Abstract Background Neuroinflammation is involved in the pathogenesis of almost every central nervous system disorder. As the brain’s innate immune cells, microglia fine tune their activity to a dynamic brain environment. Previous studies have shown that repeated bouts of peripheral inflammation can trigger long-term changes in microglial gene expression and function, a form of innate immune memory. Methods and Results In this study, we used multiple low-dose lipopolysaccharide (LPS) injections in adult mice to study the acute cytokine, transcriptomic, and microglia morphological changes that contribute to the formation of immune memory in the frontal cortex, hippocampus, and striatum, as well as the long-term effects of these changes on behavior. Training and tolerance of gene expression was shared across regions, and we identified 3 unique clusters of DEGs (2xLPS-sensitive, 4xLPS-sensitive, LPS-decreased) with different biological functions. 2xLPS-sensitive DEG promoters were enriched for binding sites for IRF and NFkB family transcription factors, two key regulators of innate immune memory. We quantified shifts in microglia morphological populations and found that while the proportion of ramified and rod-like microglia mostly remained consistent within brain regions and sexes with LPS treatment, there was a shift from ameboid towards hypertrophic morphological states across immune memory states and a dynamic emergence and resolution of trains of rod-like microglia with repeated LPS. Conclusions Together, findings support the dynamic regulation of microglia during the formation of immune memories in the brain and support future work to exploit this model in brain disease contexts.

Abstract Gene expression analysis is becoming increasingly utilized in neuro-immunology research, and there is a growing need for non-programming scientists to be able to analyze their own genomic data. MGEnrichment is a web application developed both to disseminate to the community our curated database of microglia-relevant gene lists, and to allow non-programming scientists to easily conduct statistical enrichment analysis on their gene expression data. Users can upload their own gene IDs to assess the relevance of their expression data against gene lists from other studies. We include example datasets of differentially expressed genes (DEGs) from human postmortem brain samples from Autism Spectrum Disorder (ASD) and matched controls. We demonstrate how MGEnrichment can be used to expand the interpretations of these DEG lists in terms of regulation of microglial gene expression and provide novel insights into how ASD DEGs may be implicated specifically in microglial development, microbiome responses and relationships to other neuropsychiatric disorders. This tool will be particularly useful for those working in microglia, autism spectrum disorders, and neuro-immune activation research. MGEnrichment is available at https://ciernialab.shinyapps.io/MGEnrichmentApp/ and further online documentation and datasets can be found at https://github.com/ciernialab/MGEnrichmentApp . The app is released under the GNU GPLv3 open source license.