Abstract Microglia contribute to Alzheimer’s Disease (AD) progression and are candidate therapeutic targets. Human microglia exhibit an array of transcriptional phenotypes implying that accurate manipulation of microglial function will require clarity of their molecular states and context dependent regulation. To increase the number of microglia analyzed per subject we employed fluorescence activated nuclei sorting prior to single-nucleus RNA-seq on human prefrontal cortices. We observed microglia phenotypes previously unrecognized in human brain gene expression studies and mapped their transcriptomic relationships by trajectory inference. Three clusters were enriched for endolysosomal pathways, one of which showed differential expression of AD GWAS genes in addition to genes implicated in nucleic acid detection and interferon signaling. Analysis of the “homeostatic” microglia cluster revealed a uniquely AD subcluster. Our study demonstrates the value of deeply profiling microglia to explore the biological implications of microglia transcriptomic diversity.

Abstract Ageing is the major risk factor for Alzheimer’s disease (AD), a condition involving brain hypoxia. The majority of early onset familial AD (EOfAD) cases involve dominant mutations in the gene PSEN1. PSEN1 null mutations do not cause EOfAD. We exploited putative hypomorphic and EOfAD-like mutations in the zebrafish psen1 gene to explore the effects of age and genotype on brain responses to acute hypoxia. Both mutations accelerate age-dependent changes in hypoxia-sensitive gene expression supporting that ageing is necessary, but insufficient, for AD occurrence. Curiously, the responses to acute hypoxia become inverted in extremely aged fish. This is associated with an apparent inability to upregulate glycolysis. Wild type PSEN1 allele expression is reduced in post-mortem brains of human EOfAD mutation carriers (and extremely aged fish), possibly contributing to EOfAD pathogenesis. We also observed that age-dependent loss of HIF1 stabilisation under hypoxia is a phenomenon conserved across vertebrate classes.

Abstract Patients with early-onset Alzheimer’s disease (EOAD) are at elevated risk for seizures, including patients with presenilin 2 (PSEN2) variants. Like people with epilepsy, uncontrolled seizures may worsen cognitive function in AD. While the relationship between seizures and amyloid beta accumulation has been more thoroughly investigated, the role of other drivers of seizure susceptibility in EOAD remain relatively understudied. We therefore sought to define the impact of loss of normal PSEN2 function and chronic seizures on cognitive function in the aged brain. Male and female PSEN2 KO and age- and sex-matched wild-type (WT) mice were sham or corneal kindled beginning at 6-months-old. Kindled and sham-kindled mice were then challenged up to 6 weeks later in a battery of cognitive tests: non-habituated open field (OF), T-maze spontaneous alternation (TM), and Barnes maze (BM), followed by immunohistochemistry for markers of neuroinflammation and neuroplasticity. PSEN2 KO mice required significantly more stimulations to kindle (males: p<0.02; females: p<0.02) versus WT. Across a range of behavioral tests, the cognitive performance of kindled female PSEN2 KO mice was most significantly impaired versus age-matched WT females. Male BM performance was generally worsened by seizures (p=0.038), but loss of PSEN2 function did not itself worsen cognitive performance. Conversely, kindled PSEN2 KO females made the most BM errors (p=0.007). Chronic seizures also significantly altered expression of hippocampal neuroinflammation and neuroplasticity markers in a sex-specific manner. Chronic seizures may thus significantly worsen hippocampus-dependent cognitive deficits in aged female, but not male, PSEN2 KO mice. Our work suggests that untreated focal seizures may worsen cognitive burden with loss of normal PSEN2 function in a sex-related manner.