The precursor function of the ubiquitous glial cell type in the developing central nervous system (CNS), the radial glia, is largely unknown. Using Cre/loxP in vivo fate mapping studies, we found that radial glia generate virtually all cortical projection neurons but not the interneurons originating in the ventral telencephalon. In contrast to the cerebral cortex, few neurons in the basal ganglia originate from radial glia, and in vitro lineage analysis revealed intrinsic differences in the potential of radial glia from the dorsal and ventral telencephalon. This shows that the progeny of radial glia not only differs profoundly between brain regions but also includes the majority of neurons in some parts of the CNS.

We have generated transgenic mice in which astrocytes are labeled by the enhanced green fluorescent protein (EGFP) under the control of the human glial fibrillary acidic protein (GFAP) promoter. In all regions of the CNS, such as cortex, cerebellum, striatum, corpus callosum, hippocampus, retina, and spinal cord, EGFP-positive cells with morphological properties of astrocytes could be readily visualized by direct fluorescence microscopy in living brain slices or whole mounts. Also in the PNS, nonmyelinating Schwann cells from the sciatic nerve could be identified by their bright green fluorescence. Highest EGFP expression was found in the cerebellum. Already in acutely prepared whole brain, the cerebellum appeared green-yellowish under normal daylight. Colabeling with GFAP antibodies revealed an overlap with EGFP in the majority of cells. Some brain areas, however, such as retina or hypothalamus, showed only low levels of EGFP expression, although the astrocytes were rich in GFAP. In contrast, some areas that were poor in immunoreactive GFAP were conspicuous for their EGFP expression. Applying the patch clamp technique in brain slices, EGFP-positive cells exhibited two types of membrane properties, a passive membrane conductance as described for astrocytes and voltage-gated channels as described for glial precursor cells. Electron microscopical investigation of ultrastructural properties revealed EGFP-positive cells enwrapping synapses by their fine membrane processes. EGFP-positive cells were negative for oligodendrocyte (MAG) and neuronal markers (NeuN). As response to injury, i.e., by cortical stab wounds, enhanced levels of EGFP expression delineated the lesion site and could thus be used as a live marker for pathology.

Based on the expression of glial fibrillary acidic protein (GFAP), a recent hypothesis considered stem or progenitor cells in the adult hippocampus to be a type of astrocyte. In a complementary approach, we used transgenic mice expressing green fluorescent protein (GFP) under the promoter for nestin, an intermediate filament present in progenitor cells, to demonstrate astrocytic features in nestin-GFP-positive cells. Morphologically, two subpopulations of nestin-GFP-positive cells were distinguishable; one had an elaborate tree of processes in the granule cell layer and expression of GFAP (but not of S100β, another astrocytic marker). Electron microscopy revealed vascular end feet of nestin-positive cells, further supporting astrocytic differentiation. Electrophysiological examination of nestin-GFP-positive cells on acutely isolated hippocampal slices showed passive current characteristics of astrocytes in one subset of cells. Among the nestin-GFP-expressing cells with lacking astrocytic features, two cell types could be identified electrophysiologically: cells with delayed-rectifying potassium currents and a very small number of cells with sodium currents, potentially representing signs of the earliest steps of neuronal differentiation.

Recent data have suggested the existence of direct signaling pathways between glial cells and neurons. Here we report the coexistence of distinct types of cells expressing astrocyte-specific markers within the hippocampus that display diverse morphological, molecular, and functional profiles. Usage of transgenic mice with GFAP promoter-controlled enhanced green fluorescent protein (EGFP) expression allowed the identification of astroglial cells after fresh isolation or in brain slices. Combining patch-clamp recordings and single-cell reverse transcription-PCR, we distinguished two morphologically distinct types of EGFP-positive cells, one expressing glutamate transporters and the other expressing ionotropic glutamate receptors. None of the EGFP-positive cells coexpressed glutamate receptors and transporters. Subpopulations of glutamate receptor-bearing EGFP-positive cells expressed AN2, the mouse homolog of the rat NG2 proteoglycan or transcripts for excitatory amino acid carrier 1, a neuronal glutamate transporter. Our data demonstrate the presence of distinct, independent populations of cells with astroglial properties in the developing hippocampus that can differently modulate neuronal signaling pathways. The observed heterogeneity of cells with GFAP promoter-regulated EGFP expression and S100beta/GFAP immunoreactivity challenges the hitherto accepted definition of astrocytes.

Microglial cells closely interact with senile plaques in Alzheimer’s disease and acquire the morphological appearance of an activated phenotype. The significance of this microglial phenotype and the impact of microglia for disease progression have remained controversial. To uncover and characterize putative changes in the functionality of microglia during Alzheimer’s disease, we directly assessed microglial behavior in two mouse models of Alzheimer’s disease. Using in vivo two-photon microscopy and acute brain slice preparations, we found that important microglial functions - directed process motility and phagocytic activity - were strongly impaired in mice with Alzheimer’s disease-like pathology compared to age-matched non-transgenic animals. Notably, impairment of microglial function temporally and spatially correlated with Aβ plaque deposition, and phagocytic capacity of microglia could be restored by interventionally decreasing amyloid burden by Aβ vaccination. These data suggest that major microglial functions progressively decline in Alzheimer’s disease with the appearance of Aβ plaques, and that this functional impairment is reversible by lowering Aβ burden, e.g. by means of Aβ vaccination.

Abstract Murine cultured microglial cells were immortalized after infection with a v‐raf/v‐myc recombinant retro‐virus. This immortalized cell line (BV‐2) shares properties with body macrophages with respect to the antigen profile, their phagocytic capacity and antimicrobial activity. BV‐2 cells are not constitu‐tively able to kill tumor cells in vitro, but acquire antitumor activity following an increase in [Ca ++ ] i . BV‐2 cells, like microglial cells, are however, distinct from peripheral macrophages by their expression of inwardly rectifying K + cannels in concert with a Jack in outwardly rectifying K + channels and the formation of spineous processes. The BV‐2 cell line thus represents a suitable model for in vitro studies of activated microglial cells.

Diffuse infiltration of glioma cells into normal brain tissue is considered to be a main reason for the unfavorable outcomes of patients with malignant gliomas. Invasion of glioma cells into the brain parenchyma is facilitated by metalloprotease-mediated degradation of the extracellular matrix. Metalloproteases are released as inactive pro-forms and get activated upon cleavage by membrane bound metalloproteases. Here, we show that membrane type 1 metalloprotease (MT1-MMP) is up-regulated in glioma-associated microglia, but not in the glioma cells. Overexpression of MT1-MMP is even lethal for glioma cells. Glioma-released factors trigger the expression and activity of MT1-MMP via microglial toll-like receptors and the p38 MAPK pathway, as deletion of the toll-like receptor adapter protein MyD88 or p38 inhibition prevented MT1-MMP expression and activity in cultured microglial cells. Microglial MT1-MMP in turn activates glioma-derived pro-MMP-2 and promotes glioma expansion, as shown in an ex vivo model using MT1-MMP-deficient brain tissue and a microglia depletion paradigm. Finally, MyD88 deficiency or microglia depletion largely attenuated glioma expansion in 2 independent in vivo models.