Analysis of human pathology led Braak to postulate that α-synuclein (α-syn) pathology could spread from the gut to brain via the vagus nerve. Here, we test this postulate by assessing α-synucleinopathy in the brain in a novel gut-to-brain α-syn transmission mouse model, where pathological α-syn preformed fibrils were injected into the duodenal and pyloric muscularis layer. Spread of pathologic α-syn in brain, as assessed by phosphorylation of serine 129 of α-syn, was observed first in the dorsal motor nucleus, then in caudal portions of the hindbrain, including the locus coeruleus, and much later in basolateral amygdala, dorsal raphe nucleus, and the substantia nigra pars compacta. Moreover, loss of dopaminergic neurons and motor and non-motor symptoms were observed in a similar temporal manner. Truncal vagotomy and α-syn deficiency prevented the gut-to-brain spread of α-synucleinopathy and associated neurodegeneration and behavioral deficits. This study supports the Braak hypothesis in the etiology of idiopathic Parkinson's disease (PD).

Sestrin and the Consequences of Aging The protein kinase TOR (target of rapamycin) plays key roles in the control of fundamental biological processes, including growth, metabolism, aging, and immune function. Sestrin proteins show increased abundance in response to stress and have been implicated in control of TOR activity. Lee et al. (p. 1223 ; see the Perspective by Topisirovic and Sonenberg ) characterized Drosophila fruit flies lacking sestrins. Sestrins were implicated in a negative feedback loop in which the abundance of sestrins is controlled by TOR activity with sestrins concomitantly also inhibiting activity of TOR. Furthermore, flies lacking sestrins showed accumulation of fat, muscle degeneration, and heart abnormalities similar to those that plague aging humans with a sedentary life-style.

N6-methyladenosine (m6A) is the most prevalent modified nucleotide in mRNA1,2, with around 25% of mRNAs containing at least one m6A. Methylation of mRNA to form m6A is required for diverse cellular and physiological processes3. Although the presence of m6A in an mRNA can affect its fate in different ways, it is unclear how m6A directs this process and why the effects of m6A can vary in different cellular contexts. Here we show that the cytosolic m6A-binding proteins—YTHDF1, YTHDF2 and YTHDF3—undergo liquid–liquid phase separation in vitro and in cells. This phase separation is markedly enhanced by mRNAs that contain multiple, but not single, m6A residues. Polymethylated mRNAs act as a multivalent scaffold for the binding of YTHDF proteins, juxtaposing their low-complexity domains and thereby leading to phase separation. The resulting mRNA–YTHDF complexes then partition into different endogenous phase-separated compartments, such as P-bodies, stress granules or neuronal RNA granules. m6A-mRNA is subject to compartment-specific regulation, including a reduction in the stability and translation of mRNA. These studies reveal that the number and distribution of m6A sites in cellular mRNAs can regulate and influence the composition of the phase-separated transcriptome, and suggest that the cellular properties of m6A-modified mRNAs are governed by liquid–liquid phase separation principles. The cytosolic N6-methyladenosine (m6A)-binding proteins YTHDF1, YTHDF2 and YTHDF3 undergo liquid–liquid phase separation in vitro and in cells; this is enhanced by polymethylated mRNAs to form complexes that partition into different cellular phase-separated compartments.

Summary

 Spatial barcoding technologies have the potential to reveal histological details of transcriptomic profiles; however, they are currently limited by their low resolution. Here, we report Seq-Scope, a spatial barcoding technology with a resolution comparable to an optical microscope. Seq-Scope is based on a solid-phase amplification of randomly barcoded single-molecule oligonucleotides using an Illumina sequencing platform. The resulting clusters annotated with spatial coordinates are processed to expose RNA-capture moiety. These RNA-capturing barcoded clusters define the pixels of Seq-Scope that are ∼0.5–0.8 μm apart from each other. From tissue sections, Seq-Scope visualizes spatial transcriptome heterogeneity at multiple histological scales, including tissue zonation according to the portal-central (liver), crypt-surface (colon) and inflammation-fibrosis (injured liver) axes, cellular components including single-cell types and subtypes, and subcellular architectures of nucleus and cytoplasm. Seq-Scope is quick, straightforward, precise, and easy-to-implement and makes spatial single-cell analysis accessible to a wide group of biomedical researchers.

Autophagy is required for the homeostasis of cellular material and is proposed to be involved in many aspects of health. Defects in the autophagy pathway have been observed in neurodegenerative disorders; however, no genetically-inherited pathogenic mutations in any of the core autophagy-related (ATG) genes have been reported in human patients to date. We identified a homozygous missense mutation, changing a conserved amino acid, in ATG5 in two siblings with congenital ataxia, mental retardation, and developmental delay. The subjects' cells display a decrease in autophagy flux and defects in conjugation of ATG12 to ATG5. The homologous mutation in yeast demonstrates a 30-50% reduction of induced autophagy. Flies in which Atg5 is substituted with the mutant human ATG5 exhibit severe movement disorder, in contrast to flies expressing the wild-type human protein. Our results demonstrate the critical role of autophagy in preventing neurological diseases and maintaining neuronal health.

Abstract Spatial barcoding technologies have the potential to reveal histological details of transcriptomic profiles; however, they are currently limited by their low resolution. Here we report Seq-Scope, a spatial barcoding technology with a resolution almost comparable to an optical microscope. Seq-Scope is based on a solid-phase amplification of randomly barcoded single-molecule oligonucleotides using an Illumina sequencing-by-synthesis platform. The resulting clusters annotated with spatial coordinates are processed to expose RNA-capture moiety. These RNA-capturing barcoded clusters define the pixels of Seq-Scope that are approximately 0.5-1 μm apart from each other. From tissue sections, Seq-Scope visualizes spatial transcriptome heterogeneity at multiple histological scales, including tissue zonation according to the portal-central (liver), crypt-surface (colon) and inflammation-fibrosis (injured liver) axes, cellular components including single cell types and subtypes, and subcellular architectures of nucleus, cytoplasm and mitochondria. Seq-scope is quick, straightforward and easy-to-implement, and makes spatial single cell analysis accessible to a wide group of biomedical researchers.

ABSTRACT Spatial transcriptomics (ST) technologies represent a significant advance in gene expression studies, aiming to profile the entire transcriptome from a single histological slide. These techniques are designed to overcome the constraints faced by traditional methods such as immunostaining and RNA in situ hybridization, which are capable of analyzing only a few target genes simultaneously. However, the application of ST in histopathological analysis is also limited by several factors, including low resolution, a limited range of genes, scalability issues, high cost, and the need for sophisticated equipment and complex methodologies. Seq-Scope—a recently developed novel technology—repurposes the Illumina sequencing platform for high-resolution, high-content spatial transcriptome analysis, thereby overcoming these limitations. Here we provide a detailed step-by-step protocol to implement Seq-Scope with an Illumina NovaSeq 6000 sequencing flow cell that allows for the profiling of multiple tissue sections in an area of 7 mm × 7 mm or larger. In addition to detailing how to prepare a frozen tissue section for both histological imaging and sequencing library preparation, we provide comprehensive instructions and a streamlined computational pipeline to integrate histological and transcriptomic data for high-resolution spatial analysis. This includes the use of conventional software tools for single cell and spatial analysis, as well as our recently developed segmentation-free method for analyzing spatial data at submicrometer resolution. Given its adaptability across various biological tissues, Seq-Scope establishes itself as an invaluable tool for researchers in molecular biology and histology. KEY POINTS The protocol outlines a method for repurposing an Illumina NovaSeq 6000 flow cell as a spatial transcriptomics array, enabling the generation of high-resolution spatial datasets. The protocol introduces a streamlined data analysis pipeline that produces a spatial digital gene expression matrix suitable for various single-cell and spatial transcriptome analysis methods. The protocol allows for the capture of histology images from the same tissue section subjected to spatial transcriptomics analysis and allows users to precisely align the transcriptome dataset with the histological image using fiducial marks engraved on the flow cell surface. Leveraging commonly available Illumina equipment, the protocol offers researchers ultra-high submicrometer resolution in spatial transcriptomics analysis with a comprehensive pipeline, rapid turnaround, cost efficiency, and versatility.