Abstract After peripheral nerve injuries, successful axonal growth and functional recovery requires the reprogramming of Schwann cells into a reparative phenotype, a process dependent on the activation of the transcription factor c-Jun. Nevertheless, axonal regeneration is greatly impaired in aged organisms or after chronic denervation leading to important clinical problems. This regenerative failure has been associated to a diminished c-Jun expression by Schwann cells, but whether the inability of these cells to maintain a repair state is associated to the transition into a phenotype inhibitory for axonal growth, has not been evaluated so far. We find that repair Schwann cells transitions into a senescent phenotype, characterized by diminished c-Jun expression and secretion of factor inhibitory for axonal regeneration in both aging and chronic denervation. In both conditions, elimination of senescent Schwann cells by systemic senolytic drug treatment or genetic targeting improves nerve regeneration and functional recovery in aging and chronic denervation, associated with an upregulation of c-Jun expression and a decrease in nerve inflammation. This work provides the first characterization of senescent Schwann cells and their impact over axonal regeneration in aging and chronic denervation, opening new avenues for enhancing regeneration, and functional recovery after peripheral nerve injuries.

High spinal cord injury (SCI) leads to persistent and debilitating compromise in respiratory function. Cervical SCI not only causes the death of phrenic motor neurons (PhMNs) that innervate the diaphragm, but also damages descending respiratory pathways originating in the rostral ventral respiratory group (rVRG) located in the brainstem, resulting in denervation and consequent silencing of spared PhMNs located caudal to injury. It is imperative to determine whether interventions targeting rVRG axon growth and respiratory neural circuit reconnection are efficacious in chronic cervical contusion SCI, given that the vast majority of individuals are chronically-injured and most cases of SCI involve contusion-type damage to the cervical region. We therefore employed a clinically-relevant rat model of chronic cervical hemicontusion to test therapeutic manipulations aimed at reconstructing damaged rVRG-PhMN-diaphragm circuitry to achieve recovery of respiratory function. At a chronic time point post-injury, we systemically administered: an antagonist peptide directed against phosphatase and tensin homolog (PTEN), a central inhibitor of neuron-intrinsic axon growth potential; an antagonist peptide directed against receptor-type protein tyrosine phosphatase sigma (PTPσ), another important negative regulator of axon growth capacity; or a combination of these two peptides. PTEN antagonist peptide (PAP4) promoted partial recovery of diaphragm motor activity out to nine months post-injury, while PTPσ peptide did not impact diaphragm function after cervical SCI. Furthermore, PAP4 promoted robust growth of descending bulbospinal rVRG axons caudal to the injury within the denervated portion of the PhMN pool, while PTPσ peptide did not affect rVRG axon growth at this location that is critical to control of diaphragmatic respiratory function. In conclusion, we find that, when PTEN inhibition is targeted at a chronic time point following cervical contusion that is most relevant to the SCI clinical population, our non-invasive PAP4 strategy can successfully promote significant regrowth of damaged respiratory neural circuitry and also partial recovery of diaphragm motor function.

ABSTRACT Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disease characterized by motor neuron loss. Importantly, non-neuronal cell types such as astrocytes also play significant roles in disease pathogenesis. However, mechanisms of astrocyte contribution to ALS remain incompletely understood. Astrocyte involvement suggests that transcellular signaling may play a role in disease. We examined contribution of transmembrane signaling molecule ephrinB2 to ALS pathogenesis, in particular its role in driving motor neuron damage by spinal cord astrocytes. In symptomatic SOD1 G93A mice (a well-established ALS model), ephrinB2 expression was dramatically increased in ventral horn astrocytes. Reducing ephrinB2 selectively in these cervical spinal cord astrocytes via viral-mediated shRNA delivery reduced motor neuron loss and preserved respiratory function by maintaining phrenic motor neuron innervation of diaphragm. EphrinB2 expression was also elevated in human ALS spinal cord. These findings implicate ephrinB2 upregulation as both a transcellular signaling mechanism underlying astrocyte pathogenicity in mutant SOD1-associated ALS and a promising therapeutic target.