Pericytes put the squeeze on cognition Like a computer, the brain needs a reliable source of power, which is provided as oxygen and glucose in the blood. However, in many neurological disorders this energy supply is disrupted. Brain blood flow is controlled by adjustment of the diameters of the vessels supplying the blood. Nortley et al. found that, both in humans developing Alzheimer's disease (AD) and in a mouse model of AD, brain capillaries become squeezed by pericytes (see the Perspective by Liesz). By defining the underlying mechanism, they suggest potential targets for therapy in early AD. Science , this issue p. eaav9518 ; see also p. 223

ABSTRACT In microglia, changes in intracellular calcium concentration ([Ca 2+ ] i ) may regulate process motility, inflammasome activation, and phagocytosis. However, while neurons and astrocytes exhibit frequent spontaneous Ca 2+ activity, microglial Ca 2+ signals are much rarer and poorly understood. Here, we studied [Ca 2+ ] i changes of microglia in acute brain slices using Fluo-4–loaded cells and mice expressing GCaMP5g in microglia. Spontaneous Ca 2+ transients occurred ∼5 times more frequently in individual microglial processes than in their somata. We assessed whether microglial Ca 2+ responses change in Alzheimer’s disease (AD) using App NL- G-F knock-in mice. Proximity to Aβ plaques strongly affected microglial Ca 2+ activity. Although spontaneous Ca 2+ transients were unaffected in microglial processes, they were 5-fold more frequent in microglial somata near Aβ plaques than in wild-type microglia. Microglia away from Aβ plaques in AD mice showed intermediate properties for morphology and Ca 2+ responses, partly resembling those of wild-type microglia. By contrast, somatic Ca 2+ responses evoked by tissue damage were less intense in microglia near Aβ plaques than in wild-type microglia, suggesting different mechanisms underlying spontaneous vs. damage-evoked Ca 2+ signals. Finally, as similar processes occur in neurodegeneration and old age, we studied whether ageing affected microglial [Ca 2+ ] i . Somatic damage-evoked Ca 2+ responses were greatly reduced in microglia from old mice, as in the AD mice. In contrast to AD, however, old age did not alter the occurrence of spontaneous Ca 2+ signals in microglial somata but reduced the rate of events in processes. Thus, we demonstrate distinct compartmentalised Ca 2+ activity in microglia from healthy, aged and AD-like brains.

Background: Late stage Alzheimer's disease and other dementias are associated with neurofibrillary tangles and neurodegeneration. Here we describe a mouse (TauD35) carrying human Tau with the P301L mutation that results in Tau hyperphosphorylation and tangles. Previously we have compared gene expression in TauD35 mice to mice which develop plaques but no tangles. A similar comparison of other pathological features throughout disease progression is made here between amyloidβ and Tau mice. Methods: In vitro CA1 patch clamp and field recordings were used to investigate synaptic transmission and plasticity. Plaque load and microglia were investigated with immunohistochemistry. Cognition, locomotor activity and anxiety-related behaviours were assessed with a forced-alternation T-maze, open field and light/dark box. Results: Transgene copy number in TauD35 mice fell into two groups (HighTAU and LowTAU), allowing assessment of dose-dependent effects of overexpression and resulting in tangle load increasing 100-fold for a 2-fold change in protein levels. Tangles were first detected at 8 (HighTAU) or 13 months (LowTAU) but the effects on synaptic transmission and plasticity and behaviour were subtle. However severe neurodegeneration occurred in HighTAU mice at around 17 months preceded by considerable proliferation but little additional activation of microglia. Proliferation only started as neurodegeneration began at 13 months. Similarly to HighTau mice at 13 months of age, LowTAU mice at 24 months of age showed a comparable tangle load and microglial proliferation. However, LowTAU mice showed no neurodegeneration at this stage and considerable microglial activation, stressing the dependence of these effects on overexpression and/or age. Conclusions: Comparison of the effects of amyloidβ and plaques without tangles in a model of preclinical Alzheimer's disease to the effects of tangles without amyloidβ plaques in the late stage model described here may clarify the progressive stages of Alzheimer's disease. While Tau hyperphosphorylation and neurofibrillary tangles are eventually sufficient to cause severe neurodegeneration, initial effects on synaptic transmission and the immune response are subtle. In contrast while even with a heavy plaque load little if any neurodegeneration occurs, considerable effects on synaptic transmission and the immune system result, even before plaques are detectable.

Phagocytosis by glial cells is essential to regulate brain function during development and disease. Given recent interest in using amyloid β (Aβ)-targeted antibodies as a therapy for patients with Alzheimer's disease, removal of Aβ by phagocytosis is likely protective early in Alzheimer's disease, but remains poorly understood. Impaired phagocytic function of glial cells surrounding Aβ plaques during later stages in Alzheimer's disease likely contributes to worsened disease outcomes, but the underlying mechanisms of how this occurs remain unknown. We have developed a human Aβ1-42 analogue (AβpH) that exhibits green fluorescence upon internalization into the acidic phagosomes of cells but is non-fluorescent at physiological pH. This allowed us to image, for the first time, glial uptake of AβpH in real time in live animals. Microglia phagocytose more AβpH than astrocytes in culture, in brain slices and in vivo . AβpH can be used to investigate the phagocytic mechanisms removing Aβ from the extracellular space, and thus could become a useful tool to study Aβ clearance at different stages of Alzheimer's disease.

ABSTRACT Microglia are the resident immune cells of the central nervous system. They constantly survey the brain parenchyma for redundant synapses, debris or dying cells, which they remove through phagocytosis. Microglial ramification, motility and cytokine release are regulated by tonically active THIK-1 K + channels on the microglial plasma membrane. Here, we examined whether these channels play a role in phagocytosis. Using pharmacological blockers and THIK-1 knockout (KO) mice, we found that lack of THIK-1 activity reduced microglial phagocytosis, which may result in impaired pruning of synapses. In hippocampus, mice lacking THIK-1 expression had an increased number of glutamatergic synapses during development. This resulted from an increased number of presynaptic terminals, due to impaired removal by THIK-1 KO microglia. In microglia in brain slices from fresh human biopsies, modulating THIK-1 function had effects similar to those in rodents: blocking THIK-1 rapidly reduced microglial process ramification and increased synaptic density. The dependence of synapse number on THIK-1 K + channels, which control microglial surveillance and phagocytic ability, implies that changes in THIK-1 expression level over the lifespan or in disease states may contribute to altering neural circuit function. Significance Microglia are the brain’s resident immune cells, surveying it with motile processes, which can remove pathogens but also prune unnecessary junctions between the neurons (synapses). A potassium channel, THIK-1, in the microglial membrane allows efflux of potassium from these cells, and thereby regulates their membrane voltage as well as their process motility and release of inflammatory mediators. Here, using THIK-1-blocking drugs and THIK-1-deficient mice, we demonstrate that THIK-1 controls removal of synaptic material by microglia, which reduces the number of functional synapses. We also show that blocking THIK-1, as some anaesthetics do, affects microglial structure and increases the number of synapses in living brain slices from both rodents and humans, and could thus alter network function in the brain.