Huntington's disease (HD) is a neurodegenerative disorder previously thought to be of primary neuronal origin, despite ubiquitous expression of mutant huntingtin (mHtt). We tested the hypothesis that mHtt expressed in astrocytes may contribute to the pathogenesis of HD. To better understand the contribution of astrocytes in HD in vivo , we developed a novel mouse model using lentiviral vectors that results in selective expression of mHtt into striatal astrocytes. Astrocytes expressing mHtt developed a progressive phenotype of reactive astrocytes that was characterized by a marked decreased expression of both glutamate transporters, GLAST and GLT-1, and of glutamate uptake. These effects were associated with neuronal dysfunction, as observed by a reduction in DARPP-32 and NR2B expression. Parallel studies in brain samples from HD subjects revealed early glial fibrillary acidic protein expression in striatal astrocytes from Grade 0 HD cases. Astrogliosis was associated with morphological changes that increased with severity of disease, from Grades 0 through 4 and was more prominent in the putamen. Combined immunofluorescence showed co-localization of mHtt in astrocytes in all striatal HD specimens, inclusive of Grade 0 HD. Consistent with the findings from experimental mice, there was a significant grade-dependent decrease in striatal GLT-1 expression from HD subjects. These findings suggest that the presence of mHtt in astrocytes alters glial glutamate transport capacity early in the disease process and may contribute to HD pathogenesis.

Astrocyte reactivity is a hallmark of neurodegenerative diseases (ND), but its effects on disease outcomes remain highly debated. Elucidation of the signaling cascades inducing reactivity in astrocytes during ND would help characterize the function of these cells and identify novel molecular targets to modulate disease progression. The Janus kinase/signal transducer and activator of transcription 3 (JAK/STAT3) pathway is associated with reactive astrocytes in models of acute injury, but it is unknown whether this pathway is directly responsible for astrocyte reactivity in progressive pathological conditions such as ND. In this study, we examined whether the JAK/STAT3 pathway promotes astrocyte reactivity in several animal models of ND. The JAK/STAT3 pathway was activated in reactive astrocytes in two transgenic mouse models of Alzheimer's disease and in a mouse and a nonhuman primate lentiviral vector-based model of Huntington's disease (HD). To determine whether this cascade was instrumental for astrocyte reactivity, we used a lentiviral vector that specifically targets astrocytes in vivo to overexpress the endogenous inhibitor of the JAK/STAT3 pathway [suppressor of cytokine signaling 3 (SOCS3)]. SOCS3 significantly inhibited this pathway in astrocytes, prevented astrocyte reactivity, and decreased microglial activation in models of both diseases. Inhibition of the JAK/STAT3 pathway within reactive astrocytes also increased the number of huntingtin aggregates, a neuropathological hallmark of HD, but did not influence neuronal death. Our data demonstrate that the JAK/STAT3 pathway is a common mediator of astrocyte reactivity that is highly conserved between disease states, species, and brain regions. This universal signaling cascade represents a potent target to study the role of reactive astrocytes in ND.

In sporadic Tauopathies, neurofibrillary degeneration (NFD) is characterised by the intraneuronal aggregation of wild-type Tau proteins. In the human brain, the hierarchical pathways of this neurodegeneration have been well established in Alzheimer’s disease (AD) and other sporadic tauopathies such as argyrophilic grain disorder and progressive supranuclear palsy but the molecular and cellular mechanisms supporting this progression are yet not known. These pathways appear to be associated with the intercellular transmission of pathology, as recently suggested in Tau transgenic mice. However, these conclusions remain ill-defined due to a lack of toxicity data and difficulties associated with the use of mutant Tau. Using a lentiviral-mediated rat model of hippocampal NFD, we demonstrated that wild-type human Tau protein is axonally transferred from ventral hippocampus neurons to connected secondary neurons even at distant brain areas such as olfactory and limbic systems indicating a trans-synaptic protein transfer. Using different immunological tools to follow phospho-Tau species, it was clear that Tau pathology generated using mutated Tau remains near the IS whereas it spreads much further using the wild-type one. Taken together, these results support a novel mechanism for Tau protein transfer compared to previous reports based on transgenic models with mutant cDNA. It also demonstrates that mutant Tau proteins are not suitable for the development of experimental models helpful to validate therapeutic intervention interfering with Tau spreading.

The therapeutic activity of selective serotonin (5-HT) reuptake inhibitors (SSRIs) relies on long-term adaptation at pre- and post-synaptic levels. The sustained administration of SSRIs increases the serotonergic neurotransmission in response to a functional desensitization of the inhibitory 5-HT1A autoreceptor in the dorsal raphe. At nerve terminal such as the hippocampus, the enhancement of 5-HT availability increases brain-derived neurotrophic factor (BDNF) synthesis and signaling, a major event in the stimulation of adult neurogenesis. In physiological conditions, BDNF would be expressed at functionally relevant levels in neurons. However, the recent observation that SSRIs upregulate BDNF mRNA in primary cultures of astrocytes strongly suggest that the therapeutic activity of antidepressant drugs might result from an increase in BDNF synthesis in this cell type. In this study, by overexpressing BDNF in astrocytes, we balanced the ratio between astrocytic and neuronal BDNF raising the possibility that such manipulation could positively reverberate on anxiolytic-/antidepressant-like activities in transfected mice. Our results indicate that BDNF overexpression in hippocampal astrocytes produced anxiolytic-/antidepressant-like activity in the novelty suppressed feeding in relation with the stimulation of hippocampal neurogenesis whereas it did not potentiate the effects of the SSRI fluoxetine on these parameters. Moreover, overexpressing BDNF revealed the anxiolytic-like activity of fluoxetine in the elevated plus maze while attenuating 5-HT neurotransmission in response to a blunted downregulation of the 5-HT1A autoreceptor. These results emphasize an original role of hippocampal astrocytes in the synthesis of BDNF, which can act through neurogenesis-dependent and -independent mechanisms to regulate different facets of anxiolytic-like responses.

Tau is a microtubule-associated protein that aggregates in neurodegenerative disorders known as tauopathies. Recently, studies have suggested that Tau may be secreted and play a role in neural network signalling. However, once deregulated, secreted Tau may also participate in the spreading of Tau pathology in hierarchical pathways of neurodegeneration. The mechanisms underlying neuron-to-neuron Tau transfer are still unknown; given the known role of extra-cellular vesicles in cell-to-cell communication, we wondered whether these vesicles could carry secreted Tau. We found, among vesicles, that Tau is predominately secreted in ectosomes, which are plasma membrane-originating vesicles, and when it accumulates, the exosomal pathway is activated.