Microglia are increasingly recognized for their major contributions during brain development and neurodegenerative disease. It is currently unknown whether these functions are carried out by subsets of microglia during different stages of development and adulthood or within specific brain regions. Here, we performed deep single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) of microglia and related myeloid cells sorted from various regions of embryonic, early postnatal, and adult mouse brains. We found that the majority of adult microglia expressing homeostatic genes are remarkably similar in transcriptomes, regardless of brain region. By contrast, early postnatal microglia are more heterogeneous. We discovered a proliferative-region-associated microglia (PAM) subset, mainly found in developing white matter, that shares a characteristic gene signature with degenerative disease-associated microglia (DAM). Such PAM have amoeboid morphology, are metabolically active, and phagocytose newly formed oligodendrocytes. This scRNA-seq atlas will be a valuable resource for dissecting innate immune functions in health and disease.

Abnormal NFκB activation has been implicated in Alzheimer’s disease (AD). However, the signaling pathways governing NFκB regulation and function in the brain are poorly understood. We identify complement protein C3 as an astroglial target of NFκB and show that C3 release acts through neuronal C3aR to disrupt dendritic morphology and network function. Exposure to Aβ activates astroglial NFκB and C3 release, consistent with the high levels of C3 expression in brain tissue from AD patients and APP transgenic mice, where C3aR antagonist treatment rescues cognitive impairment. Therefore, dysregulation of neuron-glia interaction through NFκB/C3/C3aR signaling may contribute to synaptic dysfunction in AD, and C3aR antagonists may be therapeutically beneficial.

The activation of transcription factors is critical to ensure an effective defense against pathogens. In this study we identify a critical and complementary role of the transcription factors TFEB and TFE3 in innate immune response. By using a combination of chromatin immunoprecipitation, CRISPR-Cas9-mediated genome-editing technology, and in vivo models, we determined that TFEB and TFE3 collaborate with each other in activated macrophages and microglia to promote efficient autophagy induction, increased lysosomal biogenesis, and transcriptional upregulation of numerous proinflammatory cytokines. Furthermore, secretion of key mediators of the inflammatory response (CSF2, IL1B, IL2, and IL27), macrophage differentiation (CSF1), and macrophage infiltration and migration to sites of inflammation (CCL2) was significantly reduced in TFEB and TFE3 deficient cells. These new insights provide us with a deeper understanding of the transcriptional regulation of the innate immune response.

Accurate motion detection requires neural circuitry that compensates for global visual field motion. Select subtypes of retinal ganglion cells perceive image motion and connect to the accessory optic system (AOS) in the brain, which generates compensatory eye movements that stabilize images during slow visual field motion. Here, we show that the murine transmembrane semaphorin 6A (Sema6A) is expressed in a subset of On direction-selective ganglion cells (On DSGCs) and is required for retinorecipient axonal targeting to the medial terminal nucleus (MTN) of the AOS. Plexin A2 and A4, two Sema6A binding partners, are expressed in MTN cells, attract Sema6A(+) On DSGC axons, and mediate MTN targeting of Sema6A(+) RGC projections. Furthermore, Sema6A/Plexin-A2/A4 signaling is required for the functional output of the AOS. These data reveal molecular mechanisms underlying the assembly of AOS circuits critical for moving image perception.

Summary Microglia are increasingly recognized for their major contributions during brain development and neurodegenerative disease. It is currently unknown if these functions are carried out by subsets of microglia during different stages of development and adulthood or within specific brain regions. Here, we performed deep single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) of microglia and related myeloid cells sorted from various regions of embryonic, postnatal, and adult mouse brains. We found that the majority of adult microglia with homeostatic signatures are remarkably similar in transcriptomes, regardless of brain region. By contrast, postnatal microglia represent a more heterogeneous population. We discovered that postnatal white matter-associated microglia (WAM) are strikingly different from microglia in other regions and express genes enriched in degenerative disease-associated microglia. These postnatal WAM have distinct amoeboid morphology, are metabolically active, and phagocytose newly formed oligodendrocytes. This scRNA-seq atlas will be a valuable resource for dissecting innate immune functions in health and disease. Highlights Myeloid scRNA-seq atlas across brain regions and developmental stages Limited transcriptomic heterogeneity of homeostatic microglia in the adult brain Phase-specific gene sets of proliferating microglia along cell cycle pseudotime Phagocytic postnatal white matter-associated microglia sharing DAM gene signatures

Summary In the developing central nervous system, oligodendrocyte precursor cells (OPCs) differentiate into oligodendrocytes, which form myelin around axons. Oligodendrocytes and myelin are essential for the function of the central nervous system, as evidenced by the severe neurological symptoms that arise in demyelinating diseases such as multiple sclerosis and leukodystrophy. Although many cell-intrinsic mechanisms that regulate oligodendrocyte development and myelination have been reported, it remains unclear whether interactions among oligodendrocyte-lineage cells (OPCs and oligodendrocytes) affect oligodendrocyte development and myelination. Here, we show that blocking vesicle-associated membrane protein (VAMP) 1/2/3-dependent exocytosis from oligodendrocyte-lineage cells impairs oligodendrocyte development, myelination, and motor behavior in mice. Adding oligodendrocyte-lineage cell-secreted molecules to secretion-deficient OPC cultures partially restores the morphological maturation of oligodendrocytes. Moreover, we identified L-type prostaglandin D synthase as an oligodendrocyte-lineage cell-secreted protein that promotes oligodendrocyte development and myelination in vivo . These findings reveal a novel autocrine/paracrine loop model for the regulation of oligodendrocyte and myelin development.

The aim of this study was to study the effects of human umbilical cord mesenchymal stem cells (HUC-MSCs) on glutathione (GSH) metabolism in human ovarian cancer cells induced by phosphoramide mustard (PM). The experiment was divided into five groups, namely, the blank group (ovarian cancer cells), the control group (ovarian cancer cells + HUC-MSCs), the model group (ovarian cancer cells + PM), the treatment group (ovarian cancer cells + PM + HUC-MSCs), and the inhibitor group (ovarian cancer cells + PM + HUC-MSCs + extracellular signal-regulated protein kinase inhibitor PD98059). The apoptosis rate of ovarian cancer cells was detected by flow cytometry. Intracellular levels of oxidized glutathione (GSSG), GSH, γ-glutamyl cysteine synthetase (γ-GCS), and intracellular reactive oxygen species (ROS) were detected by enzyme-linked immunosorbent assay. Protein imprinting and real-time fluorescence quantitative PCR were used to detect extracellular regulated protein kinase (ERK), p-ERK heme oxygenase-1 (HO-1), and nuclear factor E2-related factor 2 (Nrf2) protein levels. First, the apoptosis rate in the model group was increased compared with that of the blank group. The levels of γ-GCS, p-ERK, HO-1, and Nrf-2 decreased, while the levels of malondialdehyde, GSSG, and ROS increased. Second, compared with the model group, the apoptosis rate in the treatment group decreased. GSH, γ-GCS, p-ERK, HO-1, and Nrf2 levels increased. Malondialdehyde, GSSG, and ROS levels decreased. Third, after the administration of ERK inhibitor, the apoptosis rate of cells increased. GSH, p-ERK, and HO-1 levels decreased. GSSG and ROS levels increased (

The clinical application of doxorubicin (DOX) was limited by the serious cardiotoxicity. The traditional Chinese medicine Andrographis paniculata and its principal active component (Dehydroandrographolide, DA) have been well known for their diverse cardiovascular protective effects. However, the effects of DA on DOX-induced cardiotoxicity (DIC) were still unknown. In this study, we evaluated the effects and revealed the potential mechanisms of DA on DIC both in vivo and in vitro. The effects of DA on DIC were systematically assessed by echocardiography and histological assays. Western blot and flow cytometry were used to measure apoptosis of cardiomyocytes. Transmission electron microscopy and StubRFP-SensGFP-LC3 lentivirus were further used to assay autophagic flux. Our results showed that DA administration significantly improved cardiac function and attenuated DOX-induced cardiomyocyte apoptosis. Mechanically, DA restored autophagic flux and lysosome functions via inhibiting DOX-induced mTOR signal pathway activation and increasing the translocation of TFEB to the nucleus. However, activation of mTOR or knockdown of TFEB significantly inhibited the protective effects of DA against DIC by impacting lysosomal functions and autophagic flux. In conclusion, our results revealed that DA might be a potential cardioprotective agent against DIC.

Oligodendrocytes are the sole myelin producing cells in the central nervous system. Oligodendrocyte numbers are tightly controlled across diverse brain regions to match local axon type and number, but the underlying mechanisms and functional significance remain unclear. Here, we show that autophagy, an evolutionarily conserved cellular process that promotes cell survival under canonical settings, elicits premyelinating oligodendrocyte apoptosis during development and regulates critical aspects of nerve pulse propagation. Autophagy flux is increased in premyelinating oligodendrocytes, and its genetic blockage causes ectopic oligodendrocyte survival throughout the entire brain. Autophagy acts in the TFEB-Bax/Bak pathway and elevates PUMA mRNA levels to trigger premyelinating oligodendrocyte apoptosis cell-autonomously. Autophagy continuously functions in the myelinating oligodendrocytes to limit myelin sheath numbers and fine-tune nerve pulse propagation. Our results provide in vivo evidence showing that autophagy promotes apoptosis in mammalian cells under physiological conditions and reveal key intrinsic mechanisms governing oligodendrocyte number.Autophagy flux increases in the premyelinating and myelinating oligodendrocytesAutophagy promotes premyelinating oligodendrocyte (pre-OL) apoptosis to control myelination location and timing Autophagy acts in the TFEB-PUMA-Bax/Bak pathway and elevates PUMA mRNA levels to determine pre-OL fate Autophagy continuously functions in the myelinating oligodendrocytes to limit myelin sheath thickness and finetune nerve pulse propagation.

Chronic inflammation is driven by proinflammatory cytokines such as interleukin 6 (IL-6), tumor necrosis factor-α (TNF-α), and chemokines, such as c-c motif chemokine ligand 2 (CCL2), CCL3, C-X-C motif chemokine ligand 2 (CXCL2), and CXCL10. Inflammatory processes of the central nervous system (CNS) play an important role in the pathogenesis of various neurological and psychiatric disorders like Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, and depression. Therefore, identifying novel anti-inflammatory drugs may be beneficial for treating disorders with a neuroinflammatory background. The G-protein-coupled receptor 55 (GPR55) gained interest due to its role in inflammatory processes and possible involvement in different disorders. This study aims to identify the anti-inflammatory effects of the coumarin-based compound KIT C, acting as an antagonist with inverse agonistic activity at GPR55, in lipopolysaccharide (LPS)-stimulated BV2 microglial cells in comparison to the commercial GPR55 agonist O-1602 and antagonist ML-193. All compounds significantly suppressed IL-6, TNF-α, CCL2, CCL3, CXCL2, and CXCL10 expression and release in LPS-treated BV2 microglial cells. The anti-inflammatory effects of the compounds are partially explained by modulation of the phosphorylation of p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK), p42/44 MAPK (ERK 1/2), protein kinase C (PKC) pathways, and the transcription factor nuclear factor (NF)-κB, respectively. Due to its potent anti-inflammatory properties, KIT C is a promising compound for further research and potential use in inflammatory-related disorders.