The hippocampal-entorhinal system supports cognitive functions, has lifelong neurogenic capabilities in many species, and is selectively vulnerable to Alzheimer’s disease. To investigate neurogenic potential and cellular diversity, we profiled single-nucleus transcriptomes in five hippocampal-entorhinal subregions in humans, macaques, and pigs. Integrated cross-species analysis revealed robust transcriptomic and histologic signatures of neurogenesis in the adult mouse, pig, and macaque but not humans. Doublecortin (DCX), a widely accepted marker of newly generated granule cells, was detected in diverse human neurons, but it did not define immature neuron populations. To explore species differences in cellular diversity and implications for disease, we characterized subregion-specific, transcriptomically defined cell types and transitional changes from the three-layered archicortex to the six-layered neocortex. Notably, METTL7B defined subregion-specific excitatory neurons and astrocytes in primates, associated with endoplasmic reticulum and lipid droplet proteins, including Alzheimer’s disease-related proteins. This resource reveals cell-type- and species-specific properties shaping hippocampal-entorhinal neurogenesis and function.

Reactive astrocytes play critical roles after brain injuries but their precise function in stroke is not well defined. Here, we utilized single nuclei transcriptomics to characterize astrocytes after ischemic stroke in nonhuman primate (NHP) marmoset monkey primary visual cortex. We identified 19 putative subtypes of astrocytes from injured and uninjured brain hemispheres and observed nearly complete segregation between stroke and control astrocyte clusters. We then screened for genes that might be limiting stroke recovery and discovered that one neurite-outgrowth inhibitory protein, NogoA, previously associated with oligodendrocytes but not astrocytes, was expressed in numerous reactive astrocyte subtypes. NogoA upregulation on reactive astrocytes was confirmed in vivo for NHP and human, but not observed to the same extent in rodent. Further in vivo and in vitro studies determined that NogoA mediated an anti-inflammatory response which limits deeper infiltration of peripheral macrophages from the lesion during the subacute post-stroke period. Specifically, these findings are relevant to the development of NogoA-targeting therapies shortly after ischemic stroke. Our findings have uncovered the complexity and species specificity of astrocyte responses, which need to be considered more when investigating novel therapeutics for brain injury.

ABSTRACT Background Cellular prion protein (PrP C ) is a high-affinity cell-surface receptor for Amyloid-β oligomers (Aßo). In certain overexpression models of Alzheimer’s Disease (AD), pharmacology and genetics demonstrate its essential role for synaptic plasticity impairment, memory deficits and synapse loss. However, PrP C ’s role in AD-related phenotypes with endogenous expression levels, its role in tau accumulation and its effect on imaging biomarkers are unknown. The necessity of PrP C for transcriptomic alterations driven by Aß across cell types is unexplored. Methods The role of PrP C was examined as a function of age in homozygous App NL-G-F /hMapt double knock-in mice (DKI). Phenotypes of App NL-G-F /hMapt mice with a deletion of Prnp expression (DKI; Prnp -/- ) were compared with DKI mice with intact Prnp , mice with a targeted deletion of Prnp (Prnp -/- ), and mice with intact Prnp (WT). Phenotypes examined included behavioral deficits, synapse loss by PET imaging, synapse loss by immunohistology, tau pathology, gliosis, inflammatory markers, and snRNA-seq transcriptomic profiling. Results By 9 months age, DKI mice showed learning and memory impairment, but DKI; Prnp -/- and Prnp -/- groups were indistinguishable from WT. Synapse loss in DKI brain, measured by [18F]SynVesT-1 SV2A PET or anti-SV2A immunohistology, was prevented by Prnp deletion. Accumulation of Tau phosphorylated at aa 217 and 202/205, C1q tagging of synapses, and dystrophic neurites were all increased in DKI mice but each decreased to WT levels with Prnp deletion. In contrast, astrogliosis, microgliosis and Aß levels were unchanged between DKI and DKI; Prnp -/- groups. Single-nuclei transcriptomics revealed differential expression in neurons and glia of DKI mice relative to WT. For DKI; Prnp -/- mice, the majority of neuronal genes differentially expressed in DKI mice were no longer significantly altered relative to WT, but most glial DKI-dependent gene expression changes persisted. The DKI-dependent neuronal genes corrected by Prnp deletion associated bioinformatically with synaptic function. Additional genes were uniquely altered only in the Prnp -/- or the DKI; Prnp -/- groups. Conclusions A functional Prnp gene is required in App NL-G-F /hMapt double knock-in mice for synapse loss, phospho-tau accumulation and neuronal gene expression. These data support the efficacy of targeting the Aßo-PrP C interaction to prevent Aßo-neurotoxicity and pathologic tau accumulation in AD.