Neuropathological and experimental evidence suggests that the cell-to-cell transfer of α-synuclein has an important role in the pathogenesis of Parkinson’s disease (PD). However, the mechanism underlying this phenomenon is not fully understood. We undertook a small interfering RNA (siRNA), genome-wide screen to identify genes regulating the cell-to-cell transfer of α-synuclein. A genetically encoded reporter, GFP-2A-αSynuclein-RFP, suitable for separating donor and recipient cells, was transiently transfected into HEK cells stably overexpressing α-synuclein. We find that 38 genes regulate the transfer of α-synuclein-RFP, one of which is ITGA8, a candidate gene identified through a recent PD genome-wide association study (GWAS). Weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) and weighted protein-protein network interaction analysis (WPPNIA) show that those hits cluster in networks that include known PD genes more frequently than expected by random chance. The findings expand our understanding of the mechanism of α-synuclein spread.

Protein aggregation, which can sometimes spread in a prion-like manner, is a hallmark of neurodegenerative diseases. However, whether prion-like aggregates form during normal brain aging remains unknown. Here, we use quantitative proteomics in the African turquoise killifish to identify protein aggregates that accumulate in old vertebrate brains. These aggregates are enriched for prion-like RNA-binding proteins, notably the ATP-dependent RNA helicase DDX5. We validate that DDX5 forms aggregate-like puncta in the brains of old killifish and mice. Interestingly, DDX5's prion-like domain allows these aggregates to propagate across many generations in yeast. In vitro, DDX5 phase separates into condensates. Mutations that abolish DDX5 prion propagation also impair the protein's ability to phase separate. DDX5 condensates exhibit enhanced enzymatic activity, but they can mature into inactive, solid aggregates. Our findings suggest that protein aggregates with prion-like properties form during normal brain aging, which could have implications for the age-dependency of cognitive decline.

Abstract A defining characteristic of mammalian prions is their capacity for self-sustained propagation. Theoretical considerations and experimental evidence suggest that prion propagation is modulated by cell-autonomous and non-autonomous modifiers. Using a novel quantitative phospholipase protection assay (QUIPPER) for high-throughput prion measurements, we performed an arrayed genome-wide RNA interference (RNAi) screen aimed at detecting modifiers of prion propagation. We exposed prion-infected cells in high-density microplates to 35’364 ternary pools of 52’746 siRNAs targeting 17’582 genes representing the mouse protein-coding transcriptome. We identified 1191 modulators of prion propagation. While 1151 of these modified the expression of both the pathological prion protein, PrP Sc , and its cellular counterpart PrP C , 40 genes affected selectively PrP Sc . Of the latter, 20 genes augmented prion production when suppressed. A prominent limiter of prion propagation was the heterogeneous nuclear ribonucleoprotein Hnrnpk. Psammaplysene A (PSA), which binds Hnrnpk, reduced prion levels in cultured cells and protected them from cytotoxicity. PSA also reduced prion levels in infected cerebellar organotypic slices and alleviated locomotor deficits in prion-infected Drosophila melanogaster expressing ovine PrP C . Hence, genome-wide QUIPPER-based perturbations can discover actionable cellular pathways involved in prion propagation. Finally, the unexpected identification of a prioncontrolling ribonucleoprotein suggests a role for RNA in the generation of infectious prions.

The cellular prion protein PrP C is necessary for prion replication, and its reduction greatly increases life expectancy in animal models of prion infection. Hence the factors controlling the levels of PrP C may represent therapeutic targets against human prion diseases. Here we performed an arrayed whole-transcriptome RNA interference screen to identify modulators of PrP C expression. We cultured human U251-MG glioblas-toma cells in the presence of 64752 unique siRNAs targeting 21584 annotated human genes, and measured PrP C using a one-pot fluorescence-resonance energy transfer immunoassay in 51128 individual microplate wells. This screen yielded 743 candidate regulators of PrP C . When downregulated, 563 of these candidates reduced and 180 enhanced PrPC expression. Recursive candidate attrition through multiple secondary screens yielded 54 novel regulators of PrP C , 9 of which were confirmed by CRISPR interference as robust regulators of PrP C biosynthesis and degradation. The phenotypes of 6 of the 9 candidates were in-verted in response to transcriptional activation using CRISPRa. The RNA-binding post-transcriptional repressor Pumilio-1 was identified as a potent limiter of PrP C expression through the degradation of PRNP mRNA. Because of its hypothesis-free design, this comprehensive genetic-perturbation screen delivers an unbiased landscape of the genes regulating PrP C levels in cells, most of which were unanticipated, and some of which may be amenable to pharmacological targeting in the context of antiprion therapies.

The persistence of the latent HIV−1 reservoir is a major obstacle to cure HIV−1 infection. HIV−1 integrates into the cellular genome and some targeted genomic loci are frequently detected in clonally expanded latently HIV−1 infected cells, for instance, the gene BTB domain and CNC homology 2 (BACH2) . We investigated HIV−1 promoter activity after integration into specific sites in BACH2 . The HIV−1−based vector LTatCL[M] contains two fluorophores: 1.) Cerulean, which reports the activity of the HIV−1 promoter, and 2.) mCherry driven by a constitutive promotor and flanked by genetic insulators. This vector was inserted into introns 2 and 5 of BACH2 of Jurkat T−cells via CRISPR/Cas9 technology in the same and convergent transcriptional orientation of BACH2 , and into the genomic safe harbour AAVS1. Single cell clones representing active (Cerulean+/mCherry+) and inactive (Cerulean−/mCherry+) HIV−1 promoters were characterized. Upon targeted integration of the 5.3 kb vector LTatCL[M] into BACH2 , active HIV−1 promoters were gradually silenced as reflected by decrease in Cerulean expression over a period of 162 days in culture. Silenced HIV−1 promoters could be reactivated by TNF−α and Romidepsin. This observation was independent of the targeted intron and the transcriptional orientation. BACH2 mRNA and protein expression was not impaired by mono−allelic integration of LTatCL[M]. Our results show that the HIV−1 promoter is silenced when integrated into BACH2 without impairing BACH2 mRNA and protein expression. This might contribute to HIV−1 persistence, enabling infected T−cells to complete differentiation into a memory phenotype, persist, and clonally expand over time.

The clinical course of prion diseases is accurately predictable despite long latency periods, suggesting that prion pathogenesis is driven by precisely timed molecular events. We constructed a searchable genome-wide atlas of mRNA abundance, splicing and editing alterations during the course of disease in prion-inoculated mice. Prion infection induced transient changes in mRNA abundance and processing already at eight weeks post inoculation, well ahead of any neuropathological and clinical signs. In contrast, microglia-enriched genes displayed an increase simultaneous with the appearance of clinical symptoms, whereas neuronal-enriched transcripts remained unchanged until the very terminal stage of disease. This suggests that glial pathophysiology, rather than neuronal demise, represents the final driver of disease. The administration of young plasma attenuated the occurrence of early mRNA abundance alterations and delayed symptoms in the terminal phase of the disease. The early onset of prion-induced molecular changes might thus point to novel biomarkers and potential interventional targets.

Neuropathological and experimental evidence suggests that the cell-to-cell transfer of a-synuclein has an important role in the pathogenesis of Parkinson’s disease (PD). However, the mechanism underlying this phenomenon is not fully understood. We undertook a small interfering RNA (siRNA), genome-wide screen to identify genes regulating the cell-to-cell transfer of a-synuclein. A genetically encoded reporter, GFP-2A-aSynuclein- RFP, suitable for separating donor and recipient cells, was transiently transfected into HEK cells stably overexpressing a-synuclein. We find that 38 genes regulate the transfer of a-synuclein-RFP, one of which is ITGA8, a candidate gene identified through a recent PD genome-wide association study (GWAS). Weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) and weighted protein-protein network interaction analysis (WPPNIA) showthat those hits cluster in networks that include known PD genesmore frequently than expected by random chance. The findings expand our understanding of the mechanism of a-synuclein spread.

Iatrogenic transmission of prions, the infectious agents of fatal Creutzfeldt-Jakob disease, through inefficiently decontaminated medical instruments remains a critical issue. Harsh chemical treatments are effective, but not suited for routine reprocessing of reusable surgical instruments in medical cleaning and disinfection processes due to material incompatibilities. The identification of mild detergents with activity against prions is therefore of high interest but laborious due to the low throughput of traditional assays measuring prion infectivity. Here, we report the establishment of TESSA (s T ainl ES s steel-bead S eed A mplification assay), a modified real-time quaking induced cyclic amplification (RT-QuIC) assay that explores the propagation activity of prions with stainless steel beads. TESSA was applied for the screening of about 70 different commercially available and novel formulations and conditions for their prion inactivation efficacy. One hypochlorite-based formulation, two commercially available alkaline formulations and a manual alkaline pre-cleaner were found to be highly effective in inactivating prions under conditions simulating automated washer-disinfector cleaning processes. The efficacy of these formulations was confirmed in vivo in a murine prion infectivity bioassay, yielding a reduction of the prion titer for bead surface adsorbed prions below detectability. Our data suggest that TESSA represents an effective method for a rapid screening of prion-inactivating detergents, and that alkaline and oxidative formulations are promising in reducing the risk of potential iatrogenic prion transmission through insufficiently decontaminated instrument surfaces.

Summary Neuropathological and experimental evidence suggests that the cell-to-cell transfer of a-synuclein has an important role in the pathogenesis of Parkinson’s disease (PD). However, the mechanism underlying this phenomenon is not fully understood. We undertook an siRNA, genome-wide high throughput screen to identify genes regulating the cell-to-cell transfer of a-synuclein. We transiently transfected HEK cells stably overexpressing a-synuclein with a construct encoding GFP-2a-aSynuclein-RFP. The cells expressing a-synuclein-RFP through transfection were double positive for GFP and RFP fluorescence, whereas the cells receiving it through transfer were positive only for RFP fluorescence. The amount of a-synuclein transfer was quantified by high content microscopy. A series of unbiased screens confirmed the involvement of 38 genes in the regulation of a-synuclein-RFP transfer. One of those hits was ITGA8 , a candidate gene recently identified through a large PD genome wide association study (GWAS). Weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) and weighted protein-protein network interaction analysis (WPPNIA) showed that the hits clustered in networks that included known PD Mendelian and GWAS risk genes more frequently than expected than random chance. Given the genetic overlap between a-synuclein transfer and PD, those findings provide supporting evidence for the importance of the cell-to-cell transfer of a-synuclein in the pathogenesis of PD, and expand our understanding of the mechanism of a-synuclein spread.

Abstract Iatrogenic transmission of prions, the infectious agents of fatal Creutzfeldt-Jakob disease, through inefficiently decontaminated medical instruments remains a critical issue. Harsh chemical treatments are effective, but not suited for routine reprocessing of reusable surgical instruments in medical cleaning and disinfection processes due to material incompatibilities. The identification of mild detergents with activity against prions is therefore of high interest but laborious due to the low throughput of traditional assays measuring prion infectivity. Here, we report the development of TESSA (s T ainl ES s steel-bead S eed A mplification assay), a prion seed amplification assay that explores the propagation activity of prions with stainless steel beads. TESSA was applied for the screening of about 70 different commercially available and novel formulations and conditions for their prion inactivation efficacy. One hypochlorite-based formulation, two commercially available alkaline formulations and a manual alkaline pre-cleaner were found to be highly effective in inactivating prions under conditions simulating automated washer-disinfector cleaning processes. The efficacy of these formulations was confirmed in vivo in a murine prion infectivity bioassay, yielding a reduction of the prion titer for the bead surface adsorbed prions below detectability. Our data suggest that TESSA represents an effective method for a rapid screening of prion-inactivating detergents, and that alkaline and oxidative formulations are promising in reducing the risk of potential iatrogenic prion transmission through insufficiently decontaminated instrument surfaces.