Abstract Background The diagnostic and pathophysiological relevance of antibodies to aquaporin-4 (AQP4-Ab) in patients with neuromyelitis optica spectrum disorders (NMOSD) has been intensively studied. However, little is known so far about the clinical impact of AQP4-Ab seropositivity. Objective To analyse systematically the clinical and paraclinical features associated with NMO spectrum disorders in Caucasians in a stratified fashion according to the patients' AQP4-Ab serostatus. Methods Retrospective study of 175 Caucasian patients (AQP4-Ab positive in 78.3%). Results Seropositive patients were found to be predominantly female (p < 0.0003), to more often have signs of co-existing autoimmunity (p < 0.00001), and to experience more severe clinical attacks. A visual acuity of ≤ 0.1 during acute optic neuritis (ON) attacks was more frequent among seropositives (p < 0.002). Similarly, motor symptoms were more common in seropositive patients, the median Medical Research Council scale (MRC) grade worse, and MRC grades ≤ 2 more frequent, in particular if patients met the 2006 revised criteria (p < 0.005, p < 0.006 and p < 0.01, respectively), the total spinal cord lesion load was higher (p < 0.006), and lesions ≥ 6 vertebral segments as well as entire spinal cord involvement more frequent (p < 0.003 and p < 0.043). By contrast, bilateral ON at onset was more common in seronegatives (p < 0.007), as was simultaneous ON and myelitis (p < 0.001); accordingly, the time to diagnosis of NMO was shorter in the seronegative group (p < 0.029). The course of disease was more often monophasic in seronegatives (p < 0.008). Seropositives and seronegatives did not differ significantly with regard to age at onset, time to relapse, annualized relapse rates, outcome from relapse (complete, partial, no recovery), annualized EDSS increase, mortality rate, supratentorial brain lesions, brainstem lesions, history of carcinoma, frequency of preceding infections, oligoclonal bands, or CSF pleocytosis. Both the time to relapse and the time to diagnosis was longer if the disease started with ON (p < 0.002 and p < 0.013). Motor symptoms or tetraparesis at first myelitis and > 1 myelitis attacks in the first year were identified as possible predictors of a worse outcome. Conclusion This study provides an overview of the clinical and paraclinical features of NMOSD in Caucasians and demonstrates a number of distinct disease characteristics in seropositive and seronegative patients.

The identification of NOX4 as a major source of oxidative stress in stroke and demonstration of dramatic protection after stroke in mice by NOX4 deletion or NOX inhibition, opens up new avenues for treatment.

To analyze whether 1 of the 2 apheresis techniques, therapeutic plasma exchange (PE) or immunoadsorption (IA), is superior in treating neuromyelitis optica spectrum disorder (NMOSD) attacks and to identify predictive factors for complete remission (CR).This retrospective cohort study was based on the registry of the German Neuromyelitis Optica Study Group, a nationwide network established in 2008. It recruited patients with neuromyelitis optica diagnosed according to the 2006 Wingerchuk criteria or with aquaporin-4 (AQP4-ab)-antibody-seropositive NMOSD treated at 6 regional hospitals and 16 tertiary referral centers until March 2013. Besides descriptive data analysis of patient and attack characteristics, generalized estimation equation (GEE) analyses were applied to compare the effectiveness of the 2 apheresis techniques. A GEE model was generated to assess predictors of outcome.Two hundred and seven attacks in 105 patients (87% AQP4-ab-antibody seropositive) were treated with at least 1 apheresis therapy. Neither PE nor IA was proven superior in the therapy of NMOSD attacks. CR was only achieved with early apheresis therapy. Strong predictors for CR were the use of apheresis therapy as first-line therapy (OR 12.27, 95% CI: 1.04-144.91, p = 0.047), time from onset of attack to start of therapy in days (OR 0.94, 95% CI: 0.89-0.99, p = 0.014), the presence of AQP4-ab-antibodies (OR 33.34, 95% CI: 1.76-631.17, p = 0.019), and monofocal attack manifestation (OR 4.71, 95% CI: 1.03-21.62, p = 0.046).Our findings suggest early use of an apheresis therapy in NMOSD attacks, particularly in AQP4-ab-seropositive patients. No superiority was shown for one of the 2 apheresis techniques.This study provides Class IV evidence that for patients with NMOSD, neither PE nor IA is superior in the treatment of attacks.

Leucine-rich glioma-inactivated 1 (LGI1) is a secreted neuronal protein that forms a trans-synaptic complex that includes the presynaptic disintegrin and metalloproteinase domain-containing protein 23 (ADAM23), which interacts with voltage-gated potassium channels Kv1.1, and the postsynaptic ADAM22, which interacts with AMPA receptors. Human autoantibodies against LGI1 associate with a form of autoimmune limbic encephalitis characterized by severe but treatable memory impairment and frequent faciobrachial dystonic seizures. Although there is evidence that this disease is immune-mediated, the underlying LGI1 antibody-mediated mechanisms are unknown. Here, we used patient-derived immunoglobulin G (IgG) antibodies to determine the main epitope regions of LGI1 and whether the antibodies disrupt the interaction of LGI1 with ADAM23 and ADAM22. In addition, we assessed the effects of patient-derived antibodies on Kv1.1, AMPA receptors, and memory in a mouse model based on cerebroventricular transfer of patient-derived IgG. We found that IgG from all patients (n = 25), but not from healthy participants (n = 20), prevented the binding of LGI1 to ADAM23 and ADAM22. Using full-length LGI1, LGI3, and LGI1 constructs containing the LRR1 domain (EPTP1-deleted) or EPTP1 domain (LRR3-EPTP1), IgG from all patients reacted with epitope regions contained in the LRR1 and EPTP1 domains. Confocal analysis of hippocampal slices of mice infused with pooled IgG from eight patients, but not pooled IgG from controls, showed a decrease of total and synaptic levels of Kv1.1 and AMPA receptors. The effects on Kv1.1 preceded those involving the AMPA receptors. In acute slice preparations of hippocampus, patch-clamp analysis from dentate gyrus granule cells and CA1 pyramidal neurons showed neuronal hyperexcitability with increased glutamatergic transmission, higher presynaptic release probability, and reduced synaptic failure rate upon minimal stimulation, all likely caused by the decreased expression of Kv1.1. Analysis of synaptic plasticity by recording field potentials in the CA1 region of the hippocampus showed a severe impairment of long-term potentiation. This defect in synaptic plasticity was independent from Kv1 blockade and was possibly mediated by ineffective recruitment of postsynaptic AMPA receptors. In parallel with these findings, mice infused with patient-derived IgG showed severe memory deficits in the novel object recognition test that progressively improved after stopping the infusion of patient-derived IgG. Different from genetic models of LGI1 deficiency, we did not observe aberrant dendritic sprouting or defective synaptic pruning as potential cause of the symptoms. Overall, these findings demonstrate that patient-derived IgG disrupt presynaptic and postsynaptic LGI1 signalling, causing neuronal hyperexcitability, decreased plasticity, and reversible memory deficits.

Abstract Autoantibodies targeting the GABA A receptor (GABA A R) hallmark an autoimmune encephalitis presenting with frequent seizures and psychomotor abnormalities. Their pathogenic role is still not well-defined, given the common overlap with further autoantibodies and the lack of patient derived monoclonal antibodies (mAbs). We cloned and recombinantly produced five affinity-maturated GABA A R IgG1 mAbs from cerebrospinal fluid cells, which bound to various epitopes involving α1 and γ2 receptor subunits, with variable binding strength and partial competition. mAbs selectively reduced GABAergic currents in neuronal cultures without causing receptor internalization. Cerebroventricular infusion of GABA A R mAbs and Fab fragments into rodents induced a severe phenotype with catatonia, seizures and increased mortality, reminiscent of encephalitis patients’ symptoms. Our results prove direct functional effects of autoantibodies on GABA A Rs and provide an animal model for GABA A R encephalitis. They further provide the scientific rationale for clinical treatments using antibody depletion and pave the way for future antibody-selective immunotherapies.

Treatment with autologous chimeric antigen receptor (CAR) T cells has emerged as a highly effective approach in neuroimmunological disorders such as myasthenia gravis. We report a case of successful anti-CD19 CAR T cell use in treatment-refractory stiff-person syndrome (SPS). To investigate clinical and immunological effects of anti-CD19 CAR T cell use in treatment-refractory SPS, a 69-y-old female with a 9-y history of treatment-refractory SPS with deteriorating episodes of stiffness received an infusion of autologous anti-CD19 CAR T cells (KYV-101) and was monitored clinically and immunologically for more than 6 mo. CAR T cell infusion resulted in reduced leg stiffness, drastic improvement in gait, walking speed increase over 100%, and daily walking distance improvement from less than 50 m to over 6 km within 3 mo. GABAergic medication (benzodiazepines) was reduced by 40%. KYV-101 CAR T cells were well tolerated with only low-grade cytokine release syndrome. This report of successful use of anti-CD19 CAR T cells in treatment-refractory SPS supports continued exploration of this approach in SPS and other B cell–related autoimmune disorders.

Abstract Sepsis-associated encephalopathy (SAE) is a frequent complication in patients with severe systemic infection resulting in acute brain dysfunction and incapacitating long-term sequelae. SAE includes delirium, premature death, post-traumatic stress disorder, and major long-term cognitive impairment. The underlying pathophysiology of SAE is largely unresolved and specific treatment options are missing. We induced the peritoneal contamination and infection (PCI) sepsis model in 769 mice and compared these with 259 control mice. We found that experimental sepsis causes synaptic pathology in the brain characterized by severely disordered synaptic plasticity with reduced long-term potentiation, changes in CA1 pyramidal neuron dendritic spines, and behavioral abnormalities indicating cognitive dysfunction. Using electrophysiology, we found reduced frequency of quantal and spontaneous excitatory postsynaptic currents whereas amplitudes of miniature, spontaneous, and evoked excitatory currents were increased, pointing towards a homeostatic synaptic scaling mechanism. Corresponding to dysfunctional excitatory synaptic function we discovered downregulation of genes related to neuronal and synaptic signaling in the brain, including the gene for activity-regulated cytoskeleton-associated protein ( Arc/Arg3.1 ), members of the transcription-regulatory EGR gene family, and the gene for dual-specificity phosphatase 6 ( Dusp6 ). At the protein level, ARC expression and MAP kinase signaling in the brain were affected. For targeted rescue of dysfunctional synaptic signaling and plasticity, we overexpressed ARC in the hippocampus by microinjection of an adeno-associated virus containing a neuron-specific plasmid of the ARC transgene. Hereby we achieved recovery of defective synaptic plasticity in the hippocampal Schaffer collateral-CA1 pathway and improvement of memory dysfunction. Using a different rescue paradigm, PCI mice were subjected to enriched environment providing multiple activating stimuli. Enriched environment led to restoration of disordered long-term potentiation and memory, thus demonstrating the potential for activity-induced improvement. Together, we identified synaptic pathomechanisms of SAE after severe systemic infection and provide a conceptual approach to treat SAE-related disease mechanisms which may be applicable to patients afflicted with SAE.

Abstract The fine control of synaptic function requires robust trans-synaptic molecular interactions. However, it remains poorly understood how the landscape of trans-synaptic bridges dynamically remodels to reflect functional states of the synapse. Here we developed novel optical tools to visualize in firing synapses the molecular behavior of a particular secreted trans-synaptic protein, LGI1, and its presynaptic receptor, ADAM23, and discovered that neuronal activity acutely rearranges the abundance of these proteins at the synaptic cleft. Surprisingly, LGI1 in synapses was not secreted, as described elsewhere, but exo- and endocytosed through its interaction with ADAM23. Activity-driven translocation of LGI1 facilitated the formation of trans-synaptic connections proportionally to the history of activity of the synapse, adjusting excitatory transmission to synaptic firing rates. Thus, our findings reveal that LGI1 abundance at the synaptic cleft can be acutely remodeled and serves as a critical point of activity-dependent control of synaptic function. Highlights – Neuronal activity translocates LGI1 and ADAM23 to the presynaptic surface – LGI1 and ADAM23 are not located in synaptic vesicles – Stable cleft localization of LGI1 depends on the history of synaptic activity – LGI1 abundance at the synaptic cleft controls glutamate release

Abstract Introduction While decreased hippocampal connectivity and disruption of functional networks are established MRI features in human anti-N-methyl-D-aspartate receptor (NMDAR) encephalitis, the underlying pathophysiology for brain network alterations remains poorly understood. Application of patient-derived monoclonal antibodies against the NR1 subunit of the NMDAR allows for the investigation of potential functional connectivity alterations in experimental murine NMDAR antibody disease models. Objective To explore functional connectivity changes in NR1 antibody mouse models using resting-state functional MRI (rs-fMRI). Methods Adult C57BL/6J mice (n=10) were intrathecally injected with a recombinant human NR1 antibody over 14 days and then studied using rs-fMRI at 7 Tesla. In addition, a newly established mouse model with in utero exposure to a human recombinant NR1 antibody characterized by a neurodevelopmental disorder (NR1-offspring) was investigated with rs-fMRI at the age of 8 weeks (n=15) and 10 months (n=14). Mice exposed to isotype-matched control antibodies served as controls. Independent component analysis (ICA) and dual regression analysis were performed to compare functional connectivity between NMDAR antibody mouse models and control mice. Results Adult NR1-antibody injected mice showed significantly impaired functional connectivity within the dentate gyrus of the left hippocampus in comparison to controls, resembling impaired hippocampal functional connectivity patterns observed in human patients with NMDAR encephalitis. Similarly, analyses showed significantly reduced functional connectivity in the dentate gyrus in NR1-offspring compared after 8 weeks, and impaired connectivity in the dentate gyrus and CA3 hippocampal subregion in NR1-offspring at the age of 10 months. Conclusion Functional connectivity changes within the hippocampus resulting from both direct application and in utero exposure to NMDAR antibodies can be modeled in experimental murine systems. With this translational approach, we successfully reproduced functional MRI alterations previously observed in human NMDAR encephalitis patients. Future experimental studies will identify the detailed mechanisms that cause functional network alterations and may eventually allow for non-invasive monitoring of disease activity and therapeutic effects in autoimmune encephalitis.

Abstract Specific autoantibodies against the NMDA-receptor (NMDAR) GluN1 subunit cause severe and debilitating NMDAR-encephalitis. Autoantibodies induce prototypic disease symptoms resembling schizophrenia, including psychosis and cognitive dysfunction. Using a mouse passive transfer model applying human monoclonal anti-GluN1-autoantibodies, we observed CA1 pyramidal neuron hypoexcitability, reduced AMPA-receptor (AMPAR) signaling, and faster synaptic inhibition resulting in disrupted excitatory-inhibitory balance. Functional alterations were supported by widespread remodeling of the hippocampal proteome, including changes in glutamatergic and GABAergic neurotransmission. At the network level, anti-GluN1-autoantibodies amplified gamma oscillations and disrupted theta-gamma coupling. A data-informed network model revealed that lower AMPAR strength and faster GABAA-receptor current kinetics chiefly account for these abnormal oscillations. As predicted by our model and evidenced experimentally, positive allosteric modulation of AMPARs alleviated aberrant gamma activity and thus reinforced the causative effects of the excitatory-inhibitory imbalance. Collectively, NMDAR-hypofunction-induced aberrant synaptic, cellular, and network dynamics provide new mechanistic insights into disease symptoms in NMDAR-encephalitis and schizophrenia.