Abstract Axons can represent the majority of the volume of a neuron and are energetically very demanding. Specialized glia ensheathe axons and are believed to support axon function and maintenance throughout life, but molecular details of glia-neuron support mechanisms remain poorly defined. Here we identify a collection of secreted and transmembrane genes that are required in glia for long-term axon survival in vivo . We show that key components of the TGFβ superfamily are required cell-autonomously in glia for peripheral nerve maintenance, although their loss does not disrupt glial morphology. We observe age-dependent neurodegeneration in the absence of glial TGFβ signaling that can be rescued by genetic blockade of Wallerian degeneration. Our data argue that glial TGFβ signaling normally acts to promote axon survival and suppress neurodegeneration. Significance Statement Axon maintenance is critical to preserving the functional integrity of the nervous system across animal lifespan. Glia contribute to axon maintenance, but their precise roles remain to be fully characterized. We identify glial genes that regulate axon support and provide new molecular insight into the means by which glia promote axon survival, which may help explain why neurodegeneration occurs when glia are lost in disease. We show that TGFβ signaling in mature glia is essential for long-term maintenance of axons, and that loss of TGFβ signaling activates an axon death signaling pathway.

The form of Charcot-Marie-Tooth type 4B (CMT4B) disease caused by mutations in myotubularin-related 5 (MTMR5; also called SET Binding Factor 1; SBF1) shows a spectrum of axonal and demyelinating nerve phenotypes. This contrasts with the CMT4B subtypes caused by MTMR2 or MTMR13 (SBF2) mutations, which are characterized by myelin outfoldings and classic demyelination. Thus, it is unclear whether MTMR5 plays an analogous or distinct role from that of its homolog, MTMR13, in the peripheral nervous system (PNS). MTMR5 and MTMR13 are pseudophosphatases predicted to regulate endosomal trafficking by activating Rab GTPases and binding to the phosphoinositide 3-phosphatase MTMR2. In the mouse PNS, Mtmr2 was required to maintain wild type levels of Mtmr5 and Mtmr13, suggesting that these factors function in discrete protein complexes. Genetic elimination of both Mtmr5 and Mtmr13 in mice led to perinatal lethality, indicating that the two proteins have partially redundant functions during embryogenesis. Loss of Mtmr5 in mice did not cause CMT4B-like myelin outfoldings. However, adult Mtmr5-/- mouse nerves contained fewer myelinated axons than control nerves, likely as a result of axon radial sorting defects. Mtmr5 levels were highest during axon radial sorting, whereas Mtmr13 levels rose as myelin formed, and remained high through adulthood. Our findings suggest that Mtmr5 and Mtmr13 ensure proper axon radial sorting and Schwann cell myelination, respectively, perhaps through their direct interactions with Mtmr2. This study enhances our understanding of the non-redundant roles of the endosomal regulators MTMR5 and MTMR13 during normal peripheral nerve development and disease.

Multiple sclerosis is characterized by inflammatory demyelination and limited remyelination in most individuals. Chronic demyelination is theorized to contribute to neurodegeneration and drive progressive disability. Here, we describe two rodent models of genetic demyelination, one characterized by effective remyelination, and the other by a failure to remyelinate. By comparing these two models, we find that remyelination helps protect axons from damage and neurons from apoptosis, improves conduction and promotes functional recovery. Chronic demyelination of neurons leads to activation of the mitogen-associated protein kinase (MAPK) stress pathway downstream of dual leucine zipper kinase (DLK), cumulating in phosphorylation of c-Jun. Both pharmacological inhibition and CRISPR/Cas9-mediated disruption of DLK block c-Jun phosphorylation and apoptosis of demyelinated neurons. These findings provide direct experimental evidence that remyelination is neuroprotective and identify DLK inhibition as a potential therapeutic strategy to protect chronically demyelinated neurons.

Abstract Invertebrate axons and small caliber axons in mammalian peripheral nerves are unmyelinated but still ensheathed by glia. How this type of ensheathment is controlled and its roles in supporting neuronal function remain unclear. Here we use Drosophila wrapping glia, which ensheathe peripheral axons to study the function and development of non-myelinating ensheathment. We developed a new SplitGal4 intersectional driver to target wrapping glia for genetic ablation and found that loss of wrapping glia severely impaired larval locomotor behavior. We performed an in vivo RNAi screen in Drosophila to identify glial genes required for axon ensheathment during development and identified the conserved receptor tyrosine kinase Discoidin domain receptor (Ddr). In larval peripheral nerves, loss of Ddr resulted in severely reduced ensheathment of axons. We found a strong dominant genetic interaction between Ddr and the fly type XV/XVIII collagen Multiplexin (Mp) , suggesting Ddr functions a collagen receptor to drive wrapping of axons during development. Surprisingly, despite severe impairment of ensheathment, the residual wrapping in Ddr mutants was sufficient to support basic circuit function during larval stages. In adult nerves, loss of Ddr from glia decreased long-term survival of sensory neurons and significantly reduced axon caliber in an identifiable neuron without overtly affecting ensheathment. Our data establish a crucial role for non-myelinating glia in peripheral nerve development and function across the lifespan, and identify Ddr as a key regulator of axon-glia interactions during ensheathment and nerve growth.