophagy, which is critical for brain endothelial cell (ECs) remodeling during hypertension. We hypothesize that TRIM47 regulates autophagy and its loss-of-function disturbs cerebrovasculature. Based on transcriptomics and immunohistochemistry, TRIM47 is found selectively expressed by brain ECs in human and mouse, and its transcription is upregulated by artificially-induced autophagy while downregulated in hypertension-like conditions. Using in silico simulation, immunocytochemistry and super-resolution microscopy, we identified the highly conserved binding site between TRIM47 and the LIR (LC3-interacting region) motif of LC3B. Importantly, pharmacological autophagy induction increased Trim47 expression on mouse ECs (b.End3) culture, while silencing Trim47 significantly increased autophagy with ULK1 phosphorylation induction, transcription and vacuole formation. Together, we confirm that TRIM47 is an endogenous inhibitor of autophagy in brain ECs, and such TRIM47-mediated regulation connects genetic and physiological risk factors for WMH formation but warrants further investigation. SUMMARY STATEMENT TRIM47, top genetic risk factor for white matter hyperintensity formation, is a negative regulator of autophagy in brain endothelial cells and implicates a novel cellular mechanism for age-related cerebrovascular changes.

The role of non-coding regulatory elements and how they might contribute to tissue type specificity of disease phenotypes is poorly understood. Autosomal Dominant Leukodystrophy (ADLD) is a fatal, adult-onset, neurological disorder that is characterized by extensive CNS demyelination. Most cases of ADLD are caused by tandem genomic duplications involving the lamin B1 gene ( LMNB1 ) while a small subset are caused by genomic deletions upstream of the gene. Utilizing data from recently identified families that carry LMNB1 gene duplications but do not exhibit demyelination, ADLD patient tissues, CRISPR modified cell lines and mouse models, we have identified a novel silencer element that is lost in ADLD patients and that specifically targets overexpression to oligodendrocytes. This element consists of CTCF binding sites that mediate three-dimensional chromatin looping involving the LMNB1 and the recruitment of the PRC2 repressor complex. Loss of the silencer element in ADLD identifies a previously unknown role for silencer elements in tissue specificity and disease causation.

Summary Neurodegenerative diseases (ND) are characterized by progressive loss of neuronal function. Mechanisms of ND pathogenesis are incompletely understood, hampering the development of effective therapies. Langerhans cell histiocytosis (LCH) is an inflammatory neoplastic disorder caused by hematopoietic progenitors expressing MAPK activating mutations that differentiate into senescent myeloid cells that drive lesion formation. Some patients with LCH subsequently develop progressive and incurable neurodegeneration (LCH-ND). Here, we show that LCH-ND is caused by myeloid cells that are clonal with peripheral LCH cells. We discovered that circulating BRAF V600E + myeloid cells cause the breakdown of the blood-brain barrier (BBB), enhancing migration into the brain parenchyma where they differentiate into senescent, inflammatory CD11a + macrophages that accumulate in the brainstem and cerebellum. Blocking MAPK activity and senescence programs reduced parenchymal infiltration, neuroinflammation, neuronal damage and improved neurological outcome in preclinical LCH-ND. MAPK activation and senescence programs in circulating myeloid cells represent novel and targetable mechanisms of ND.

Abstract Mitochondrial dysfunction and oxidative stress are strongly implicated in the pathogenesis of Parkinson’s disease (PD) and there is evidence that mitochondrially-generated superoxide can activate NADPH oxidase 2 (NOX2), which is a major enzymatic generator of superoxide. Although NOX2 has been examined in the context of PD, previous studies have focused on microglial function; the role of neuronal NOX2 in PD pathogenesis remains to be defined. Here we devised and validated a proximity ligation assay for NOX2 activity and demonstrated that in human PD and 2 models thereof, neuronal NOX2 is highly active in substantia nigra dopamine neurons. Further, NOX2 activity is responsible for accumulation, post-translational modification and oligomerization of α-synuclein as well as activation of leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2). Administration of a brain-penetrant, specific NOX2 inhibitor prevented NOX2 activation and its downstream effects in vivo in a rat model of PD. We conclude that neuronal NOX2 is a major contributor to oxidative stress in PD, to α-synuclein pathology and to LRRK2 activation in idiopathic PD. In this context, NOX2 inhibitors hold potential as a disease-modifying therapy in PD. Summary In dopamine neuron, NADPH oxidase isoform 2 amplifies the oxidative stress-related pathogenic cascade in Parkinson’s disease

Abstract Primary age-related tauopathy (PART) is a neurodegenerative tauopathy with features distinct from but also overlapping with Alzheimer disease (AD). While both exhibit Alzheimer-type temporal lobe neurofibrillary degeneration alongside amnestic cognitive impairment, PART develops independently of amyloid-β (Aβ) deposition in plaques. The pathogenesis of PART is unknown, but evidence suggests it is associated with genes that promote tau pathology as well as others that protect from Aβ toxicity. Here, we performed a genetic association study in an autopsy cohort of individuals with PART ( n =647) using Braak neurofibrillary tangle stage as a quantitative trait adjusting for sex, age, genotyping platform, and principal components. We found significant associations with some candidate loci associated with AD and progressive supranuclear palsy, a primary tauopathy ( SLC24A4, MS4A6A, HS3ST1, MAPT and EIF2AK3 ). Genome-wide association analysis revealed a novel significant association with a single nucleotide polymorphism on chromosome 4 (rs56405341) in a locus containing three genes, including JADE1 which was significantly upregulated in tangle-bearing neurons by single-soma RNA-seq. Immunohistochemical studies using antisera targeting JADE1 protein revealed localization within tau aggregates in autopsy brain from tauopathies containing isoforms with four microtubule-binding domain repeats (4R) and mixed 3R/4R, but not with 3R exclusively. Co-immunoprecipitation revealed a direct and specific binding of JADE1 protein to tau containing four (4R) and no N-terminal inserts (0N4R) in post-mortem human PART brain tissue. Finally, knockdown of the Drosophila JADE1 homolog rhinoceros (rno) enhanced tau-induced toxicity and apoptosis in vivo in a humanized 0N4R mutant tau knock-in model as quantified by rough eye phenotype and terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end-labeling (TUNEL) in the fly brain. Together, these findings indicate that PART has a genetic architecture that partially overlaps with AD and other tauopathies and suggests a novel role for JADE1 as a mediator of neurofibrillary degeneration.

INTRODUCTION: Marmosets have been shown to spontaneously develop pathological hallmarks of Alzheimers disease (AD) during advanced age, including amyloid-beta plaques, positioning them as a model system to overcome the rodent-to-human translational gap for AD. However, Tau expression in the marmoset brain has been understudied. METHODS: To comprehensively investigate Tau isoform expression in marmosets, brain tissue from eight unrelated marmosets across various ages was evaluated and compared to human postmortem AD tissue. Microtubule-associated protein tau (MAPT) mRNA expression and splicing were confirmed by RT-PCR. The Tau isoforms in marmoset brain were examined by western blot, mass spectrometry, immunofluorescence and immunohistochemical staining. Synaptic Tau expression was analyzed from crude synaptosome extractions. RESULTS: 3R and 4R Tau isoforms are expressed in marmoset brains at both transcript and protein levels across ages. Results from western blot analysis were confirmed by mass spectrometry which revealed that Tau peptides in marmoset corresponded to the 3R and 4R peptides in human AD brain. 3R Tau was primarily enriched in neonate brain; and 4R enriched in adult and aged brains. Tau was widely distributed in neurons with localization in soma and synaptic regions. Phosphorylation residues were observed on Thr-181, Thr-217, and Thr-231, Ser202/Thr205, Ser396/Ser404. Paired helical filament (PHF)-like aggregates were also detected in aged marmoset. DISCUSSION: Our results confirm the expression of both 3R and 4R Tau isoforms and important phosphorylation residues in the marmoset brain. These data emphasize the significance of marmosets with natural expression of AD-related hallmarks as important translational models for the study of AD.

Abstract Pathologists can label pathologies differently, making it challenging to yield consistent assessments in the absence of one ground truth. To address this problem, we present a DL approach that draws on a cohort of experts, weighs each contribution, and is robust to noisy labels. We collected 100,495 annotations on 20,099 candidate amyloid beta neuropathologies (cerebral amyloid angiopathy (CAA), and cored and diffuse plaques) from three institutions, independently annotated by five experts. DL methods trained on a consensus-of-two strategy yielded 12.6-26% improvements by area under the precision recall curve (AUPRC) when compared to those that learned individualized annotations. This strategy surpassed individual-expert models, even when unfairly assessed on benchmarks favoring them. Moreover, ensembling over individual models was robust to hidden random annotators. In blind prospective tests of 52,555 subsequent expert-annotated images, the models labeled pathologies like their human counterparts (consensus model AUPRC=0.74 cored; 0.69 CAA). This study demonstrates a means to combine multiple ground truths into a common-ground DL model that yields consistent diagnoses informed by multiple and potentially variable expert opinion.

ABSTRACT Background The accumulation of amyloid beta (Aβ) peptides in fibrils is prerequisite for Alzheimer’s disease (AD). Our understanding of the proteins that promote Aβ fibril formation and mediate neurotoxicity has been limited due to technical challenges in isolating pure amyloid fibrils from brain extracts. Methods To investigate how amyloid fibrils form and cause neurotoxicity in AD brain, we developed a robust biochemical strategy. We benchmarked the success of our purifications using electron microscopy, amyloid dyes, and a large panel of Aβ immunoassays. Tandem mass-spectrometry based proteomic analysis workflows provided quantitative measures of the amyloid fibril proteome. These methods allowed us to compare amyloid fibril composition from human AD brains, three amyloid mouse models, transgenic Aβ42 flies, and Aβ42 seeded cultured neurons. Results Amyloid fibrils are primarily composed by Aβ42 and unexpectedly harbor Aβ38 but generally lack Aβ40 peptides. Multidimensional quantitative proteomics allowed us to redefine the fibril proteome by identifying 17 new amyloid-associated proteins. Notably, we confirmed 126 previously reported plaque-associated proteins. We validated a panel of these proteins as bona fide amyloid-interacting proteins using antibodies and orthogonal proteomic analysis. One metal-binding chaperone metallothionein-3 is tightly associated with amyloid fibrils and modulates fibril formation in vitro. Lastly, we used a transgenic Aβ42 fly model to test if knock down or over-expression of fibril-interacting gene homologues modifies neurotoxicity. Eight RNAi lines suppressed and 11 enhanced Aβ42 toxicity. Conclusions These discoveries and subsequent confirmation indicate that fibril-associated proteins play a key role in amyloid formation and AD pathology.