Transforming growth factor-beta (TGF-beta) is the single most important cytokine promoting renal fibrogenesis. p21-activated kinase-2 (PAK2) and activation of abelson nonreceptor tyrosine kinase (c-abl) have been shown recently to be smad-independent, fibroblast-specific targets downstream of the activated TGF-beta receptor. In the current study we show that in cultured NRK49F-renal fibroblasts (but not in tubular or mesangial cells) TGF-beta similarly activates PAK2 as well as c-abl and induces cell proliferation. Inhibition of the c-abl kinase with imatinib mesylate prevents increased proliferation after TGF-beta addition without affecting PAK2. These in vitro findings were extended to rats with unilateral obstructive nephropathy, a disease model of TGF-beta-driven renal fibrogenesis. In obstructed kidneys, PAK2 and c-abl activity were increased but only c-abl activation was blocked by imatinib. Treatment with imatinib did not prevent renal interstitial infiltration of macrophages or phosphorylation and nuclear translocation of smad2/3 in obstructed kidneys. In contrast, imatinib substantially inhibited an increase in the number of interstitial fibroblasts and myofibroblasts and reduced the expression and interstitial accumulation of collagen type III, collagen type IV and fibronectin. These findings indicate that TGF-beta-induced activation of the nonreceptor c-abl tyrosine kinase regulates fibroblast proliferation and, by this means, is a costimulatory signal in TGF-beta-dependent renal fibrogenesis. Inhibition of c-abl activity with imatinib mesylate ameliorates experimental renal fibrosis in rats.

ABSTRACT In response to central nervous system injury or disease, astrocytes become reactive, adopting context-dependent states and functional outputs. Certain inflammatory insults induce reactive astrocytes that lose homeostatic functions and gain harmful outputs through cellular pathways that are not fully understood. Here, we combined single-cell transcriptomics with CRISPRi screening in human iPSC-derived astrocytes to systematically interrogate inflammatory astrocyte reactivity. We found that autocrine-paracrine IL-6 and interferon signaling downstream of canonical NF-κB activation drove two distinct inflammatory reactive signatures – one promoted by and the other inhibited by STAT3. These signatures overlapped with those observed in other experimental contexts, including mouse models, and their markers were upregulated in the human brain in Alzheimer’s disease and hypoxic ischemic encephalopathy. Furthermore, we validated that these signatures were regulated by Stat3 in vivo. These results and the platform we established have the potential to guide the development of therapeutics to selectively modulate different aspects of inflammatory astrocyte reactivity.

Abstract Central nervous system (CNS) lesions become surrounded by neuroprotective borders of newly proliferated reactive astrocytes; however, fundamental features of these cells are poorly understood. Here we show that following spinal cord injury or stroke, 90% and 10% of border-forming astrocytes derive, respectively, from proliferating local astrocytes and oligodendrocyte progenitor cells in adult mice of both sexes. Temporal transcriptome analysis, single-nucleus RNA sequencing and immunohistochemistry show that after focal CNS injury, local mature astrocytes dedifferentiate, proliferate and become transcriptionally reprogrammed to permanently altered new states, with persisting downregulation of molecules associated with astrocyte–neuron interactions and upregulation of molecules associated with wound healing, microbial defense and interactions with stromal and immune cells. These wound repair astrocytes share morphologic and transcriptional features with perimeningeal limitans astrocytes and are the predominant source of neuroprotective borders that re-establish CNS integrity around lesions by separating neural parenchyma from stromal and immune cells as occurs throughout the healthy CNS.

Abstract Central nervous system (CNS) lesions become surrounded by neuroprotective borders of newly proliferated reactive astrocytes. Fundamental features of these cells are poorly understood. Here, we show that 90% of border-forming astrocytes derive from proliferating Aldh1l1-expressing local astrocytes, and 10% from Pdgfra-expressing oligodendrocyte progenitors in mice. Temporal transcriptome analysis, snRNAseq and immunohistochemistry showed that after CNS injury, local mature astrocytes dedifferentiated, proliferated, and became transcriptionally reprogrammed to permanently altered new functional states, with persisting downregulation of molecules associated with astrocyte-neuron interactions, and upregulation of molecules associated with wound healing, microbial defense, and interactions with stromal and immune cells. Our findings show that at CNS injury sites, local mature astrocytes proliferate and adopt canonical features of essential wound repair cells that persist in adaptive states and are the predominant source of neuroprotective borders that re-establish CNS integrity by separating neural parenchyma from stromal and immune cells as occurs throughout the healthy CNS.