Astrocytes are the most abundant cell type in the brain, where they perform a wide array of functions, yet the nature of their cellular heterogeneity and how it oversees these diverse roles remains shrouded in mystery. Using an intersectional fluorescence-activated cell sorting-based strategy, we identified five distinct astrocyte subpopulations present across three brain regions that show extensive molecular diversity. Application of this molecular insight toward function revealed that these populations differentially support synaptogenesis between neurons. We identified correlative populations in mouse and human glioma and found that the emergence of specific subpopulations during tumor progression corresponded with the onset of seizures and tumor invasion. In sum, we have identified subpopulations of astrocytes in the adult brain and their correlates in glioma that are endowed with diverse cellular, molecular and functional properties. These populations selectively contribute to synaptogenesis and tumor pathophysiology, providing a blueprint for understanding diverse astrocyte contributions to neurological disease.

Von Hippel-Landau (VHL) protein is a potent tumor suppressor regulating numerous pathways that drive cancer, but mutations in VHL are restricted to limited subsets of malignancies. Here we identified a novel mechanism for VHL suppression in tumors that do not have inactivating mutations. Using developmental processes to uncover new pathways contributing to tumorigenesis, we found that Daam2 promotes glioma formation. Protein expression screening identified an inverse correlation between Daam2 and VHL expression across a host of cancers, including glioma. These in silico insights guided corroborating functional studies, which revealed that Daam2 promotes tumorigenesis by suppressing VHL expression. Furthermore, biochemical analyses demonstrate that Daam2 associates with VHL and facilitates its ubiquitination and degradation. Together, these studies are the first to define an upstream mechanism regulating VHL suppression in cancer and describe the role of Daam2 in tumorigenesis.

Abstract Astrocytes play vital roles in blood-brain barrier (BBB) maintenance, yet how they support BBB integrity under normal or pathological conditions remains poorly defined. Recent evidence suggests pH homeostasis is a new cellular mechanism important for BBB integrity. In the current study, we investigated the function of an astrocyte-specific pH regulator, Slc4a4, in BBB maintenance and repair. We show that astrocytic Slc4a4 is required for normal astrocyte morphological complexity and BBB function. Multi-omics analyses identified increased astrocytic secretion of CCL2 coupled with dysregulated arginine-NO metabolism after Slc4a4 deletion. Using a model of ischemic stroke, we found that loss of Slc4a4 exacerbates BBB disruption and reactive gliosis, which were both rescued by pharmacological or genetic inhibition of the NO-CCL2 pathway in vivo. Together, our study identifies the astrocytic Slc4a4-NO-CCL2 axis as a pivotal mechanism controlling BBB integrity and repair, while providing insights for a novel therapeutic approach against BBB-related CNS disorders.

Wnt signaling plays an essential role in developmental and regenerative myelination in the CNS. The Wnt signaling pathway is comprised of multiple regulatory layers; thus, how these processes are coordinated to orchestrate oligodendrocyte development remains unclear. Here we show CK2α, a Wnt/β-catenin signaling Ser/Thr kinase, phosphorylates Daam2, inhibiting its function and Wnt-activity during oligodendrocyte development. Intriguingly, we found Daam2 phosphorylation differentially impacts distinct stages of oligodendrocyte development, accelerating early differentiation followed by decelerating maturation and myelination. Application towards white matter injury revealed CK2α-mediated Daam2 phosphorylation plays a protective role for developmental and behavioral recovery after neonatal hypoxia, while promoting myelin repair following adult demyelination. Together, our findings identify a novel regulatory node in the Wnt pathway that regulates oligodendrocyte development via protein phosphorylation-induced signaling complex instability and highlights a new biological mechanism for myelin restoration.Wnt signaling plays a vital role in OL development and has been implicated as an adverse event for myelin repair after white matter injury. Emerging studies have shed light on multi-modal roles of Wnt effectors in the OL lineage, but the underlying molecular mechanisms and modifiable targets in OL remyelination remain unclear. Using genetic mouse development and injury model systems, we delineate a novel stage-specific function of Daam2 in Wnt signaling and OL development via a S704/T7-5 phosphorylation mechanism, and determine a new role of the kinase CK2α in contributing to OL development. In-depth understanding of CK2α-Daam2 pathway regulation will allow us to precisely modulate its activity in conjunction with Wnt signaling and harness its biology for white matter pathology.