Fibroblasts coordinate the response to tissue injury, directing organ regeneration versus scarring. In the central nervous system (CNS), fibroblasts are uncommon cells enriched at tissue borders, and their molecular, cellular, and functional interactions after brain injury are poorly understood. Here we define the fibroblast response to sterile brain damage across time and space. Early pro-fibrotic myofibroblasts infiltrated CNS lesions and were functionally and spatially organized by fibroblast TGF β signaling, pro-fibrotic macrophages and microglia, and perilesional brain glia that activated TGF β via integrin α v β 8 . Early myofibroblasts subsequently transitioned into a variety of late states, including meningeal and lymphocyte-interactive fibroblasts that persisted long term. Interruption of this dynamic fibroblast-macrophage-glial coordination impaired brain wound healing and the resolution of neuroinflammation, disrupted generation of late de novo CNS lymphocyte niches, and increased mortality in a stroke model. This work highlights an unexpected role of fibroblasts as coordinate regulators of CNS healing and neuroinflammation after brain injury.

Norepinephrine (NE) is a critical neuromodulator that mediates a wide range of behavior and neurophysiology, including attention, arousal, plasticity, and memory consolidation. A major source of NE is the brainstem nucleus the locus coeruleus (LC), which sends widespread projections throughout the central nervous system (CNS). Efforts to dissect this complex noradrenergic circuitry have driven the development of many tools that detect endogenous NE or modulate widespread NE release via LC activation and inhibition. While these tools have enabled research that elucidates physiological roles of NE, additional tools to probe these circuits with a higher degree of spatial precision could enable a finer delineation of function. Here, we describe the synthesis and chemical properties of a photo-activatable NE, [Ru(bpy) 2 (PMe 3 )(NE)]PF 6 (RuBi-NE). We validate the one-photon (1P) release of NE using whole-cell patch clamp electrophysiology in acute mouse brain slices containing the LC. We show that a 10 ms pulse of blue light, in the presence of RuBi-NE, briefly modulates the firing rate of LC neurons via α-2 adrenergic receptors. The development of a photo-activatable NE that can be released with light in the visible spectrum provides a new tool for fine-grained mapping of complex noradrenergic circuits, as well as the ability to probe how NE acts on non-neuronal cells in the CNS.

ABSTRACT Objective Neonatal stroke affects 1 in 2800 live births and is a major cause of neurological injury. The Sonic Hedgehog (Shh) signaling pathway is critical for central nervous system (CNS) development and has neuroprotective and reparative effects in different CNS injury models. Previous studies have demonstrated beneficial effects of small molecule Shh-Smoothened-agonist (SAG) against neonatal cerebellar injury and it improves Down syndrome-related brain structural deficits in mice. Here, we investigated SAG neuroprotection in rat models of neonatal ischemia-reperfusion (stroke) and adult focal white matter injury. Methods We used transient middle cerebral artery occlusion at P10 and ethidium bromide injection in adult rats to induce damage. Following surgery and SAG or vehicle treatment we analyzed tissue loss, cell proliferation and fate, and behavioral outcome. Results We report that a single dose of SAG administered following neonatal stroke preserved brain volume, reduced inflammation, enhanced oligodendrocyte progenitor cell (OPC) and EC proliferation, and resulted in long-term cognitive improvement. Single-dose SAG also promoted proliferation of OPCs following focal demyelination in the adult rat. Conclusion These findings indicate benefit of one-time SAG treatment post-insult in reducing brain injury and improving behavioral outcome after experimental neonatal stroke.