Reactive astrogliosis is characterized by a profound change in astrocyte phenotype in response to all CNS injuries and diseases. To better understand the reactive astrocyte state, we used Affymetrix GeneChip arrays to profile gene expression in populations of reactive astrocytes isolated at various time points after induction using two mouse injury models, ischemic stroke and neuroinflammation. We find reactive gliosis consists of a rapid, but quickly attenuated, induction of gene expression after insult and identify induced Lcn2 and Serpina3n as strong markers of reactive astrocytes. Strikingly, reactive astrocyte phenotype strongly depended on the type of inducing injury. Although there is a core set of genes that is upregulated in reactive astrocytes from both injury models, at least 50% of the altered gene expression is specific to a given injury type. Reactive astrocytes in ischemia exhibited a molecular phenotype that suggests that they may be beneficial or protective, whereas reactive astrocytes induced by LPS exhibited a phenotype that suggests that they may be detrimental. These findings demonstrate that, despite well established commonalities, astrocyte reactive gliosis is a highly heterogeneous state in which astrocyte activities are altered to respond to the specific injury. This raises the question of how many subtypes of reactive astrocytes exist. Our findings provide transcriptome databases for two subtypes of reactive astrocytes that will be highly useful in generating new and testable hypotheses of their function, as well as for providing new markers to detect different types of reactive astrocytes in human neurological diseases.

Down syndrome (DS) is a developmental disorder caused by a third chromosome 21 in humans (Trisomy 21), leading to neurological deficits and cognitive impairment. Studies in mouse models of DS suggest that cognitive deficits in the adult are associated with deficits in synaptic learning and memory mechanisms, but it is unclear whether alterations in the early wiring and refinement of neuronal circuits contribute to these deficits. Here, we show that early developmental refinement of visual circuits is perturbed in mouse models of Down syndrome. Specifically, we find excessive eye-specific segregation of retinal axons in the dorsal lateral geniculate nucleus. Indeed, the degree of refinement scales with defects in the “Down syndrome critical region” (DSCR) in a dose-dependent manner. We further identify Dscam (Down syndrome cell adhesion molecule), a gene within the DSCR, as a regulator of eye-specific segregation of retinogeniculate projections. Although Dscam is not the sole gene in the DSCR contributing to enhanced refinement in trisomy, Dscam dosage clearly regulates cell spacing and dendritic fasciculation in a specific class of retinal ganglion cells. Thus, altered developmental refinement of visual circuits that occurs before sensory experience is likely to contribute to visual impairment in individuals with Down syndrome.