Summary Genetic association studies have demonstrated the critical involvement of the microglial immune response in Alzheimer’s disease (AD) pathogenesis. Phospholipase C-gamma-2 (PLCG2) is selectively expressed by microglia and acts in many immune receptor signaling pathways. In AD, PLCG2 is induced uniquely in plaque-associated microglia. A genetic variant of PLCG2 , PLCG2 P522R , is a mild hypermorph that attenuates AD risk. We report the identification of a PLCG2 variant, PLCG2 M28 L , associated with loss-of-function and confers increased AD risk. PLCG2 P522R attenuates disease in an amyloidogenic murine AD model, whereas PLCG2 M28L exacerbates the plaque burden associated with altered phagocytosis and Aβ clearance. The variants bidirectionally modulate disease pathology by inducing distinct transcriptional programs that identify microglial subpopulations associated with protective or detrimental phenotypes. In summary, these findings identify PLCG2 M28L as a new AD risk variant and demonstrate that PLCG2 variants can differentially orchestrate microglial responses in AD pathogenesis that can be therapeutically targeted. Graphical abstract Highlights A genetic variant of PLCG2, M28L, is associated with an increased risk for Alzheimer’s disease (AD) In an amyloidogenic AD mouse model, PLCG2M28L exacerbates disease pathogenesis Conversely, PLCG2P522R, a protective PLCG2 variant, attenuates AD pathogenesis The PLCG2 variants uniquely alter the microglial transcriptome and phenotypes

Abstract Background Alzheimer’s disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder characterized by cognitive decline, robust microgliosis, neuroinflammation, and neuronal loss. Genome-wide association studies recently highlighted a prominent role for microglia in late-onset AD (LOAD). Specifically, inositol polyphosphate-5-phosphatase ( INPP5D ), also known as SHIP1, is selectively expressed in brain microglia and has been reported to be associated with LOAD. Although INPP5D is likely a crucial player in AD pathophysiology, its role in disease onset and progression remains unclear. Methods We performed differential gene expression analysis to investigate INPP5D expression in LOAD and its association with plaque density and microglial markers using transcriptomic (RNA-Seq) data from the Accelerating Medicines Partnership for Alzheimer’s Disease (AMP-AD) cohort. We also performed quantitative real-time PCR, immunoblotting, and immunofluorescence assays to assess INPP5D expression in the 5xFAD amyloid mouse model. Results Differential gene expression analysis found that INPP5D expression was upregulated in LOAD and positively correlated with amyloid plaque density. In addition, in 5xFAD mice, Inpp5d expression increased as the disease progressed, and selectively in plaque-associated microglia. Increased Inpp5d expression levels in 5xFAD mice were abolished entirely by depleting microglia with the colony-stimulating factor receptor-1 antagonist PLX5622. Conclusions Our findings show that INPP5D expression increases as AD progresses, predominantly in plaque-associated microglia. Importantly, we provide the first evidence that increased INPP5D expression might be a risk factor in AD, highlighting INPP5D as a potential therapeutic target. Moreover, we have shown that the 5xFAD mouse model is appropriate for studying INPP5D in AD.

Abstract INTRODUCTION A noncoding variant (rs35349669) within INPP5D , a lipid and protein phosphatase restricted to microglia in the brain, is linked to increased susceptibility to Alzheimer's disease (AD). While Inpp5d is well‐studied in amyloid pathology, its role in tau pathology remains unclear. METHODS PS19 Tauopathy mice were crossed with Inpp5d‐haplodeficient ( Inpp5d+/− ) mice to examine the impact of Inpp5d in tau pathology. RESULTS Increased INPP5D expression correlated positively with phospho‐Tau AT8 in PS19 mice. Inpp5d haplodeficiency mitigated hyperphosphorylated tau levels (AT8, AT180, AT100, and PHF1) and motor deficits in PS19 mice. Transcriptomic analysis revealed an up‐regulation of genes associated with immune response and cell migration. DISCUSSION Our findings define an association between INPP5D expression and tau pathology in PS19 mice. Alleviation in hyperphosphorylated tau, motor deficits, and transcriptomics changes in haplodeficient‐ Inpp5d PS19 mice indicate that modulation in INPP5D expression may provide therapeutic potential for mitigating tau pathology and improving motor deficits. Highlights The impact of Inpp5d in the context of tau pathology was studied in the PS19 mouse model. INPP5D expression is associated with tau pathology. Reduced Inpp5d expression in PS19 mice improved motor functions and decreased total and phospho‐Tau levels. Inpp5d haplodeficiency in PS19 mice modulates gene expression patterns linked to immune response and cell migration. These data suggest that inhibition of Inpp5d may be a therapeutic approach in tauopathies.

Abstract Alzheimer’s disease (AD) is characterized by robust microgliosis and phenotypic changes that accompany disease pathogenesis. Indeed, genetic variants in microglial genes are linked to risk for AD. Phospholipase C γ 2 (PLCG2) participates in the transduction of signals emanating from immune cell-surface receptors that regulate the inflammatory response and is selectively expressed by microglia in the brain. A rare variant in PLCG2 (P522R) was previously found to be protective against AD, indicating that PLCG2 may play a role in AD pathophysiology. Here, we report that a rare missense variant in PLCG2 confers increased AD risk ( p =0.047; OR=1.164 [95% CI=1.002-1.351]). Additionally, we observed that PLCG2 expression levels are increased in several brain regions of AD patients, correlating with brain amyloid deposition. This provides further evidence that PLCG2 may play an important role in AD pathophysiology. Together, our findings indicate that PLCG2 is a potential new therapeutic target for AD.

Abstract Obesity is recognized as a significant risk factor for Alzheimer’s disease (AD). Studies have supported the notion that obesity accelerates AD-related pathophysiology in mouse models of AD. The majority of studies to date have focused on the use of early-onset AD models. Here we evaluate the impact of genetic risk factors on late-onset AD (LOAD) in mice fed a high fat/high sugar diet. We focused on three mouse models created through the IU/JAX/Pitt MODEL-AD Center, LOAD1, LOAD1. Plcg2 M28L and LOAD1. Mthfr 677C>T . At 2 months of age, animals were placed on a high fat/high sugar diet (HFD) that induces obesity, or a control diet (CD) that does not, until 12 months of age. Throughout the study, blood was collected to assess cholesterol and glucose. Positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) was completed prior to sacrifice to image for glucose utilization and brain perfusion. At the completion of the study, blood and brains were collected for analysis. As expected, animals fed the HFD, regardless of genotype or sex, showed a significant increase in body weight compared to those fed the CD. Glucose and cholesterol increased as a function of HFD as well. Interestingly, LOAD1. Plcg2 M28L demonstrated an increase in microglia density as well as alterations in regional brain glucose and perfusion when on a HFD. These changes were not observed in LOAD1 or LOAD1. Mthfr 677C>T animals when fed a HFD. Furthermore, LOAD1. Plcg2 M28L but not LOAD1. Mthfr 677C>T or LOAD1 animals showed transcriptomics correlations to human AD modules. Our results show HFD affects brain health in a genotype-specific manner. Further insight into this process may have significant implications in the development of lifestyle interventions for treatment of AD.

Microgliosis and neuroinflammation are prominent features of Alzheimer s disease (AD). Disease-responsive microglia meet their increased energy demand by reprogramming metabolism, specifically, switching to favor glycolysis over oxidative phosphorylation. Thus, targeting of microglial immunometabolism might be of therapeutic benefit for treating AD, providing novel and often well understood immune pathways and their newly recognized actions in AD. We report that in the brains of 5xFAD mice and postmortem brains of AD patients, we found a significant increase in the levels of Hexokinase 2 (HK2), an enzyme that supports inflammatory responses by rapidly increasing glycolysis. Moreover, binding of HK2 to mitochondria has been reported to regulate inflammation by preventing mitochondrial dysfunction and NLRP3 inflammasome activation, suggesting that its inflammatory role extends beyond its glycolytic activity. Here we report, that HK2 antagonism selectively affects microglial phenotypes and disease progression in a gene-dose dependent manner. Paradoxically, complete loss of HK2 fails to improve AD progression by exacerbating inflammasome activity while its haploinsufficiency results in reduced pathology and improved cognition in the 5XFAD mice. We propose that the partial antagonism of HK2, is effective in slowed disease progression and inflammation through a non-metabolic mechanism associated with the modulation of NFKβ signaling, through its cytosolic target IKBα. The complete loss of HK2 affects additional inflammatory mechanisms associated to mitochondrial dysfunction.

BACKGROUND: Alzheimer9s disease (AD) is the most common cause of dementia worldwide, with apolipoprotein e4 (APOEe4) being the strongest genetic risk factor. Current clinical diagnostic imaging focuses on amyloid and tau; however, new methods are needed for earlier detection. METHODS: PET imaging of 18F-FDG and 64Cu-PTSM was used to assess metabolism-perfusion profiles in both sexes of aging C57BL/6J, and APOEe3/e3, APOEe4/e4, and APOEe3/e4. RESULTS: Across all strains, 8 months is a key transition stage. Females exhibited the greatest number of regional changes for both tracers, which correlate with GO-term enrichments for glucose metabolism, perfusion and immunity. Our neurovascular uncoupling analysis revealed APOEe4/e4 exhibited significant Type-1 uncoupling at 8 and 12 months, while APOEe3/e4 demonstrated significant Type-2 uncoupling by 8 months. DISCUSSION: This work highlights APOEe4 status determines key differences in progression to neurovascular uncoupling. Our method detects changes in neurovascular coupling, and may serve as an early diagnostic biomarker.

Structured Abstract Introduction Genome-wide association studies have identified over 70 genetic loci associated with late-onset Alzheimer’s disease (LOAD), but few candidate polymorphisms have been functionally assessed for disease relevance and mechanism of action. Methods Candidate genetic risk variants were informatically prioritized and individually engineered into a LOAD-sensitized mouse model that carries the AD risk variants APOE4 and Trem2*R47H. Potential disease relevance of each model was assessed by comparing brain transcriptomes measured with the Nanostring Mouse AD Panel at 4 and 12 months of age with human study cohorts. Results We created new models for 11 coding and loss-of-function risk variants. Transcriptomic effects from multiple genetic variants recapitulated a variety of human gene expression patterns observed in LOAD study cohorts. Specific models matched to emerging molecular LOAD subtypes. Discussion These results provide an initial functionalization of 11 candidate risk variants and identify potential preclinical models for testing targeted therapeutics.