Linking neurodegeneration and immune cells The expansion of a repetitive DNA sequence in the C9orf72 gene is the major genetic cause of amyotrophic lateral sclerosis and frontotemporal dementia. Although the expansion decreases C9orf72 expression, most research has focused on the toxic RNA and protein products it creates in neurons. O'Rourke et al. found that C9orf72 unexpectedly plays a key role in innate immune cells. Loss of C9orf72 in mice led to macrophage and microglial dysfunction and age-related neuroinflammation. This raises the possibility of a “dual-effect” disease mechanism, in which toxic byproducts in neurons are combined with microglial dysfunction from decreased C9orf72 expression, together promoting neurodegeneration. Science , this issue p. 1324

Summary While motor and cortical neurons are affected in C9orf72 ALS/FTD, it remains still largely unknown if and how non-neuronal cells induce or exacerbate neuronal damage. We generated C9orf72 ALS/FTD patient-derived induced pluripotent stem cells differentiated into microglia (iPSC-MG) and examined their intrinsic phenotypes. Similar to iPSC motor neurons, C9orf72 ALS/FTD iPSC-MG mono-cultures form G 4 C 2 repeat RNA foci, exhibit reduced C9orf72 protein levels and generate dipeptide repeat proteins. Healthy control and C9orf72 iPSC-MG equivalently express microglial specific genes and display microglial functions including inflammatory cytokine release and phagocytosis of extracellular toxic cargos such as synthetic amyloid beta peptides and healthy human brain synaptoneurosomes. Select C9orf72 iPSC-MG patient lines show inability to efficiently remove phagocytosed contents, suggesting dysfunction of the endosomal-lysosomal pathways. Finally, RNA sequencing revealed overall transcriptional changes in diseased microglia yet no significant differentially expressed microglial-enriched genes. These minimal differences in cellular, molecular and functional characteristics of microglial mono-cultures suggest that a diseased microenvironment is associated with microglial activation and subsequent regulation of neuronal dysfunction.

Abstract Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal and incurable neurodegenerative disease affecting motor neurons and characterized by microglia-mediated neurotoxic inflammation whose underlying mechanisms remain incompletely understood. In this work we reveal that MAPK/MAK/MRK overlapping kinase (MOK), with unknown physiological substrate, displays an immune function by controlling inflammatory and type-I IFN responses in microglia which are detrimental to primary motor neurons. Moreover, we uncover the epigenetic reader bromodomain-containing protein 4 (Brd4) as the first molecule regulated by MOK, by promoting Ser 492 -phospho-Brd4 levels. We further demonstrate that MOK regulates Brd4 functions by supporting its binding to cytokine gene promoters, therefore enabling innate immune responses. Remarkably, we show that MOK levels are increased in ALS spinal cord, particularly in microglial cells, and that administration of a chemical MOK-inhibitor to ALS model mice is able to modulate Ser 492 -phospho-Brd4 levels, suppress microglial activation and modify disease course, indicating a pathophysiological role of MOK kinase in ALS and neuroinflammation.