ABSTRACT Myelin sheaths in the CNS are generated by the tips of oligodendrocyte processes, which wrap axons to accelerate action potential conduction, provide metabolic support and control excitability. Here we identify a distinct mode of myelination, conserved between zebrafish, mouse and human, in which oligodendrocytes extend myelin along individual axons by linking myelin sheaths across nodes of Ranvier (NoR). By forming thin extensions that cross NoR, which we term paranodal bridges, multiple sheaths can be connected to the soma by a single cytoplasmic process. Extensive in vivo live imaging-based analyses, complemented by serial electron microscopic reconstruction of paranodal bridges, revealed that many oligodendrocytes use this strategy to generate longer stretches of myelin along individual axons. In the mouse somatosensory cortex, paranodal bridges were particularly prevalent along the highly branched axons of parvalbumin expressing (PV) interneurons, which enabled oligodendrocytes to extend myelin sheaths around axon bifurcations. Sheaths at the distal ends of these chains of myelin degenerated more frequently in aged mice, suggesting that they may be more vulnerable to the aging brain environment. This previously undescribed and evolutionarily conserved feature of oligodendrocytes extends myelin coverage of individual axons without new oligodendrogenesis, which may reduce metabolic demand and preserve the fidelity of action potential propagation at axon branch points.

Abstract The most common genetic mutation found in familial and sporadic amyotrophic lateral sclerosis (ALS), as well as fronto-temporal dementia (FTD), is a repeat expansion in the C9orf72 gene. C9orf72 is highly expressed in human myeloid cells, and although neuroinflammation and microglial pathology are widely found in ALS/FTD, the underlying mechanisms are poorly understood. Here, using human induced pluripotent stem cell-derived microglia-like cells (hiPSC-MG) harbouring C9orf72 mutation (mC9-MG) together with gene-corrected isogenic controls (isoC9-MG) and C9ORF72 knock-out hiPSC-MG (C9KO-MG), we show that reduced C9ORF72 protein is associated with impaired phagocytosis and an exaggerated inflammatory response upon stimulation with lipopolysaccharide, driven by sustained activation of NLRP3 inflammasome and NF-κB signalling. Analysis of the hiPSC-MG C9ORF72 interactome revealed an association of C9ORF72 with key regulators of autophagy, a process involved in the homeostatic regulation of the innate immune response. We found impaired initiation of autophagy in C9KO-MG and mC9-MG. Furthermore, through motor neuron-microglial (MN-MG) co-culture studies, we identified that autophagy deficit in mC9-MG led to increased vulnerability of C9 MNs to excitotoxic stimulus. Pharmacological activation of autophagy ameliorated the sustained activation of NLRP3 inflammasome and NF-κB signalling, reversed the phagocytic deficit found in mC9-MG and also reduced MN death in MN-MG co-cultures. We validated these findings in blood-derived macrophages from people with C9orf72 mutation. Our results reveal an important role for C9ORF72 in regulating microglial immune homeostasis and identify dysregulation in human myeloid cells as a contributor to neurodegeneration in ALS/FTD. Teaser Disrupted autophagy led immune activation in microglia results in enhanced motor neuronal death in C9orf72 -ALS.