Abstract The gut microbiome can impact brain health and is altered in Parkinson’s disease (PD) patients. Here, we investigate changes in the functional microbiome in the appendix of PD patients relative to controls by metatranscriptomic analysis. We find microbial dysbiosis affecting lipid metabolism, particularly an upregulation of bacteria responsible for secondary bile acid synthesis. Proteomic and transcript analysis corroborates a disruption in cholesterol homeostasis and lipid catabolism. Bile acid analysis reveals an increase in microbially-derived, toxic secondary bile acids. Synucleinopathy in mice induces similar microbiome alterations to those of PD patients. The mouse model of synucleinopathy has elevated DCA and LCA. An analysis of blood markers shows evidence of biliary abnormalities early in PD, including elevated alkaline phosphatase and bilirubin. Increased bilirubin levels are also evident before PD diagnosis. In sum, microbially-derived toxic bile acids are heightened in PD and biliary changes may even precede the onset of overt motor symptoms.

Abstract SARS-CoV-2 corona virus causes a multi-faceted and poorly defined clinical and pathological phenotype involving hyperinflammation, cytokine release, and long-term cognitive deficits, with an undefined neuropathological mechanism. Inflammation increases the activity of the kynurenine pathway, which is linked to neurodegenerative and psychiatric disorders. We sought to determine whether the kynurenine pathway is impacted in patients with mild COVID-19, leading to elevated neurotoxic metabolites in blood, and whether such changes are associated with pro-inflammatory cytokines. Serum samples were taken from 150 patients and analyzed by ELISA and ultra-high performance liquid chromatography (UHPLC). The data were analyzed using multiple linear regression models adjusted for age and sex. We found increased levels of kynurenine, quinolinic acid and 3-hydroxykynurenine in serum from patients with mild COVID-19, together with increased levels of IL-6, ICAM-1, VCAM-1 and neopterin. The levels of neurotoxic metabolites were significantly associated with key inflammatory cytokines including IL-6 and TNFα. The COVID-19 risk-factor hypertension was associated with the highest levels of neurotoxic metabolites in plasma. These neuroactive metabolites could be part of the pathological mechanisms underlying cognitive impairment during and post-COVID and should be explored as potential biomarkers for long-COVID symptoms.

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

Parkinson9s disease (PD) is a progressive, debilitating neurodegenerative disease that afflicts approximately every 1000th individual. Recently, activation of genomic transposable elements (TE) has been suggested as a potential driver of PD onset. However, it is unclear where, when, and to what extent TEs are dysregulated in PD. Here, we performed a multi-tissue transcriptional analysis of multiple patient cohorts and identified TE transcriptional activation as a hallmark of PD. We find that PD patients exhibit up-regulation primarily of human endogenous retrovirus (HERV) transcripts in prefrontal cortex tissue, prefrontal neurons as well as in blood, and we demonstrate that TE activation in the blood is highest at the time of PD diagnosis. Supporting a potentially causal association between ERV dysregulation and PD heterogeneity, reduced gene dosage of the TE repressor Trim28 triggers transcriptional changes highly correlated to those measured in animal models of synucleinopathy (PFF-injection), and importantly, to those exhibited by patients themselves. These data identify ERV up-regulation as a common feature of central and peripheral PD etiology, and highlight potential roles for Trim28-dependent TEs in stratifying and monitoring PD and treatment compliance.