Astrocyte Ca2+ signals in awake behaving mice are widespread, coordinated and differ fundamentally from the locally restricted Ca2+ transients observed ex vivo and in anesthetized animals. Here we show that the synchronized release of norepinephrine (NE) from locus coeruleus (LC) projections throughout the cerebral cortex mediate long-ranging Ca2+ signals by activation of astrocytic α1-adrenergic receptors. When LC output was triggered by either physiological sensory (whisker) stimulation or an air-puff startle response, astrocytes responded with fast Ca2+ transients that encompassed the entire imaged field (positioned over either frontal or parietal cortex). The application of adrenergic inhibitors, including α1-adrenergic antagonist prazosin, potently suppressed both evoked, as well as the frequently observed spontaneous astroglial Ca2+ signals. The LC-specific neurotoxin N-(2-chloroethyl)-N-ethyl-2-bromobenzylamine (DSP-4), which reduced cortical NE content by >90%, prevented nearly all astrocytic Ca2+ signals in awake mice. The observations indicate that in adult, unanesthetized mice, astrocytes do not respond directly to glutamatergic signaling evoked by sensory stimulation. Instead astrocytes appear to be the primary target for NE, with astrocytic Ca2+ signaling being triggered by the α1-adrenergic receptor. In turn, astrocytes may coordinate the broad effects of neuromodulators on neuronal activity.

Calcium signaling represents the principle pathway by which astrocytes respond to neuronal activity. General anesthetics are routinely used in clinical practice to induce a sleep-like state, allowing otherwise painful procedures to be performed. Anesthetic drugs are thought to mainly target neurons in the brain and act by suppressing synaptic activity. However, the direct effect of general anesthesia on astrocyte signaling in awake animals has not previously been addressed. This is a critical issue, because calcium signaling may represent an essential mechanism through which astrocytes can modulate synaptic activity. In our study, we performed calcium imaging in awake head-restrained mice and found that three commonly used anesthetic combinations (ketamine/xylazine, isoflurane, and urethane) markedly suppressed calcium transients in neocortical astrocytes. Additionally, all three anesthetics masked potentially important features of the astrocyte calcium signals, such as synchronized widespread transients that appeared to be associated with arousal in awake animals. Notably, anesthesia affected calcium transients in both processes and soma and depressed spontaneous signals, as well as calcium responses, evoked by whisker stimulation or agonist application. We show that these calcium transients are inositol 1,4,5-triphosphate type 2 receptor (IP 3 R2)-dependent but resistant to a local blockade of glutamatergic or purinergic signaling. Finally, we found that doses of anesthesia insufficient to affect neuronal responses to whisker stimulation selectively suppressed astrocyte calcium signals. Taken together, these data suggest that general anesthesia may suppress astrocyte calcium signals independently of neuronal activity. We propose that these glial effects may constitute a nonneuronal mechanism for sedative action of anesthetic drugs.

Despite high metabolic activity, the retina and optic nerve head lack traditional lymphatic drainage. We here identified a novel ocular glymphatic clearance route for fluid and wastes via the proximal optic nerve. Amyloid-β (Aβ) was cleared from the vitreous via a pathway driven by the ocular-cranial pressure difference. After traversing the lamina barrier, intra-axonal Aβ was cleared via the perivenous space and subsequently drained to lymphatic vessels. Light-induced pupil constriction enhanced, while atropine or raising intracranial pressure blocked efflux. In two distinct murine models of glaucoma, Aβ leaked from the eye via defects in the lamina barrier instead of directional axonal efflux. The discovery of a novel pathway for removal of fluid and metabolites from the intraocular space prompts a reevaluation of the core principles governing eye physiology and provides a framework for new therapeutic approaches to treat common eye diseases, including glaucoma.

The glymphatic system is a brain-wide metabolite clearance pathway, impairment of which in post-traumatic and ischemic brain or healthy aging is proposed to contribute to intracerebral accumulation of amyloid-β and tau proteins. Glymphatic perivascular influx of cerebrospinal fluid (CSF) depends upon the expression and perivascular localization of the astroglial water channel aquaporin-4 (AQP4). Prompted by a recent publication that failed to find an effect of Aqp4 knock- out on perivascular CSF tracer influx and interstitial fluid (ISF) tracer dispersion, four independent research groups have herein re-examined the importance of Aqp4 in glymphatic fluid transport. We concur in finding that CSF tracer influx, as well as fluorescently-tagged amyloid-β efflux, are significantly faster in wild-type mice than in three different transgenic lines featuring disruption of the Aqp4 gene and one line in which AQP4 expression lacks the critical perivascular localization (Snta1 knockout). These data validate the role of AQP4 in supporting fluid and solute transport and efflux in brain in accordance with the glymphatic system model.