Activation of microglia by classical inflammatory mediators can convert astrocytes into a neurotoxic A1 phenotype in a variety of neurological diseases1,2. Development of agents that could inhibit the formation of A1 reactive astrocytes could be used to treat these diseases for which there are no disease-modifying therapies. Glucagon-like peptide-1 receptor (GLP1R) agonists have been indicated as potential neuroprotective agents for neurologic disorders such as Alzheimer's disease and Parkinson's disease3-13. The mechanisms by which GLP1R agonists are neuroprotective are not known. Here we show that a potent, brain-penetrant long-acting GLP1R agonist, NLY01, protects against the loss of dopaminergic neurons and behavioral deficits in the α-synuclein preformed fibril (α-syn PFF) mouse model of sporadic Parkinson's disease14,15. NLY01 also prolongs the life and reduces the behavioral deficits and neuropathological abnormalities in the human A53T α-synuclein (hA53T) transgenic mouse model of α-synucleinopathy-induced neurodegeneration16. We found that NLY01 is a potent GLP1R agonist with favorable properties that is neuroprotective through the direct prevention of microglial-mediated conversion of astrocytes to an A1 neurotoxic phenotype. In light of its favorable properties, NLY01 should be evaluated in the treatment of Parkinson's disease and related neurologic disorders characterized by microglial activation.

INTRODUCTION Parkinson’s disease (PD) is the second most common neurodegenerative disorder and leads to slowness of movement, tremor, rigidity, and, in the later stages of PD, cognitive impairment. Pathologically, PD is characterized by the accumulation of α-synuclein in Lewy bodies and neurites. There is degeneration of neurons throughout the nervous system, with the degeneration of dopamine neurons in the substantia nigra pars compacta leading to the major symptoms of PD. RATIONALE In the brains of PD patients, pathologic α-synuclein seems to spread from cell to cell via self-amplification, propagation, and transmission in a stereotypical and topographical pattern among neighboring cells and/or anatomically connected brain regions. The spread or transmission of pathologic α-synuclein is emerging as a potentially important driver of PD pathogenesis. The underlying mechanisms and molecular entities responsible for the transmission of pathologic α-synuclein from cell to cell are not known, but the entry of pathologic α-synuclein into neurons is thought to occur, in part, through an active clathrin-dependent endocytic process. RESULTS Using recombinant α-synuclein preformed fibrils (PFF) as a model system with which to study the transmission of misfolded α-synuclein from neuron to neuron, we screened a library encoding transmembrane proteins for α-synuclein-biotin PFF–binding candidates via detection with streptavidin-AP (alkaline phosphatase) staining. Three positive clones were identified that bind α-synuclein PFF and include lymphocyte-activation gene 3 (LAG3), neurexin 1β, and amyloid β precursor-like protein 1 (APLP1). Of these three transmembrane proteins, LAG3 demonstrated the highest ratio of selectivity for α-synuclein PFF over the α-synuclein monomer. α-Synuclein PFF bind to LAG3 in a saturable manner (dissociation constant = 77 nM), whereas the α-synuclein monomer does not bind to LAG3. Co-immunoprecipitation also suggests that pathological α-synuclein PFF specifically bind to LAG3. Tau PFF, β-amyloid oligomer, and β-amyloid PFF do not bind to LAG3, indicating that LAG3 is specific for α-synuclein PFF. The internalization of α-synuclein PFF involves LAG3 because deletion of LAG3 reduces the endocytosis of α-synuclein PFF. LAG3 colocalizes with the endosomal guanosine triphosphatases Rab5 and Rab7 and coendocytoses with pathologic α-synuclein. Neuron-to-neuron transmission of pathologic α-synuclein and the accompanying pathology and neurotoxicity is substantially attenuated by deletion of LAG3 or by antibodies to LAG3. The lack of LAG3 also substantially delayed α-synuclein PFF–induced loss of dopamine neurons, as well as biochemical and behavioral deficits in vivo. CONCLUSION We discovered that pathologic α-synuclein transmission and toxicity is initiated by binding to LAG3 and that neuron-to-neuron transmission of pathological α-synuclein involves the endocytosis of exogenous α-synuclein PFF by the engagement of LAG3 on neurons. Depletion of LAG3 or antibodies to LAG3 substantially reduces the pathology set in motion by the transmission of pathologic α-synuclein. The identification of LAG3 as an α-synuclein PFF–binding protein provides a new target for developing therapeutics designed to slow the progression of PD and related α-synucleinopathies. LAG3 deletion or antibodies to LAG3 delay α-synuclein PFF transmission. Compared with wild-type neurons, binding and endocytosis of α-synuclein PFF is dramatically reduced with antibodies to LAG3 or when LAG3 is deleted, resulting in delayed pathologic α-synuclein transmission and toxicity. Illustration credit: I-Hsun Wu

PAR promotes α-synuclein toxicity How pathologic α-synuclein (α-syn) leads to neurodegeneration in Parkinson's disease (PD) remains poorly understood. Kam et al. studied the α-syn preformed fibril (α-syn PFF) model of sporadic PD (see the Perspective by Brundin and Wyse). They found that pathologic α-syn–activated poly(adenosine 5′-diphosphate–ribose) (PAR) polymerase–1 (PARP-1) and inhibition of PARP or knockout of PARP-1 protected mice from pathology. The generation of PAR by α-syn PFF–induced PARP-1 activation converted α-syn PFF to a strain that was 25-fold more toxic, termed PAR–α-syn PFF. An increase of PAR in the cerebrospinal fluid and evidence of PARP activation in the substantia nigra of PD patients indicates that PARP activation contributes to the pathogenesis of PD through parthanatos and conversion of α-syn to a more toxic strain. Science , this issue p. eaat8407 ; see also p. 521

DNA damage-activated nuclease identified Cells that experience stresses and accumulate excessive damage to DNA undergo cell death mediated by a nuclear enzyme known as PARP-1. During this process, apoptosis-inducing factor (AIF) translocates to the nucleus and activates one or more nucleases to cleave DNA. Wang et al. found that macrophage migration inhibitory factor (MIF) is an AIF-associated endonuclease that contributes to PARP-1-induced DNA fragmentation (see the Perspective by Jonas). In mouse neurons in culture, loss of MIF protected neurons from cell death caused by excessive stimulation. Targeting MIF could thus provide a therapeutic strategy against diseases in which PARP-1 activation is excessive. Science , this issue p. 82 ; see also p. 36

Inhibitory neuronal circuits within the lateral septum (LS) play a key role in regulating mood and stress responses. Even though glial cells can modulate these circuits, the impact of astrocytes on LS neural circuits and their functional interactions remains largely unexplored. Here, we demonstrate that astrocytes exhibit increased intracellular Ca²⁺ levels in response to aversive sensory and social stimuli in both male and female mice. This astrocytic Ca²⁺ elevation inhibits neighboring LS neurons by reducing excitatory synaptic transmissions through A1R-mediated signaling in both the dorsal (LSd) and intermediate LS (LSi) and enhancing inhibitory synaptic transmission via A2AR-mediated signaling in the LSi. At the same time, astrocytes reduce inhibitory tone on distant LS neurons. In the LSd, astrocytes promote social avoidance and anxiety, as well as increased heart rate in socially stressed male mice. In contrast, astrocytes in the LSi contribute to elevated heart rate and heightened blood corticosterone levels in unstressed male mice. These results suggest that the dynamic interactions between astrocytes and neurons within the LS modulate physiological and behavioral responses to stressful experiences. The lateral septum contains neurons that mediate stress responses, but the role of astrocytes remained unclear. Here, the authors show that lateral septum astrocytes modulate nearby neurons and enhance stress related physiological and behavioral responses.