The signals that determine whether axons are ensheathed or myelinated by Schwann cells have long been elusive. We now report that threshold levels of neuregulin-1 (NRG1) type III on axons determine their ensheathment fate. Ensheathed axons express low levels whereas myelinated fibers express high levels of NRG1 type III. Sensory neurons from NRG1 type III deficient mice are poorly ensheathed and fail to myelinate; lentiviral-mediated expression of NRG1 type III rescues these defects. Expression also converts the normally unmyelinated axons of sympathetic neurons to myelination. Nerve fibers of mice haploinsufficient for NRG1 type III are disproportionately unmyelinated, aberrantly ensheathed, and hypomyelinated, with reduced conduction velocities. Type III is the sole NRG1 isoform retained at the axon surface and activates PI 3-kinase, which is required for Schwann cell myelination. These results indicate that levels of NRG1 type III, independent of axon diameter, provide a key instructive signal that determines the ensheathment fate of axons.

In myelinated axons, K+ channels are concealed under the myelin sheath in the juxtaparanodal region, where they are associated with Caspr2, a member of the neurexin superfamily. Deletion of Caspr2 in mice by gene targeting revealed that it is required to maintain K+ channels at this location. Furthermore, we show that the localization of Caspr2 and clustering of K+ channels at the juxtaparanodal region depends on the presence of TAG-1, an immunoglobulin-like cell adhesion molecule that binds Caspr2. These results demonstrate that Caspr2 and TAG-1 form a scaffold that is necessary to maintain K+ channels at the juxtaparanodal region, suggesting that axon–glia interactions mediated by these proteins allow myelinating glial cells to organize ion channels in the underlying axonal membrane.

Abstract

 Rapid conduction in myelinated axons depends on the generation of specialized subcellular domains to which different sets of ion channels are localized. Here, we describe the identification of Caspr2, a mammalian homolog of Drosophila Neurexin IV (Nrx-IV), and show that this neurexin-like protein and the closely related molecule Caspr/Paranodin demarcate distinct subdomains in myelinated axons. While contactin-associated protein (Caspr) is present at the paranodal junctions, Caspr2 is precisely colocalized with Shaker-like K⁺ channels in the juxtaparanodal region. We further show that Caspr2 specifically associates with Kv1.1, Kv1.2, and their Kvβ2 subunit. This association involves the C-terminal sequence of Caspr2, which contains a putative PDZ binding site. These results suggest a role for Caspr family members in the local differentiation of the axon into distinct functional subdomains.

The low-density lipoprotein related-receptor-1 (LRP1) is a large endocytic and signaling receptor. We show that Lrp1 is required for proper CNS myelinogensis in vivo. Either global inducible or oligodendrocyte (OL)-lineage specific ablation of Lrp1 impairs myelin development and adult white matter repair. In primary oligodendrocyte progenitor cells (OPCs), Lrp1 deficiency reduces cholesterol levels and attenuates differentiation into mature OLs. Despite a strong increase in the sterol-regulatory element-binding protein-2, Lrp1-/- OPCs are not able to maintain normal cholesterol levels, suggesting more global metabolic deficits. Mechanistic studies identified a decrease in peroxisomal biogenesis factor-2 and a reduction in peroxisomes localized to OL processes. Treatment of Lrp1-/- OPCs with cholesterol or pharmacological activation of peroxisome proliferator-activated receptor-γ with pioglitazone is not sufficient to promote differentiation; however when combined, cholesterol and pioglitazone treatment enhance OL production. Collectively, our studies identify a novel link between LRP1, peroxisomes, and OPC differentiation during white matter development and repair. Introduction

Abstract Upon peripheral nervous system (PNS) injury, severed axons undergo rapid SARM1-dependent Wallerian degeneration (WD). In mammals, the role of SARM1 in PNS regeneration, however, is unknown. Here we demonstrate that Sarm1 is not required for axotomy induced activation of neuron-intrinsic growth programs and axonal growth into a nerve crush site. However, in the distal nerve, Sarm1 is necessary for the timely induction of the Schwann cell (SC) repair response, nerve inflammation, myelin clearance, and regeneration of sensory and motor axons. In Sarm1-/- mice, regenerated fibers exhibit reduced axon caliber, defective nerve conduction, and recovery of motor function is delayed. The growth hostile environment of Sarm1-/- distal nerve tissue was demonstrated by grafting of Sarm1-/- nerve into WT recipients. SC lineage tracing in injured WT and Sarm1-/- mice revealed morphological differences. In the Sarm1-/- distal nerve, the appearance of p75 NTR +, c-Jun+ SCs is significantly delayed. Ex vivo , p75 NTR and c-Jun upregulation in Sarm1-/- nerves can be rescued by pharmacological inhibition of ErbB kinase. Together, our studies show that Sarm1 is not necessary for the activation of neuron intrinsic growth programs but in the distal nerve is required for the orchestration of cellular programs that underlie rapid axon extension.

Precise regulation of protein phosphorylation is critical for many cellular processes, and dysfunction in this process has been linked to various neurological disorders and diseases. Protein phosphatase 1 (PP1) is a ubiquitously expressed serine/threonine phosphatase with three major isoforms, (α, β, γ) and hundreds of known substrates. Previously, we reported that PP1α and PP1γ are essential for the known role of PP1 in synaptic physiology and learning/memory, while PP1β displayed a surprising opposing function.