Summary

 We report that, in the rat hippocampus, learning leads to a significant increase in extracellular lactate levels that derive from glycogen, an energy reserve selectively localized in astrocytes. Astrocytic glycogen breakdown and lactate release are essential for long-term but not short-term memory formation, and for the maintenance of long-term potentiation (LTP) of synaptic strength elicited in vivo. Disrupting the expression of the astrocytic lactate transporters monocarboxylate transporter 4 (MCT4) or MCT1 causes amnesia, which, like LTP impairment, is rescued by L-lactate but not equicaloric glucose. Disrupting the expression of the neuronal lactate transporter MCT2 also leads to amnesia that is unaffected by either L-lactate or glucose, suggesting that lactate import into neurons is necessary for long-term memory. Glycogenolysis and astrocytic lactate transporters are also critical for the induction of molecular changes required for memory formation, including the induction of phospho-CREB, Arc, and phospho-cofilin. We conclude that astrocyte-neuron lactate transport is required for long-term memory formation.

This study aimed to elucidate the genetic causes underlying early-onset Parkinsonism (EOP) in a consanguineous Iranian family. To attain this, homozygosity mapping and whole-exome sequencing were performed. As a result, a homozygous mutation (c.773G>A; p.Arg258Gln) lying within the NH2 -terminal Sac1-like inositol phosphatase domain of polyphosphoinositide phosphatase synaptojanin 1 (SYNJ1), which has been implicated in the regulation of endocytic traffic at synapses, was identified as the disease-segregating mutation. This mutation impaired the phosphatase activity of SYNJ1 against its Sac1 domain substrates in vitro. We concluded that the SYNJ1 mutation identified here is responsible for the EOP phenotype seen in our patients probably due to deficiencies in its phosphatase activity and consequent impairment of its synaptic functions. Our finding not only opens new avenues of investigation in the synaptic dysfunction mechanisms associated with Parkinsonism, but also suggests phosphoinositide metabolism as a novel therapeutic target for Parkinsonism.

Liquid biopsies are revolutionizing the fields of prenatal non-invasive testing and cancer diagnosis by leveraging the genetic differences between mother and fetus, and, host and cancer. In the absence of genetic variance, epigenetics has been used to decipher the cell-of-origin of cell-free DNA (cfDNA). Liquid biopsies are minimally invasive and thus represent an attractive option for hard to biopsy tissues such as the brain. Here we report the first evidence of neuron derived cfDNA and cerebellum cfDNA within acute neurotrauma and chronic neurodegeneration, establishing the first class of peripheral biomarkers with specificity for the cell-type and brain-region undergoing potential injury and/or neurodegeneration.

Abstract An increasing number of identified Parkinson’s disease (PD) risk loci contain genes highly expressed in innate immune cells, yet their potential role in pathological mechanisms is not obvious. We have generated transcriptomic profiles of CD14 + monocytes from 230 individuals with sporadic PD and age-matched healthy subjects. We identified dysregulation of genes involved in mitochondrial and proteasomal function. We also generated transcriptomic profiles of primary microglia from autopsied brains of 55 PD and control subjects and observed discordant transcriptomic signatures of mitochondrial genes in PD monocytes and microglia. We further identified PD susceptibility genes, whose expression, relative to each risk allele, is altered in monocytes. These findings reveal that transcriptomic mitochondrial alterations are detectable in PD monocytes and are distinct from brain microglia, and facilitates efforts to understand the roles of myeloid cells in PD.

Progressive supranuclear palsy (PSP) is a sporadic neurodegenerative tauopathy variably affecting brainstem and cortical structures and characterized by tau inclusions in neurons and glia. The precise mechanism whereby these protein aggregates lead to cell death remains unclear. To investigate the contribution of these different cellular abnormalities to PSP pathogenesis, we performed single-nucleus RNA sequencing and analyzed 45,559 high quality nuclei targeting the subthalamic nucleus and adjacent structures from human post-mortem PSP brains with varying degrees of pathology compared to controls. Cell-type specific differential expression and pathway analysis identified both common and discrete changes in numerous pathways previously implicated in PSP and other neurodegenerative disorders. This included EIF2 signaling, an adaptive pathway activated in response to diverse stressors, which was the top activated pathway in vulnerable cell types. Using immunohistochemistry, we found that activated eIF2α was positively correlated with tau pathology burden in vulnerable brain regions. Multiplex immunofluorescence localized activated eIF2α positivity to hyperphosphorylated tau (p-tau) positive neurons and ALDH1L1-positive astrocytes, supporting the increased transcriptomic EIF2 activation observed in these vulnerable cell types. In conclusion, these data provide insights into cell-type-specific pathological changes in PSP and support the hypothesis that failure of adaptive stress pathways play a mechanistic role in the pathogenesis and progression of PSP.

Introduction The unique red blood cell (RBC) properties that characterize the rare neuroacanthocytosis syndromes (NAS) have prompted the exploration of osmotic gradient ektacytometry (Osmoscan) as a diagnostic tool for these disorders. In this exploratory study, we assessed if Osmoscans can discriminate NAS from other neurodegenerative diseases. Methods A comprehensive assessment was conducted using Osmoscan on a diverse group of patients, including healthy controls ( n = 9), neuroacanthocytosis syndrome patients ( n = 6, 2 VPS13A and 4 XK disease), Parkinson’s disease patients ( n = 6), Huntington’s disease patients (n = 5), and amyotrophic lateral sclerosis patients ( n = 4). Concurrently, we collected and analyzed RBC indices and patients’ characteristics. Results Statistically significant changes were observed in NAS patients compared to healthy controls and other conditions, specifically in osmolality at minimal elongation index (O min ), maximal elongation index (EI max ), the osmolality at half maximal elongation index in the hyperosmotic part of the curve (O hyper ), and the width of the curve close to the osmolality at maximal elongation index (O max -width). Discussion This study represents an initial exploration of RBC properties from NAS patients using osmotic gradient ektacytometry. While specific parameters exhibited differences, only O hyper and O max -width yielded 100% specificity for other neurodegenerative diseases. Moreover, unique correlations between Osmoscan parameters and RBC indices in NAS versus controls were identified, such as osmolality at maximal elongation index (O max ) vs. mean cellular hemoglobin content (MCH) and minimal elongation index (EI min ) vs. red blood cell distribution width (RDW). Given the limited sample size, further studies are essential to establish diagnostic guidelines based on these findings.

Progressive supranuclear palsy (PSP) is a sporadic neurodegenerative tauopathy variably affecting brainstem and cortical structures, and characterized by tau inclusions in neurons and glia. The precise mechanism whereby these protein aggregates lead to cell death remains unclear. To investigate the contribution of these different cellular abnormalities to PSP pathogenesis, we performed single-nucleus RNA sequencing (snRNA-seq) and analyzed 50,708 high quality nuclei targeting the diencephalon, including the subthalamic nucleus and adjacent structures, from human post-mortem PSP brains with varying degrees of pathology compared to controls. Cell-type-specific differential expression and pathway analysis identified both common and discrete changes in numerous pathways previously implicated in PSP and other neurodegenerative disorders. This included EIF2 signaling, an adaptive pathway activated in response to diverse stressors, which was activated in multiple vulnerable cell types and validated in independent snRNA-seq and bulk RNA-seq datasets. Using immunohistochemistry, we found that activated eIF2α was positively correlated with tau pathology burden in vulnerable brain regions. Multiplex immunofluorescence localized activated eIF2α positivity to hyperphosphorylated tau (p-tau) positive neurons and ALDH1L1-positive astrocytes, supporting the increased transcriptomic EIF2 activation observed in these vulnerable cell types. In conclusion, these data provide insights into cell-type-specific pathological changes in PSP and support the hypothesis that failure of adaptive stress pathways play a mechanistic role in the pathogenesis and progression of PSP.