The radical response of peripheral nerves to injury (Wallerian degeneration) is the cornerstone of nerve repair. We show that activation of the transcription factor c-Jun in Schwann cells is a global regulator of Wallerian degeneration. c-Jun governs major aspects of the injury response, determines the expression of trophic factors, adhesion molecules, the formation of regeneration tracks and myelin clearance and controls the distinctive regenerative potential of peripheral nerves. A key function of c-Jun is the activation of a repair program in Schwann cells and the creation of a cell specialized to support regeneration. We show that absence of c-Jun results in the formation of a dysfunctional repair cell, striking failure of functional recovery, and neuronal death. We conclude that a single glial transcription factor is essential for restoration of damaged nerves, acting to control the transdifferentiation of myelin and Remak Schwann cells to dedicated repair cells in damaged tissue.

To test blood and CSF neurofilament light chain (NfL) levels in relation to disease progression and survival in amyotrophic lateral sclerosis (ALS).

ALS is a fatal neurodegenerative disease characterized by selective motor neuron death resulting in muscle paralysis. Mutations in superoxide dismutase 1 (SOD1) are responsible for a subset of familial cases of ALS. Although evidence from transgenic mice expressing human mutant SOD1(G93A) suggests that axonal transport defects may contribute to ALS pathogenesis, our understanding of how these relate to disease progression remains unclear. Using an in vivo assay that allows the characterization of axonal transport in single axons in the intact sciatic nerve, we have identified clear axonal transport deficits in presymptomatic mutant mice. An impairment of axonal retrograde transport may therefore represent one of the earliest axonal pathologies in SOD1(G93A) mice, which worsens at an early symptomatic stage. A deficit in axonal transport may therefore be a key pathogenic event in ALS and an early disease indicator of motor neuron degeneration.

Abstract Amyotrophic lateral sclerosis (ALS)-causing mutations clearly implicate ubiquitously expressed and predominantly nuclear RNA binding proteins (RBPs), which form pathological cytoplasmic inclusions in this context. However, the possibility that wild-type RBPs mislocalize without necessarily becoming constituents of ALS cytoplasmic inclusions themselves remains unexplored. We hypothesized that nuclear-to-cytoplasmic mislocalization of the RBP Fused in Sarcoma (FUS), in an unaggregated state, may occur more widely in ALS that previously recognized. To address this hypothesis, we analysed motor neurons (MNs) from an human ALS induced-pluripotent stem cells (iPSC) model caused by the VCP mutation. Additionally, we examined mouse transgenic models and post-mortem tissue from human sporadic ALS cases. We report nuclear-to-cytoplasmic mislocalization of FUS in both VCP-mutation related ALS and, crucially, in sporadic ALS spinal cord tissue from multiple cases. Furthermore, we provide evidence that FUS protein binds to an aberrantly retained intron within the SFPQ transcript, which is exported from the nucleus into the cytoplasm. Collectively, these data support a model for ALS pathogenesis whereby aberrant intron-retention in SFPQ transcripts contributes to FUS mislocalization through their direct interaction and nuclear export. In summary, we report widespread mislocalization of the FUS protein in ALS and propose a putative underlying mechanism for this process.

Abstract Viral vector technologies based on adeno-associated virus (AAV) have demonstrated promising ability to deliver genetic cargo to a range of organs in vivo, with several novel candidates showing clinical efficacy in human trials over the past decade. However, naturally occurring AAV serotypes are limited in their ability to target skeletal muscle, an important gene therapy target for many neuromuscular disorders. This means that high doses of AAV are often required to achieve therapeutically effective doses in muscle. To overcome this, novel AAV vector capsids have been engineered by inserting targeting peptides into the AAV9 capsid variable region VIII (VRIII) to achieve greater muscle transduction efficiency. Here we describe investigation of a newly reported capsid, called MyoAAV1A combined with clinically validated muscle-specific promoters. We profiled the efficiency of in vivo delivery to murine skeletal muscle and found that the optimal combination of MyoAAV1A capsid with MHCK7 promoter maintains transgene expression in skeletal muscle, and reduces expression in off-target tissues, particularly the liver. This highlights a promising capsid-promoter combination to progress in further preclinical research for skeletal muscle gene therapy. Graphical abstract

Background and aim: Spinal bulbar muscular atrophy (SBMA) is a progressive adult-onset X-linked neuromuscular disease. Although traditionally considered a motor neuron disorder, recent advances have highlighted a primary myopathic component. We evaluated levels of phosphorylated neurofilament heavy chain (pNfH), a known biomarker for neurodegeneration, in SBMA. Materials and methods: We collected plasma and serum from 46 SBMA, 50 ALS and 50 healthy control cases, alongside with plasma from a mouse model of SBMA (AR100) and littermate controls. We measured pNfH plasma levels using Single molecule array (Simoa), we assessed functional scales and we gathered demographic data. We analysed data using Mann-Whitney U test, Kruskal-Wallis test and Cox regression analysis. Results: Plasma pNfH levels were significantly increased in ALS, but, intriguingly, there was no change in SBMA. These results were also confirmed in SBMA mice. The ROC curve highlighted that pNfH levels can effectively distinguish between ALS and SBMA (AUC 0.95). Conclusions: Unexpectedly, levels of pNfH are normal in SBMA, whilst they are increased in ALS, and suggest pNfH could serve as a biomarker to differentiate the two diseases. Further, this finding is in agreement with recent evidence showing that primary muscle damage is a crucial feature in SBMA.

Objective: To investigate the use of muscle MRI for the differential diagnosis and as a disease progression biomarker for two major forms of motor neuron disorders, spinal bulbar muscular atrophy (SBMA) and amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Methods: We applied quantitative 3-point Dixon and semi-quantitative T1-weighted and STIR imaging to bulbar and lower limb muscles and performed clinical and functional assessments in ALS (n=21) and SBMA (n=21) patients, alongside healthy controls (n=16). Acquired images were analyzed for the presence of fat infiltration or edema as well as specific patterns of muscle involvement. Quantitative MRI measurements were correlated with clinical parameters of disease severity in ALS and SBMA. Results: Quantitative imaging revealed significant fat infiltration in bulbar (p<0.001) and limb muscles in SBMA compared to controls (thigh: p<0.001; calf: p=0.001), identifying a characteristic pattern of muscle involvement. In ALS, semi-quantitative STIR imaging detected marked hyperintensities in lower limb muscles, distinguishing ALS from SBMA and controls. Lastly, MRI measurements correlated significantly with clinical scales of disease severity in both ALS and SBMA. Conclusions: Our findings show that muscle MRI differentiates between SBMA and ALS and correlates with disease severity, supporting its use as a diagnostic tool and biomarker for disease progression. This highlights the clinical utility of muscle MRI in motor neuron disorders and contributes to establish objective outcome measures, which is crucial for the development of new drugs.

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a relentless neurodegenerative disease affecting the motor neuron system. Variability in the rate of disease progression has limited the effectiveness of ALS clinical trials. Thus, better outcome measures are desperately needed in order to achieve therapeutic progress. Here, we investigate the potential of plasma cell-free microRNAs as biomarkers to predict ALS progression. We apply an unbiased high-throughput approach to define miRNA levels in a large cohort of ALS patients. Crucially, we conduct our analysis also on longitudinal samples reflecting disease progression, and are able to integrate detailed clinical phenotyping in our analysis. We find miR-181a-5p levels to be stable throughout the disease course and demonstrate that high miR-181a-5p plasma levels predict shortened survival in ALS patients, with a 2.5 fold reduction in median survival for patients with high miR-181a-5p plasma levels. We replicated this finding in an independent validation cohort, where an eight-fold (×8) difference in miR-181a-5p levels between the two prognosis subgroups was robustly measurable by quantitative real time PCR. In conclusion, miR-181a-5p plasma levels can predict disease course in ALS, identifying it as a novel biomarker for patient stratification with the potential to greatly enhance the effectiveness of clinical trials.One Sentence Summary higher plasma miR-181a-5p levels increase mortality risk in ALS patients.