Abstract Intraneuronal accumulation of α-synuclein (αSyn) is key in the pathogenesis of Parkinson’s disease (PD). Published studies suggest that this process begins in the enteric nervous system (ENS) and propagates into the brain decades before clinical diagnosis of PD. The triggers and mechanisms underlying the accumulation of αSyn remain unknown but evidence is growing, that immune pathways and in particular colitis may play a critical role. Here we demonstrate that patients with inflammatory bowel disease (IBD) exhibit αSyn accumulation in their colon. We then confirmed in an experimental model of IBD that intestinal inflammation can trigger αSyn accumulation in the ENS of wildtype and αSyn transgenic mice. We discovered that the type and degree of inflammation modulates the extent of αSyn accumulation in the colon and that macrophage-related signaling limits this process. Remarkably, experimental colitis at three months of age exacerbated the accumulation of aggregated phospho-Serine 129 αSyn in the midbrain, including the substantia nigra, in 21-month but not 9-month-old αSyn transgenic mice. This was accompanied by loss of nigral tyrosine hydroxylase-immunoreactive neurons, another neuropathological hallmark of PD. Together, our data suggest a critical role for intestinal inflammation in the initiation and progression of PD.

Abstract The protein alpha-synuclein (asyn) is predominantly expressed in neurons and is associated with neurodegenerative diseases like Parkinson’s disease (PD); yet, a functional role for asyn in neurons is not clearly established. We have previously shown that asyn expression is up-regulated following viral infection in neurons and is critical for host immune responses to RNA virus infections. Here, we investigate the mechanisms underlying asyn-dependent immune responses to RNA virus infection in the brain. Using asyn knock-out (KO) mice and human neuronal models, we show that asyn is required for expression of the full repertoire of interferon-stimulated genes (ISGs) in neurons following acute RNA virus infection. Furthermore, treatment of asyn KO human neurons with poly I:C or type I interferon also fail to induce expression of the full complement of ISGs suggesting that asyn plays an important role in modulating neuronal innate immune responses. In brain tissue, asyn-dependent ISG expression is independent of microglia activation and supports activation of infiltrating lymphocytes following viral challenge. We also show that virus infections lead to accumulation of phosphorylated S129 asyn in human and non-human primate neuronal tissues. In a model of pS129 asyn pathology, we found that infection with West Nile virus increases microglia activation but does not significantly alter pS129 asyn pathology in the mouse model. Taken together, our results establish asyn as a novel, neuron-specific modulator of innate immunity by a mechanism that promotes interferon-stimulated gene expression and links responses to virus infection with formation of phosphorylated S129-asyn in neuronal tissue.

Abstract Epidemiological studies suggest a link between type-2 diabetes and Parkinson’s disease (PD) risk. Treatment of type-2 diabetes with insulin sensitizing drugs lowers the risk of PD. We previously showed that the insulin sensitizing drug, MSDC-0160, ameliorates pathogenesis in some animal models of PD. MSDC-0160 reversibly binds the mitochondrial pyruvate carrier (MPC) protein complex, which has an anti-inflammatory effect and restores metabolic deficits. Since PD is characterized by the deposition of α-synuclein (αSyn), we hypothesized that inhibiting the MPC might directly inhibit αSyn aggregation in vivo in mammals. To answer if modulation of MPC can reduce the development of αSyn assemblies, and reduce neurodegeneration, we treated two chronic and progressive mouse models; a viral vector-based αSyn overexpressing model and a pre-formed fibril (PFF) αSyn seeding model with MSDC-0160. These two models present with distinct types of αSyn pathology but lack inflammatory or autophagy deficits. Contrary to our hypothesis, we found that a modulation of MPC in these models did not reduce the accumulation αSyn aggregates or mitigate neurotoxicity. Instead, MSDC-0160 changed the post-translational modification and aggregation features of the αSyn. These results are consistent with the lack of a direct effect on MPC modulation on synuclein clearance in these models.

α-Synuclein (α-syn) is the predominant protein in Lewy-body inclusions, which are pathological hallmarks of α-synucleinopathies, such as Parkinson’s disease (PD) and multiple system atrophy (MSA). Other hallmarks include activation of microglia, elevation of pro-inflammatory cytokines, as well as the activation of T and B cells. These immune changes point towards a dysregulation of both the innate and the adaptive immune system. T cells have been shown to recognize epitopes derived from α-syn and altered populations of T cells have been found in PD and MSA patients, providing evidence that these cells can be key to the pathogenesis of the disease. To study the role of the adaptive immune system with respect to α-syn pathology, we injected human α-syn preformed fibrils (PFFs) into the striatum of immunocompromised mice (NSG) and assessed accumulation of phosphorylated α-syn pathology as well as microgliosis. Compared to wildtype mice, NSG mice had an 8-fold increase in phosphorylated α-syn pathology in the substantia nigra. We also reconstituted T and B cell populations in the NSG mice with cells isolated from a wildtype mouse spleen. Interestingly, reconstituting the T cell population decreased the accumulation of α-syn pathology and resulted in persistent microgliosis when compared to non-transplanted mice; reconstitution of B cells did not alter the nigral neuropathology. Our work provides experimental evidence that T cells play a role in the pathogenesis of α-synucleinopathies.* MHC II : major histocompatibility complex II NOD/ShiLtJ (NOD) : Non-obese diabetic NSG : NOD Scid gamma PD : Parkinson’s disease PFFs : preformed fibrils α-syn : α-synuclein

Abstract The presynaptic protein α-synuclein (αSyn) has been suggested to be involved in the pathogenesis of Parkinson’s disease (PD). In PD, the amygdala is prone to develop insoluble αSyn aggregates, and it has been suggested that circuit dysfunction involving the amygdala contributes to the psychiatric symptoms. Yet, how αSyn aggregates affect amygdala function is unknown. In this study, we examined αSyn in glutamatergic axon terminals and the impact of its aggregation on glutamatergic transmission in the basolateral amygdala (BLA). We found that αSyn is primarily present in the vesicular glutamate transporter 1-expressing (vGluT1 + ) terminals in mouse BLA, which is consistent with higher levels of αSyn expression in vGluT1 + glutamatergic neurons in the cerebral cortex relative to the vGluT2 + glutamatergic neurons in the thalamus. We found that αSyn aggregation selectively decreased the cortico-BLA, but not the thalamo-BLA, transmission; and that cortico-BLA synapses displayed enhanced short-term depression upon repetitive stimulation. In addition, using confocal microscopy, we found that vGluT1 + axon terminals exhibited decreased levels of soluble αSyn, which suggests that lower levels of soluble αSyn might underlie the enhanced short-term depression of cortico-BLA synapses. In agreement with this idea, we found that cortico-BLA synaptic depression was also enhanced in αSyn knockout mice. In conclusion, both basal and dynamic cortico-BLA transmission were disrupted by abnormal aggregation of αSyn and these changes might be relevant to the perturbed cortical control of the amygdala that has been suggested to play a role in psychiatric symptoms in PD.

Background: Parkinsons disease (PD) is a synucleinopathy that has multiple neuropathological characteristics, with nigrostriatal dopamine system degeneration being a core feature. Current models of PD pathology typically fail to recapitulate several attributes of the pathogenic process and neuropathology. We aimed to define the effects of combining a mouse model exhibiting multiple PD-like changes with intrastriatal injections of α-synuclein (α-syn) pre-formed fibrils (PFFs) aggregates. We employed the heterozygous Engrailed 1 (En1+/-) mouse that features several pathophysiological hallmarks of clinical PD. Objective: To test the hypothesis that the neuropathological changes in the En1+/- mice will promote formation of α-syn aggregates following intrastriatal injections of pathogenic human α-syn PFFs. Methods: We unilaterally injected PFFs into the striata of 1 month-old En1+/- and control wild-type mice and euthanized animals at 3 months for post-mortem analysis. Results: Using immunohistochemistry and unbiased stereology, we established that PFF-injected En1+/- mice exhibited a near-threefold increase in pS129-α-syn-positive neurons in the substantia nigra compared to PFF-injected wild-type mice. The PFF-injected En1+/- mice also displayed significant increases in pS129-α-syn-positive neurons in the amygdala and ventral tegmental area; regions of known PD pathology with projections to the striatum. Additionally, we observed amplified pS129-α-syn-positive aggregation in En1+/- mice in multiple cortical regions. Conclusions: Following intrastriatal injection of PFFs, absence of an En1 allele leads to additional aggregation of pathological α-syn, potentially due to En1-loss mediated nigrostriatal impairment. We propose that further development of this double-hit model could result in a PD mouse model that predicts which experimental therapies will be effective in PD.

Parkinson's disease (PD) neuropathology is characterized by intraneuronal protein aggregates composed of misfolded α-Synuclein (α-Syn), as well as degeneration of substantia nigra dopamine neurons. Deficits in olfactory perception and aggregation of α-Syn in the olfactory bulb (OB) are observed during early stages of PD, and have been associated with the PD prodrome, before onset of the classic motor deficits. α-Syn fibrils injected into the OB of mice cause progressive propagation of α-Syn pathology throughout the olfactory system and are coupled to olfactory perceptual deficits. We hypothesized that accumulation of pathogenic α-Syn in the OB impairs neural activity in the olfactory system. To address this, we monitored spontaneous and odor-evoked local field potential dynamics in awake wild type mice simultaneously in the OB and piriform cortex (PCX) one, two, and three months following injection of pathogenic preformed α-Syn fibrils in the OB. We detected α-Syn pathology in both the OB and PCX. We also observed that the presence of α-Syn pathology, triggered by α-Syn fibril injection, influenced certain oscillatory spectral bands in these regions. These changes in neural activity occurred with region specificity, and in some cases transiently relative to the number of months that had elapsed after injection. Together, we provide evidence that α-Syn pathology in the olfactory system impacts in vivo neural activity and provides initial insights into its network-level effects.### Competing Interest StatementPatrik Brundin has received commercial support as a consultant from Axial Biotherapeutics, CuraSen, Fujifilm-Cellular Dynamics International, IOS Press Partners, LifeSci Capital LLC, Lundbeck A/S and Living Cell Technologies LTD. He has received commercial support for grants/research from Lundbeck A/S and Roche. He has ownership interests in Acousort AB and Axial Biotherapeutics and is on the steering committee of the NILO-PD trial. The authors declare no additional competing financial interests.