Abstract Alzheimer’s disease and related dementias (ADRD) are marked by intracellular tau aggregates in the medial-temporal lobe (MTL) and extracellular amyloid aggregates in the default network (DN). Here, we sought to clarify ADRD-related co-dependencies between the MTL’s most vulnerable structure, the hippocampus (HC), and the highly associative DN at a subregion resolution. We confronted the effects of APOE ɛ2 and ɛ4, rarely investigated together, with their impact on HC-DN co-variation regimes at the population level. In a two-pronged decomposition of structural brain scans from ∼40,000 UK Biobank participants, we located co-deviating structural patterns in HC and DN subregions as a function of ADRD family risk. Across the disclosed HC-DN signatures, recurrent deviations in the CA1, CA2/3, molecular layer, fornix’s fimbria, and their cortical partners related to ADRD risk. Phenome-wide profiling of HC-DN co- variation expressions from these population signatures revealed male-specific associations with air-pollution, and female-specific associations with cardiovascular traits. We highlighted three main factors associated with brain- APOE associations across the different gene variants: happiness, and satisfaction with friendships, and with family. We further showed that APOE ɛ2/2 interacts preferentially with HC-DN co-variation patterns in estimating social lifestyle in males and physical activity in females. Our findings reinvigorate the often-neglected interplay between APOE ɛ2 dosage and sex, which we have linked to fine-grained structural divergences indicative of ADRD susceptibility.

Abstract The non-coding genome is substantially larger than the protein-coding genome but is largely unexplored by genetic association studies. Here, we performed region-based burden analysis of >25,000 variants in untranslated regions of 6,139 amyotrophic lateral sclerosis (ALS) whole-genomes and 70,403 non-ALS controls. We identified Interleukin-18 Receptor Accessory Protein (IL18RAP) 3′UTR variants significantly enriched in non-ALS genomes, replicated in an independent cohort, and associated with a five-fold reduced risk of developing ALS. Variant IL18RAP 3′UTR reduces mRNA stability and the binding of RNA-binding proteins. Variant IL18RAP 3′UTR further dampens neurotoxicity of human iPSC-derived C9orf72-ALS microglia that depends on NF-κB signaling. Therefore, the variant IL18RAP 3′UTR provides survival advantage for motor neurons co-cultured with C9-ALS microglia. The study reveals direct genetic evidence and therapeutic targets for neuro-inflammation, and emphasizes the importance of non-coding genetic association studies. One Sentence Summary Non-coding genetic variants in IL-18 receptor 3’UTR decrease ALS risk by modifying IL-18-NF-κB signaling in microglia.

Abstract Summary Mitochondrial dysfunction is implicated in a wide array of human diseases ranging from neurodegenerative disorders to cardiovascular defects. The coordinated localization and import of proteins into mitochondria are essential processes that ensure mitochondrial homeostasis and consequently cell survival. The localization and import of most mitochondrial proteins are driven by N-terminal mitochondrial targeting sequences (MTS’s), which interact with import machinery and are removed by the mitochondrial processing peptidase (MPP). The recent discovery of internal MTS’s - those which are distributed throughout a protein and act as import regulators or secondary MPP cleavage sites – has expanded the role of both MTS’s and MPP beyond conventional N-terminal regulatory pathways. Still, the global mutational landscape of MTS’s remains poorly characterized, both from genetic and structural perspectives. To this end, we have integrated a variety of tools into one harmonized R/Shiny database called MTSviewer ( https://neurobioinfo.github.io/MTSvieweR/ ) which combines MTS predictions, cleavage sites, genetic variants, pathogenicity predictions, and N-terminomics data with structural visualization using AlphaFold models of human and yeast mitochondrial proteomes. Availability and Implementation MTSviewer is freely available on the web at https://neurobioinfo.github.io/MTSvieweR/ . Source code is available at https://github.com/neurobioinfo/MTSvieweR . Contact eanfrancois.trempe@mcgill.ca ; sali.farhan@mcgill.ca

Motivation: Single-cell RNA sequencing (scRNAseq) offers powerful insights, but the surge in sample sizes demands more computational power than local workstations can provide. Consequently, high-performance computing (HPC) systems have become imperative. Existing web apps designed to analyze scRNAseq data lack scalability and integration capabilities, while analysis packages demand coding expertise, hindering accessibility. Results: In response, we introduce scRNAbox, an innovative scRNAseq analysis pipeline meticulously crafted for HPC systems. This end-to-end solution, executed via the SLURM workload manager, efficiently processes raw data from standard and Hashtag samples. It incorporates quality control filtering, sample integration, clustering, cluster annotation tools, and facilitates cell type-specific differential gene expression analysis between two groups. Implementation: Open-source code and comprehensive usage instructions with examples are available at https://neurobioinfo.github.io/scrnabox/site/.

Abstract Understanding the mechanisms underlying amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is crucial for the development of new therapies. Recent evidence suggest that tau may be involved in ALS pathogenesis. Here, we demonstrated that hyperphosphorylated tau (pTau-S396) is mis-localized to synapses in human post-mortem motor cortex (mCTX) across ALS subtypes. Treatment with ALS synaptoneurosomes (SNs) derived from post-mortem mCTX, enriched in pTau-S396, increased oxidative stress, induced mitochondrial fragmentation, and altered mitochondrial connectivity in vitro . Furthermore, our findings revealed that pTau-S396 interacts with the pro-fission dynamin-related protein (DRP1), and similar to pTau-S396, DRP1 accumulated in ALS SNs across ALS subtypes. Lastly, reducing tau with a specific bifunctional degrader, QC-01-175, prevented ALS SNs-induced mitochondrial fragmentation and oxidative stress in vitro . Collectively, our findings suggest that increases in pTau-S396 may lead to mitochondrial fragmentation and oxidative stress in ALS and decreasing tau may provide a novel strategy to mitigate mitochondrial dysfunction in ALS. Graphical abstract pTau-S396 mis-localizes to synapses in ALS. ALS synaptoneurosomes (SNs), enriched in pTau-S396, increase oxidative stress and induce mitochondrial fragmentation in vitro . pTau-S396 interacts with the pro-fission GTPase DRP1 in ALS. Reducing tau with a specific degrader, QC-01-175, mitigates ALS SNs-induced mitochondrial fragmentation and increases in oxidative stress in vitro .

To discover novel genetic risk factors underlying amyotrophic lateral sclerosis (ALS), we aggregated exomes from 3,864 cases and 7,839 ancestry matched controls. We observed a significant excess of ultra-rare and rare protein-truncating variants (PTV) among ALS cases, which was primarily concentrated in constrained genes; however, a significant enrichment in PTVs does persist in the remaining exome. Through gene level analyses, known ALS genes, SOD1, NEK1, and FUS, were the most strongly associated with disease status. We also observed suggestive statistical evidence for multiple novel genes including DNAJC7, which is a highly constrained gene and a member of the heat shock protein family (HSP40). HSP40 proteins, along with HSP70 proteins, facilitate protein homeostasis, such as folding of newly synthesized polypeptides, and clearance of degraded proteins. When these processes are not regulated, misfolding and accumulation of degraded proteins can occur leading to aberrant protein aggregation, one of the pathological hallmarks of neurodegeneration.

Abstract INTRODUCTION Elevated plasma homocysteine (Hcy) is associated with an increased risk of developing neurodegenerative diseases; however, its relationship with the apolipoprotein E ( APOE ) ε4 allele has not been well characterized. METHODS Participants clinically diagnosed with Alzheimer's disease or mild cognitive impairment (AD/MCI), frontotemporal dementia, Parkinson's disease, or cerebrovascular disease were stratified by the presence of the APOE ε4 allele. Volumetric magnetic resonance imaging, plasma amyloid/tau/neurodegeneration biomarkers, and cognitive performance were quantified. RESULTS Across all diagnostic groups, Hcy was associated with lower brain parenchymal fraction and greater neurofilament light chain in APOE ε4 non‐carriers only. In AD/MCI, Hcy was associated with phosphorylated tau 217 in APOE ε4 non‐carriers, but not in carriers. Exploratory analyses revealed interactions between Hcy and APOE ε4 on memory and visuospatial function. DISCUSSION Hcy may contribute to neurodegeneration depending on the presence of the APOE ε4 allele and specific disease processes. Trials on vitamin B12 supplementation may consider stratifying by APOE genotype. Highlights Homocysteine (Hcy) was associated with neurodegenerative biomarkers across disease groups. Relationships with Hcy were predominantly found in apolipoprotein E ( APOE ) ε4 non‐carriers. In Alzheimer's disease, associations between Hcy and phosphorylated tau 217 were found in APOE ε4 non‐carriers only. Significant interactions existed between Hcy and APOE ε4 status on cognition.

Chaperone networks are dysregulated with aging and neurodegenerative disease, but whether compromised Hsp70/Hsp90 chaperone function directly contributes to neuronal degeneration is unknown. Stress-inducible phosphoprotein-1 (STI1; STIP1; HOP) is a co-chaperone that simultaneously interacts with Hsp70 and Hsp90, but whose function in vivo remains poorly understood. To investigate the requirement of STI1-mediated regulation of the chaperone machinery in aging we combined analysis of a mouse line with a hypomorphic Stip1 allele, with a neuronal cell line lacking STI1 and in-depth analyses of chaperone genes in human datasets. Loss of STI1 function severely disturbed the Hsp70/Hsp90 machinery in vivo, and all client proteins tested and a subset of cochaperones presented decreased levels. Importantly, mice expressing a hypomorphic STI1 allele showed spontaneous age-dependent hippocampal neurodegeneration, with consequent spatial memory deficits. STI1 is a critical node for the chaperone network and it can contribute to age-dependent hippocampal neurodegeneration.

Multiplexing samples from distinct individuals prior to sequencing is a promising step toward achieving population-scale single-cell RNA sequencing by reducing the restrictive costs of the technology. Individual genetic demultiplexing tools resolve the donor-of-origin identity of pooled cells using natural genetic variation but present diminished accuracy on highly multiplexed experiments, impeding the analytic potential of the dataset. In response, we introduce Ensemblex: an accuracy-weighted, ensemble genetic demultiplexing framework that integrates four distinct algorithms to identify the most probable subject labels. Using computationally and experimentally pooled samples, we demonstrate Ensemblex's superior accuracy and illustrate the implications of robust demultiplexing on biological analyses.