Primitive Origins for Microglia Microglia are the resident macrophages of the central nervous system and are associated with neurodegeneration and brain inflammatory diseases. Although the developmental origins of other tissue macrophage populations are well established, the origins of microglia remain controversial. Ginhoux et al. (p. 841 , published online 21 October) used in vivo lineage tracing studies to show that microglia arise early in mouse development and derive from primitive macrophages in the yolk sac. This is in contrast to other cells of the mononuclear phagocyte system, which arise later in development from a distinct progenitor population.

Summary

 Despite accumulating evidence suggesting local self-maintenance of tissue macrophages in the steady state, the dogma remains that tissue macrophages derive from monocytes. Using parabiosis and fate-mapping approaches, we confirmed that monocytes do not show significant contribution to tissue macrophages in the steady state. Similarly, we found that after depletion of lung macrophages, the majority of repopulation occurred by stochastic cellular proliferation in situ in a macrophage colony-stimulating factor (M-Csf)- and granulocyte macrophage (GM)-CSF-dependent manner but independently of interleukin-4. We also found that after bone marrow transplantation, host macrophages retained the capacity to expand when the development of donor macrophages was compromised. Expansion of host macrophages was functional and prevented the development of alveolar proteinosis in mice transplanted with GM-Csf-receptor-deficient progenitors. Collectively, these results indicate that tissue-resident macrophages and circulating monocytes should be classified as mononuclear phagocyte lineages that are independently maintained in the steady state.

The feline c-fms proto-oncogene product is a 170 kd glycoprotein with associated tyrosine kinase activity. This glycoprotein was expressed on mature cat macrophages from peritoneal inflammatory exudates and spleen. Similarly, the receptor for the murine colony-stimulating factor, CSF-1, is restricted to cells of the mononuclear phagocytic lineage and is a 165 kd glycoprotein with an associated tyrosine kinase. Rabbit antisera to a recombinant v-fms-coded polypeptide precipitated the feline c-fms product and specifically cross-reacted with a 165 kd glycoprotein from mouse macrophages. This putative product of the murine c-fms gene exhibited an associated tyrosine kinase activity in immune complexes, specifically bound murine CSF-1, and, in the presence of the growth factor, was phosphorylated on tyrosine in membrane preparations. The murine c-fms proto-oncogene product and the CSF-1 receptor are therefore related, and possibly identical, molecules.

Abstract Invasion of tumor cells into the surrounding connective tissue and blood vessels is a key step in the metastatic spread of breast tumors. Although the presence of macrophages in primary tumors is associated with increased metastatic potential, the mechanistic basis for this observation is unknown. Using a chemotaxis-based in vivo invasion assay and multiphoton-based intravital imaging, we show that the interaction between macrophages and tumor cells facilitates the migration of carcinoma cells in the primary tumor. Gradients of either epidermal growth factor (EGF) or colony-stimulating factor 1 (CSF-1) stimulate collection into microneedles of tumor cells and macrophages even though tumor cells express only EGF receptor and macrophages express only CSF-1 receptor. Intravital imaging shows that macrophages and tumor cells migrate toward microneedles containing either EGF or CSF-1. Inhibition of either CSF-1– or EGF-stimulated signaling reduces the migration of both cell types. This work provides the first direct evidence for a synergistic interaction between macrophages and tumor cells during cell migration in vivo and indicates a mechanism for how macrophages may contribute to metastasis.

The effects of colony-stimulating factor 1 (CSF-1), the primary regulator of mononuclear phagocyte production, are thought to be mediated by the CSF-1 receptor (CSF-1R), encoded by the c-fms proto-oncogene. To investigate the in vivo specificity of CSF-1 for the CSF-1R, the mouse Csf1r gene was inactivated. The phenotype ofCsf1−/Csf1r− mice closely resembled the phenotype of CSF-1-nullizygous(Csf1op/Csf1op) mice, including the osteopetrotic, hematopoietic, tissue macrophage, and reproductive phenotypes. Compared with their wild-type littermates, splenic erythroid burst-forming unit and high-proliferative potential colony-forming cell levels in bothCsf1op/Csf1op andCsf1−/Csf1r− mice were significantly elevated, consistent with a negative regulatory role of CSF-1 in erythropoiesis and the maintenance of primitive hematopoietic progenitor cells. The circulating CSF-1 concentration inCsf1r−/Csf1r− mice was elevated 20-fold, in agreement with the previously reported clearance of circulating CSF-1 by CSF-1R–mediated endocytosis and intracellular destruction. Despite their overall similarity, several phenotypic characteristics of theCsf1r−/Csf1r− mice were more severe than those of theCsf1op/Csf1op mice. The results indicate that all of the effects of CSF-1 are mediated via the CSF-1R, but that subtle effects of the CSF-1R could result from its CSF-1–independent activation.

Osteopetrotic (op/op) mutant mice suffer from congenital osteopetrosis due to a severe deficiency of osteoclasts. Furthermore, the total number of mononuclear phagocytes is extremely low in affected mice. Serum, 11 tissues, and different cell and organ conditioned media from op/op mice were shown to be devoid of biologically active colony-stimulating factor 1 (CSF-1), whereas all of these preparations from littermate control +/+ and +/op mice contained the growth factor. The deficiency was specific for CSF-1 in that serum or conditioned media from op/op mice possessed elevated levels of at least three other macrophage growth factors. Partial correction of the op/op defect was observed following intraperitoneal implantation of diffusion chambers containing L929 cells, which in culture produce CSF-1 as their sole macrophage growth factor. No rearrangement of the CSF-1 gene in op/op mice was detected by Southern analysis. However, in contrast to control lung fibroblasts, which contained 4.6- and 2.3-kilobase CSF-1 mRNAs, only the 4.6-kilobase species was detected in op/op cells. An alteration in the CSF-1 gene is strongly implicated as the primary defect in op/op mice because they do not contain detectable CSF-1, their defect is correctable by administration of CSF-1, the op locus and the CSF-1 gene map within the same region of mouse chromosome 3, their CSF-1 mRNA biosynthesis is altered, and the op/op phenotype is consistent with the phenotype expected in a CSF-1 deficient mouse.

Although the presence of macrophages in tumors has been correlated with poor prognosis, until now there was no direct observation of how macrophages are involved in hematogenous metastasis. In this study, we use multiphoton microscopy to show, for the first time, that tumor cell intravasation occurs in association with perivascular macrophages in mammary tumors. Furthermore, we show that perivascular macrophages of the mammary tumor are associated with tumor cell intravasation in the absence of local angiogenesis. These results show that the interaction between macrophages and tumor cells lying in close proximity defines a microenvironment that is directly involved in the intravasation of cancer cells in mammary tumors.

CX3CR1+ and CD103+ dendritic cells (DCs) in intestinal lamina propria play a key role in mucosal immunity. However, the origin and the developmental pathways that regulate their differentiation in the lamina propria remain unclear. We showed that monocytes gave rise exclusively to CD103−CX3CR1+ lamina propria DCs under the control of macrophage-colony-stimulating factor receptor (M-CSFR) and Fms-like thyrosine kinase 3 (Flt3) ligands. In contrast, common DC progenitors (CDP) and pre-DCs, which give rise to lymphoid organ DCs but not to monocytes, differentiated exclusively into CD103+CX3CR1− lamina propria DCs under the control of Flt3 and granulocyte-macrophage-colony-stimulating factor receptor (GM-CSFR) ligands. CD103+CX3CR1− DCs but not CD103−CX3CR1+ DCs in the lamina propria constitutively expressed CCR7 and were the first DCs to transport pathogenic Salmonella from the intestinal tract to the mesenteric lymph nodes. Altogether, these results underline the diverse origin of the lamina propria DC network and identify mucosal DCs that arise from pre-DCs as key sentinels of the gut immune system.

Abstract Previous studies have shown that macrophages and tumor cells are comigratory in mammary tumors and that these cell types are mutually dependent for invasion. Here we show that macrophages and tumor cells are necessary and sufficient for comigration and invasion into collagen I and that this process involves a paracrine loop. Macrophages express epidermal growth factor (EGF), which promotes the formation of elongated protrusions and cell invasion by carcinoma cells. Colony stimulating factor 1 (CSF-1) produced by carcinoma cells promotes the expression of EGF by macrophages. In addition, EGF promotes the expression of CSF-1 by carcinoma cells thereby generating a positive feedback loop. Disruption of this loop by blockade of either EGF receptor or CSF-1 receptor signaling is sufficient to inhibit both macrophage and tumor cell migration and invasion.