Maternal metabolic homeostasis exerts long-term effects on the offspring’s health outcomes. Here, we demonstrate that maternal high-fat diet (HFD) feeding during lactation predisposes the offspring for obesity and impaired glucose homeostasis in mice, which is associated with an impairment of the hypothalamic melanocortin circuitry. Whereas the number and neuropeptide expression of anorexigenic proopiomelanocortin (POMC) and orexigenic agouti-related peptide (AgRP) neurons, electrophysiological properties of POMC neurons, and posttranslational processing of POMC remain unaffected in response to maternal HFD feeding during lactation, the formation of POMC and AgRP projections to hypothalamic target sites is severely impaired. Abrogating insulin action in POMC neurons of the offspring prevents altered POMC projections to the preautonomic paraventricular nucleus of the hypothalamus (PVH), pancreatic parasympathetic innervation, and impaired glucose-stimulated insulin secretion in response to maternal overnutrition. These experiments reveal a critical timing, when altered maternal metabolism disrupts metabolic homeostasis in the offspring via impairing neuronal projections, and show that abnormal insulin signaling contributes to this effect.

Summary Tau-PET receives growing interest as an imaging biomarker for the 4-repeat tauopathy progressive supranuclear palsy (PSP). However, the translation of in vitro 4R-tau binding to in vivo tau-PET signals is still unclear. Therefore, we conducted a longitudinal [ 18 F]PI-2620 PET/MRI study in a 4-repeat-tau mouse model (PS19) and found elevated [ 18 F]PI-2620 PET signal in the presence of high neuronal tau. Cell sorting after radiotracer injection in vivo revealed higher tracer uptake in single neurons compared to astrocytes of PS19 mice. Regional [ 18 F]PI-2620 tau-PET signals during lifetime correlated with abundance of fibrillary tau in subsequent autopsy samples of PSP patients and disease controls. In autoradiography, tau-positive neurons and oligodendrocytes with high AT8 density but not tau-positive astrocytes were the driver of [ 18 F]PI-2620 autoradiography signals in PSP. In summary, neuronal and oligodendroglial tau constitutes the dominant source of tau-PET radiotracer binding in 4-repeat-tauopathies, yielding the capacity to translate to an in vivo signal.

Actin remodeling is indispensable for dendritic spine development, morphology and density which signify learning, memory and motor skills. CAP2 is a regulator of actin dynamics through sequestering G-actin and severing F-actin. In a mouse model, ablation of CAP2 leads to cardiovascular defects and delayed wound healing. This report investigates the role of CAP2 in the brain using Cap2gt/gt mice. Dendritic spine density and neuronal dendritic length were altered in Cap2gt/gt. This was accompanied by increased F-actin content and F-actin accumulation in cultured Cap2gt/gt neurons. In membrane depolarization assays, Cap2gt/gt synaptosomes exhibit an impaired F/G actin ratio, indicating altered actin dynamics. We show an interaction between CAP2 and n-cofilin, presumably mediated through the C-terminal domain of CAP2 and is cofilin ser3 phosphorylation dependent. In vivo, the consequences of this interaction were altered phosphorylated cofilin levels and formation of cofilin aggregates in the neurons. Thus, our studies identify a novel role of CAP2 in neuronal development and neuronal actin dynamics.

Abstract Background Microglial activation is one hallmark of Alzheimer disease (AD) neuropathology but the impact of the regional interplay of microglia cells in the brain is poorly understood. We hypothesized that microglial activation is regionally synchronized in the healthy brain but experiences regional desynchronization with ongoing neurodegenerative disease. We addressed the existence of a microglia connectome and investigated microglial desynchronization as an AD biomarker. Methods To validate the concept, we performed microglia depletion in mice to test whether interregional correlation coefficients (ICCs) of 18 kDa translocator protein (TSPO)-PET change when microglia are cleared. Next, we evaluated the influence of dysfunctional microglia and AD pathophysiology on TSPO-PET ICCs in the mouse brain, followed by translation to a human AD-continuum dataset. We correlated a personalized microglia desynchronization index with cognitive performance. Finally, we performed single-cell radiotracing (scRadiotracing) in mice to ensure the microglial source of the measured desynchronization. Results Microglia-depleted mice showed a strong ICC reduction in all brain compartments, indicating microglia-specific desynchronization. AD mouse models demonstrated significant reductions of microglial synchronicity, associated with increasing variability of cellular radiotracer uptake in pathologically altered brain regions. Humans within the AD-continuum indicated a stage-depended reduction of microglia synchronicity associated with cognitive decline. scRadiotracing in mice showed that the increased TSPO signal was attributed to microglia. Conclusion Using TSPO-PET imaging of mice with depleted microglia and scRadiotracing in an amyloid model, we provide first evidence that a microglia connectome can be assessed in the mouse brain. Microglia synchronicity is closely associated with cognitive decline in AD and could serve as an independent personalized biomarker for disease progression.

Abstract Ca 2+ functions as an important intracellular signal for a wide range of cellular processes. These processes are selectively activated by controlled spatiotemporal dynamics of the free cytosolic Ca 2+ . Intracellular Ca 2+ dynamics are regulated by numerous cellular parameters. Here, we established a new way to determine neuronal Ca 2+ handling properties by combining the ‘added buffer’ approach (Neher and Augustine, 1992) with perforated patch-clamp recordings (Horn and Marty, 1988). Since the added buffer approach typically employs the standard whole-cell configuration for concentration-controlled Ca 2+ indicator loading, it only allows for the reliable estimation of the immobile fraction of intracellular Ca 2+ buffers. Furthermore, crucial components of intracellular signaling pathways are being washed out during prolonged whole-cell recordings, leading to cellular deterioration. By combining the added buffer approach with perforated patch-clamp recordings, these issues are circumvented, allowing the precise quantification of the cellular Ca 2+ handling properties, including immobile as well as mobile Ca 2+ buffers.