Metabolites in the kynurenine pathway, generated by tryptophan degradation, are thought to play an important role in neurodegenerative disorders, including Alzheimer's and Huntington's diseases. In these disorders, glutamate receptor-mediated excitotoxicity and free radical formation have been correlated with decreased levels of the neuroprotective metabolite kynurenic acid. Here, we describe the synthesis and characterization of JM6, a small-molecule prodrug inhibitor of kynurenine 3-monooxygenase (KMO). Chronic oral administration of JM6 inhibits KMO in the blood, increasing kynurenic acid levels and reducing extracellular glutamate in the brain. In a transgenic mouse model of Alzheimer's disease, JM6 prevents spatial memory deficits, anxiety-related behavior, and synaptic loss. JM6 also extends life span, prevents synaptic loss, and decreases microglial activation in a mouse model of Huntington's disease. These findings support a critical link between tryptophan metabolism in the blood and neurodegeneration, and they provide a foundation for treatment of neurodegenerative diseases.

The insulin/insulin growth factor (IGF) signaling (IIS) pathway is a key regulator of aging of worms, flies, mice, and likely humans. Delayed aging by IIS reduction protects the nematode C. elegans from toxicity associated with the aggregation of the Alzheimer's disease-linked human peptide, Aβ. We reduced IGF signaling in Alzheimer's model mice and discovered that these animals are protected from Alzheimer's-like disease symptoms, including reduced behavioral impairment, neuroinflammation, and neuronal loss. This protection is correlated with the hyperaggregation of Aβ leading to tightly packed, ordered plaques, suggesting that one aspect of the protection conferred by reduced IGF signaling is the sequestration of soluble Aβ oligomers into dense aggregates of lower toxicity. These findings indicate that the IGF signaling-regulated mechanism that protects from Aβ toxicity is conserved from worms to mammals and point to the modulation of this signaling pathway as a promising strategy for the development of Alzheimer's disease therapy.

Misfolded alpha-synuclein (AS) and other neurodegenerative disorder proteins display prion-like transmission of protein aggregation. Factors responsible for the initiation of AS aggregation are unknown. To evaluate the role of amyloid proteins made by the microbiota we exposed aged rats and transgenic C. elegans to E. coli producing the extracellular bacterial amyloid protein curli. Rats exposed to curli-producing bacteria displayed increased neuronal AS deposition in both gut and brain and enhanced microgliosis and astrogliosis compared to rats exposed to either mutant bacteria unable to synthesize curli, or to vehicle alone. Animals exposed to curli producing bacteria also had more expression of TLR2, IL-6 and TNF in the brain than the other two groups. There were no differences among the rat groups in survival, body weight, inflammation in the mouth, retina, kidneys or gut epithelia, and circulating cytokine levels. AS-expressing C. elegans fed on curli-producing bacteria also had enhanced AS aggregation. These results suggest that bacterial amyloid functions as a trigger to initiate AS aggregation through cross-seeding and also primes responses of the innate immune system.

The authors report a patient with Alzheimer disease (AD) without encephalitis who was immunized with AN-1792 (an adjuvanted formulation of Abeta-42). There were no amyloid plaques in the frontal cortex and abundant Abeta-immunoreactive macrophages, but tangles and amyloid angiopathy were present. The white matter appeared normal and minimal lymphocytic infiltration in the leptomeninges was observed. This case illustrates the effects of an Abeta-based immunization on AD pathogenesis in the absence of overt meningoencephalitis and leukoencephalopathy.

Background Lewy body disease is a heterogeneous group of neurodegenerative disorders characterized by α-synuclein accumulation that includes dementia with Lewy bodies (DLB) and Parkinson's Disease (PD). Recent evidence suggests that impairment of lysosomal pathways (i.e. autophagy) involved in α-synuclein clearance might play an important role. For this reason, we sought to examine the expression levels of members of the autophagy pathway in brains of patients with DLB and Alzheimer's Disease (AD) and in α-synuclein transgenic mice. Methodology/Principal Findings By immunoblot analysis, compared to controls and AD, in DLB cases levels of mTor were elevated and Atg7 were reduced. Levels of other components of the autophagy pathway such as Atg5, Atg10, Atg12 and Beclin-1 were not different in DLB compared to controls. In DLB brains, mTor was more abundant in neurons displaying α-synuclein accumulation. These neurons also showed abnormal expression of lysosomal markers such as LC3, and ultrastructural analysis revealed the presence of abundant and abnormal autophagosomes. Similar alterations were observed in the brains of α-synuclein transgenic mice. Intra-cerebral infusion of rapamycin, an inhibitor of mTor, or injection of a lentiviral vector expressing Atg7 resulted in reduced accumulation of α-synuclein in transgenic mice and amelioration of associated neurodegenerative alterations. Conclusions/Significance This study supports the notion that defects in the autophagy pathway and more specifically in mTor and Atg7 are associated with neurodegeneration in DLB cases and α-synuclein transgenic models and supports the possibility that modulators of the autophagy pathway might have potential therapeutic effects.

Parkinson's disease (PD) and dementia with Lewy bodies (DLB) are common neurodegenerative disorders of the aging population, characterized by progressive and abnormal accumulation of α-synuclein (α-syn). Recent studies have shown that C-terminus (CT) truncation and propagation of α-syn play a role in the pathogenesis of PD/DLB. Therefore, we explored the effect of passive immunization against the CT of α-syn in the mThy1-α-syn transgenic (tg) mouse model, which resembles the striato-nigral and motor deficits of PD. Mice were immunized with the new monoclonal antibodies 1H7, 5C1, or 5D12, all directed against the CT of α-syn. CT α-syn antibodies attenuated synaptic and axonal pathology, reduced the accumulation of CT-truncated α-syn (CT-α-syn) in axons, rescued the loss of tyrosine hydroxylase fibers in striatum, and improved motor and memory deficits. Among them, 1H7 and 5C1 were most effective at decreasing levels of CT-α-syn and higher-molecular-weight aggregates. Furthermore, in vitro studies showed that preincubation of recombinant α-syn with 1H7 and 5C1 prevented CT cleavage of α-syn. In a cell-based system, CT antibodies reduced cell-to-cell propagation of full-length α-syn, but not of the CT-α-syn that lacked the 118-126 aa recognition site needed for antibody binding. Furthermore, the results obtained after lentiviral expression of α-syn suggest that antibodies might be blocking the extracellular truncation of α-syn by calpain-1. Together, these results demonstrate that antibodies against the CT of α-syn reduce levels of CT-truncated fragments of the protein and its propagation, thus ameliorating PD-like pathology and improving behavioral and motor functions in a mouse model of this disease.

DNA methylation is a major epigenetic modification that regulates gene expression. Dnmt1, the maintenance DNA methylation enzyme, is abundantly expressed in the adult brain and is mainly located in the nuclear compartment, where it has access to chromatin. Hypomethylation of CpG islands at intron 1 of the SNCA gene has recently been reported to result in overexpression of α-synuclein in Parkinson disease (PD) and related disorders. We therefore investigated the mechanisms underlying altered DNA methylation in PD and dementia with Lewy bodies (DLB). We present evidence of reduction of nuclear Dnmt1 levels in human postmortem brain samples from PD and DLB patients as well as in the brains of α-synuclein transgenic mice models. Furthermore, sequestration of Dnmt1 in the cytoplasm results in global DNA hypomethylation in human and mouse brains, involving CpG islands upstream of SNCA, SEPW1, and PRKAR2A genes. We report that association of Dnmt1 and α-synuclein might mediate aberrant subcellular localization of Dnmt1. Nuclear Dnmt1 levels were partially rescued by overexpression of Dnmt1 in neuronal cell cultures and in α-synuclein transgenic mice brains. Our results underscore a novel mechanism for epigenetic dysregulation in Lewy body diseases, which might underlie the decrease in DNA methylation reported for PD and DLB. DNA methylation is a major epigenetic modification that regulates gene expression. Dnmt1, the maintenance DNA methylation enzyme, is abundantly expressed in the adult brain and is mainly located in the nuclear compartment, where it has access to chromatin. Hypomethylation of CpG islands at intron 1 of the SNCA gene has recently been reported to result in overexpression of α-synuclein in Parkinson disease (PD) and related disorders. We therefore investigated the mechanisms underlying altered DNA methylation in PD and dementia with Lewy bodies (DLB). We present evidence of reduction of nuclear Dnmt1 levels in human postmortem brain samples from PD and DLB patients as well as in the brains of α-synuclein transgenic mice models. Furthermore, sequestration of Dnmt1 in the cytoplasm results in global DNA hypomethylation in human and mouse brains, involving CpG islands upstream of SNCA, SEPW1, and PRKAR2A genes. We report that association of Dnmt1 and α-synuclein might mediate aberrant subcellular localization of Dnmt1. Nuclear Dnmt1 levels were partially rescued by overexpression of Dnmt1 in neuronal cell cultures and in α-synuclein transgenic mice brains. Our results underscore a novel mechanism for epigenetic dysregulation in Lewy body diseases, which might underlie the decrease in DNA methylation reported for PD and DLB.

The autophagy-lysosome pathway (ALP) regulates intracellular homeostasis of the cytosolic protein SNCA/alpha-synuclein and is impaired in synucleinopathies, including Parkinson disease and dementia with Lewy bodies (DLB). Emerging evidence suggests that ALP influences SNCA release, but the underlying cellular mechanisms are not well understood. Several studies identified SNCA in exosome/extracellular vesicle (EV) fractions. EVs are generated in the multivesicular body compartment and either released upon its fusion with the plasma membrane, or cleared via the ALP. We therefore hypothesized that inhibiting ALP clearance 1) enhances SNCA release via EVs by increasing extracellular shuttling of multivesicular body contents, 2) alters EV biochemical profile, and 3) promotes SNCA cell-to-cell transfer. Indeed, ALP inhibition increased the ratio of extra- to intracellular SNCA and upregulated SNCA association with EVs in neuronal cells. Ultrastructural analysis revealed a widespread, fused multivesicular body-autophagosome compartment. Biochemical characterization revealed the presence of autophagosome-related proteins, such as LC3-II and SQSTM1. This distinct "autophagosome-exosome-like" profile was also identified in human cerebrospinal fluid (CSF) EVs. After a single intracortical injection of SNCA-containing EVs derived from CSF into mice, human SNCA colocalized with endosome and neuronal markers. Prominent SNCA immunoreactivity and a higher number of neuronal SNCA inclusions were observed after DLB patient CSF EV injections. In summary, this study provides compelling evidence that a) ALP inhibition increases SNCA in neuronal EVs, b) distinct ALP components are present in EVs, and c) CSF EVs transfer SNCA from cell to cell in vivo. Thus, macroautophagy/autophagy may regulate EV protein composition and consequently progression in synucleinopathies.