The transfer of antigens from oligodendrocytes to immune cells has been implicated in the pathogenesis of autoimmune diseases. Here, we show that oligodendrocytes secrete small membrane vesicles called exosomes, which are specifically and efficiently taken up by microglia both in vitro and in vivo. Internalisation of exosomes occurs by a macropinocytotic mechanism without inducing a concomitant inflammatory response. After stimulation of microglia with interferon-γ, we observe an upregulation of MHC class II in a subpopulation of microglia. However, exosomes are preferentially internalised in microglia that do not seem to have antigen-presenting capacity. We propose that the constitutive macropinocytotic clearance of exosomes by a subset of microglia represents an important mechanism through which microglia participate in the degradation of oligodendroglial membrane in an immunologically ‘silent’ manner. By designating the capacity for macropinocytosis and antigen presentation to distinct cells, degradation and immune function might be assigned to different subtypes of microglia.

Oligodendrocytes make myelin and support axons metabolically with lactate. However, it is unknown how glucose utilization and glycolysis are adapted to the different axonal energy demands. Spiking axons release glutamate and oligodendrocytes express NMDA receptors of unknown function. Here we show that the stimulation of oligodendroglial NMDA receptors mobilizes glucose transporter GLUT1, leading to its incorporation into the myelin compartment in vivo. When myelinated optic nerves from conditional NMDA receptor mutants are challenged with transient oxygen-glucose deprivation, they show a reduced functional recovery when returned to oxygen-glucose but are indistinguishable from wild-type when provided with oxygen-lactate. Moreover, the functional integrity of isolated optic nerves, which are electrically silent, is extended by preincubation with NMDA, mimicking axonal activity, and shortened by NMDA receptor blockers. This reveals a novel aspect of neuronal energy metabolism in which activity-dependent glutamate release enhances oligodendroglial glucose uptake and glycolytic support of fast spiking axons.

We demonstrated superresolution optical microscopy in a living higher animal. Stimulated emission depletion (STED) fluorescence nanoscopy reveals neurons in the cerebral cortex of a mouse with <70-nanometer resolution. Dendritic spines and their subtle changes can be observed at their relevant scales over extended periods of time.

Abstract Neuronal functions and impulse propagation depend on the continuous supply of glucose 1,2 . Surprisingly, the mammalian brain has no obvious energy stores, except for astroglial glycogen granules 3 . Oligodendrocytes make myelin for rapid axonal impulse conduction 4 and also support axons metabolically with lactate 5–7 . Here, we show that myelin itself, a lipid-rich membrane compartment, becomes a local energy reserve when glucose is lacking. In the mouse optic nerve, a model white matter tract, oligodendrocytes survive glucose deprivation far better than astrocytes, by utilizing myelin lipids which requires oxygen and fatty acid beta-oxidation. Importantly, fatty acid oxidation also contributes to axonal ATP and basic conductivity. This metabolic support by fatty acids is an oligodendrocyte function, involving mitochondria and myelin-associated peroxisomes, as shown with mice lacking Mfp2. To study reduced glucose availability in vivo without physically starving mice, we deleted the Slc2a1 gene from mature oligodendrocytes. This caused a significant decline of the glucose transporter GLUT1 from the myelin compartment leading to myelin sheath thinning. We suggest a model in which myelin turnover under low glucose conditions can transiently buffer axonal energy metabolism. This model may explain the gradual loss of myelin in a range of neurodegenerative diseases 8 with underlying hypometabolism 9 .