SUMMARY Deposition of α-synuclein fibrils is implicated in Parkinson’s disease (PD) and dementia with Lewy bodies (DLB), while in vivo detection of α-synuclein pathologies in these illnesses has been challenging. Here, we have developed a small-molecule ligand, C05-05, for visualizing α-synuclein deposits in the brains of living subjects. In vivo optical and positron emission tomography (PET) imaging of mouse and marmoset models demonstrated that C05-05 captured a dynamic propagation of fibrillogenesis along neural pathways followed by disruptions of these structures. High-affinity binding of 18 F-C05-05 to α-synuclein aggregates in human brain tissues was also proven by in vitro assays. Notably, PET-detectable 18 F-C05-05 signals were intensified in the midbrains of PD and DLB patients as compared to healthy controls, providing the first demonstration of visualizing α-synuclein pathologies in these illnesses. Collectively, we propose a new imaging technology offering neuropathology-based translational assessments of PD and allied disorders towards diagnostic and therapeutic research and development.

Deposition of α-synuclein fibrils is implicated in Parkinson's disease (PD) and dementia with Lewy bodies (DLB), while in vivo detection of α-synuclein pathologies in these illnesses has been challenging. Here, we have developed a small-molecule ligand, C05-05, for visualizing α-synuclein deposits in the brains of living subjects. In vivo optical and positron emission tomography (PET) imaging of mouse and marmoset models demonstrated that C05-05 captured a dynamic propagation of fibrillogenesis along neural pathways, followed by disruptions of these structures. High-affinity binding of 18F-C05-05 to α-synuclein aggregates in human brain tissues was also proven by in vitro assays. Notably, PET-detectable 18F-C05-05 signals were intensified in the midbrains of PD and DLB patients as compared with healthy controls, providing the first demonstration of visualizing α-synuclein pathologies in these illnesses. Collectively, we propose a new imaging technology offering neuropathology-based translational assessments of PD and allied disorders toward diagnostic and therapeutic research and development.

ABSTRACT Identification of the mechanisms of viral evasion from human antibodies is crucial both for understanding viral pathogenesis and for designing effective vaccines. However, the in vivo efficacy of the mechanisms of viral evasion from human antibodies has not been well documented. Here we show in cell cultures that an N-glycan shield on the HSV-1 envelope glycoprotein B (gB) mediated evasion from neutralization and antibody-dependent cellular cytotoxicity due to pooled γ-globulins derived from human blood. We also demonstrated that the presence of human γ-globulins in mice and HSV-1 immunity induced by viral infection in mice significantly reduced the replication of a mutant virus lacking the glycosylation site in a peripheral organ but had little effect on the replication of its repaired virus. These results suggest that the glycan shield on the HSV-1 envelope gB mediated evasion from human antibodies in vivo and from HSV-1 immunity induced by viral infection in vivo. Notably, we also found that the glycan shield on HSV-1 gB was significant for HSV-1 neurovirulence and replication in the central nervous system (CNS) of naïve mice. Thus, we have identified a critical glycan shield on HSV-1 gB that has dual impacts, namely evasion from human antibodies in vivo and viral neurovirulence. IMPORTANCE HSV-1 establishes lifelong latent and recurrent infections in humans. To produce recurrent infections that contribute to transmission of the virus to new human host(s), the virus must be able to evade the antibodies persisting in latently infected individuals. Here we show that an N-glycan shield on the envelope glycoprotein B of HSV-1 mediates evasion from pooled γ-globulins derived from human blood both in cell cultures and mice. Notably, the N-glycan shield was also significant for HSV-1 neurovirulence in naïve mice. Considering the clinical features of HSV-1 infection, these results suggest that the glycan shield not only facilitates recurrent HSV-1 infections in latently infected humans by evading antibodies, but is also important for HSV-1 pathogenesis during the initial infection.

Abstract A primary pathology of Alzheimer’s disease (AD) is Aβ deposition in brain parenchyma and blood vessels, the latter being called cerebral amyloid angiopathy (CAA). Parenchymal amyloid plaques presumably originate from neuronal Aβ precursor protein (APP), but vascular amyloid deposits’ origins remain unclear. Endothelial APP expression in APP-knock-in mice was recently shown to expand CAA pathology, highlighting endothelial APP’s importance. Furthermore, two types of endothelial APP—with and without O-glycans—have been biochemically identified, but only the former is cleaved for Aβ production, indicating the critical relationship between APP O-glycosylation and processing. Here, we analyzed APP glycosylation and its intracellular trafficking in neurons and endothelial cells. Although protein glycosylation is generally believed to precede cell surface trafficking, which was true for neuronal APP, we unexpectedly observed that APP lacking O-glycans is externalized to the endothelial cell surface and transported back to the Golgi apparatus, where it then acquires O-glycans. Knockdown of genes encoding enzymes initiating APP O-glycosylation significantly reduced Αβ production, suggesting this non-classical glycosylation pathway contributes to CAA pathology and is a novel therapeutic target.