Abstract Primary age-related tauopathy (PART) is a form of Alzheimer-type neurofibrillary degeneration occurring in the absence of amyloid-beta (Aβ) plaques. While PART shares some features with Alzheimer disease (AD), such as progressive accumulation of neurofibrillary tangle pathology in the medial temporal lobe and other brain regions, it does not progress extensively to neocortical regions. Given this restricted pathoanatomical pattern and variable symptomatology, there is a need to reexamine and improve upon how PART is neuropathologically assessed and staged. We performed a retrospective autopsy study in a collection ( n =174) of post-mortem PART brains and used logistic regression to determine the extent to which a set of clinical and neuropathological features predict cognitive impairment. We compared Braak staging, which focuses on hierarchical neuroanatomical progression of AD tau and Aβ pathology, with quantitative assessments of neurofibrillary burden using computer-derived positive pixel counts on digitized whole slide images of sections stained immunohistochemically with antibodies targeting abnormal hyperphosphorylated tau (p-tau) in the entorhinal region and hippocampus. We also assessed other factors affecting cognition, including aging-related tau astrogliopathy (ARTAG) and atrophy. We found no association between Braak stage and cognitive impairment when controlling for age ( p =0.76). In contrast, p-tau burden was significantly correlated with cognitive impairment even when adjusting for age ( p =0.03). The strongest correlate of cognitive impairment was cerebrovascular disease, a well-known risk factor ( p <0.0001), but other features including ARTAG ( p =0.03) and hippocampal atrophy ( p =0.04) were also associated. In contrast, sex, APOE , psychiatric illness, education, argyrophilic grains, and incidental Lewy bodies were not. These findings support the hypothesis that comorbid pathologies contribute to cognitive impairment in subjects with PART. Quantitative approaches beyond Braak staging are critical for advancing our understanding of the extent to which age-related tauopathy changes impact cognitive function.

Abstract Age-related cognitive impairment is multifactorial, with numerous underlying and frequently co-morbid pathological correlates. Amyloid beta (Aβ) plays a major role in Alzheimer’s type age-related cognitive impairment, in addition to other etiopathologies such as Aβ-independent hyperphosphorylated tau, cerebrovascular disease, and myelin damage, which also warrant further investigation. Classical methods, even in the setting of the gold standard of postmortem brain assessment, involve semi-quantitative ordinal staging systems that often correlate poorly with clinical outcomes, due to imperfect cognitive measurements and preconceived notions regarding the neuropathologic features that should be chosen for study. Improved approaches are needed to identify histopathological changes correlated with cognition in an unbiased way. We used a weakly supervised multiple instance learning algorithm on whole slide images of human brain autopsy tissue sections from a group of elderly donors to predict the presence or absence of cognitive impairment ( n = 367 with cognitive impairment, n = 349 without). Attention analysis allowed us to pinpoint the underlying subregional architecture and cellular features that the models used for the prediction in both brain regions studied, the medial temporal lobe and frontal cortex. Despite noisy labels of cognition, our trained models were able to predict the presence of cognitive impairment with a modest accuracy that was significantly greater than chance. Attention-based interpretation studies of the features most associated with cognitive impairment in the top performing models suggest that they identified myelin pallor in the white matter. Our results demonstrate a scalable platform with interpretable deep learning to identify unexpected aspects of pathology in cognitive impairment that can be translated to the study of other neurobiological disorders.

Abstract Primary age-related tauopathy (PART) is a neurodegenerative tauopathy with features distinct from but also overlapping with Alzheimer disease (AD). While both exhibit Alzheimer-type temporal lobe neurofibrillary degeneration alongside amnestic cognitive impairment, PART develops independently of amyloid-β (Aβ) deposition in plaques. The pathogenesis of PART is unknown, but evidence suggests it is associated with genes that promote tau pathology as well as others that protect from Aβ toxicity. Here, we performed a genetic association study in an autopsy cohort of individuals with PART ( n =647) using Braak neurofibrillary tangle stage as a quantitative trait adjusting for sex, age, genotyping platform, and principal components. We found significant associations with some candidate loci associated with AD and progressive supranuclear palsy, a primary tauopathy ( SLC24A4, MS4A6A, HS3ST1, MAPT and EIF2AK3 ). Genome-wide association analysis revealed a novel significant association with a single nucleotide polymorphism on chromosome 4 (rs56405341) in a locus containing three genes, including JADE1 which was significantly upregulated in tangle-bearing neurons by single-soma RNA-seq. Immunohistochemical studies using antisera targeting JADE1 protein revealed localization within tau aggregates in autopsy brain from tauopathies containing isoforms with four microtubule-binding domain repeats (4R) and mixed 3R/4R, but not with 3R exclusively. Co-immunoprecipitation revealed a direct and specific binding of JADE1 protein to tau containing four (4R) and no N-terminal inserts (0N4R) in post-mortem human PART brain tissue. Finally, knockdown of the Drosophila JADE1 homolog rhinoceros (rno) enhanced tau-induced toxicity and apoptosis in vivo in a humanized 0N4R mutant tau knock-in model as quantified by rough eye phenotype and terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end-labeling (TUNEL) in the fly brain. Together, these findings indicate that PART has a genetic architecture that partially overlaps with AD and other tauopathies and suggests a novel role for JADE1 as a mediator of neurofibrillary degeneration.