After myelination, oligodendrocytes are able to survive without mitochondrial respiration, suggesting that they can switch to aerobic glycolysis and release lactate. In the central nervous system, the myelin sheath that insulates and protects the axon is produced by glial cells known as oligodendrocytes. A study of conditional mutant mice in which myelin-producing cells fail to assemble mitochondrial cytochrome c oxidase complex IV shows, surprisingly, that the oligodendrocytes continued to support myelination in the absence of mitochondrial respiration. They seem to be able to switch to lactate-producing aerobic glycolysis. And because myelinated axons can utilize lactate when energy-deprived, this may be an extra means by which the oligodendrocytes support functioning axons. Oligodendrocytes, the myelin-forming glial cells of the central nervous system, maintain long-term axonal integrity1,2,3. However, the underlying support mechanisms are not understood4. Here we identify a metabolic component of axon–glia interactions by generating conditional Cox10 (protoheme IX farnesyltransferase) mutant mice, in which oligodendrocytes and Schwann cells fail to assemble stable mitochondrial cytochrome c oxidase (COX, also known as mitochondrial complex IV). In the peripheral nervous system, Cox10 conditional mutants exhibit severe neuropathy with dysmyelination, abnormal Remak bundles, muscle atrophy and paralysis. Notably, perturbing mitochondrial respiration did not cause glial cell death. In the adult central nervous system, we found no signs of demyelination, axonal degeneration or secondary inflammation. Unlike cultured oligodendrocytes, which are sensitive to COX inhibitors5, post-myelination oligodendrocytes survive well in the absence of COX activity. More importantly, by in vivo magnetic resonance spectroscopy, brain lactate concentrations in mutants were increased compared with controls, but were detectable only in mice exposed to volatile anaesthetics. This indicates that aerobic glycolysis products derived from oligodendrocytes are rapidly metabolized within white matter tracts. Because myelinated axons can use lactate when energy-deprived6, our findings suggest a model in which axon–glia metabolic coupling serves a physiological function.

Abstract The high energy requirements of the cortical gray matter are met by the precise cooperation of neurons, glia, and vascular cells in a process known as neurovascular coupling (NVC). In contrast, the existence and significance of NVC in white matter (WM) are still debated and basic regulatory mechanisms are unknown. We recently discovered that oligodendrocytes sense the spiking axons’ activity via NMDA receptors and regulate their cell surface expression of glucose transporter GLUT1 allowing an increase in glycolytic metabolism that enables lactate release to metabolically support the axons. Here, we show for the mouse optic nerve (ON), a model WM tract, that the vascular support is also dynamically controlled. Axonal spiking activity induces small vessel dilations which are sustained for more than 20 minutes upon the ending of electrical stimulation. Pharmacological inhibition shows that the electrically evoked dilation is mediated by the prostaglandin E 2 receptor EP 4 and can be modulated by the oxygen concentration, as has been shown in the grey matter. Importantly, we found in ONs from conditional mouse mutants that oligodendroglial NMDA receptors are required for this type of neurovascular response, demonstrating a critical role of oligodendrocytes in coupling axonal activity to pericyte function. Reminiscent of NVC in cortical slices, the “axo-vascular” response is slower and may represent a more rudimentary form of neurovascular coupling.

Myelinating oligodendrocytes enable fast impulse propagation along axons as revealed through studies of homogeneously myelinated white matter tracts. However, gray matter myelination patterns are different, with sparsely myelinated sections leaving large portions of the axons naked. The consequences of this patchy myelination for oligodendrocyte function are not understood but suggest other roles in information processing beyond the regulation of axonal conduction velocity. Here, we analyzed the contribution of myelin to auditory information processing using paradigms that are good predictors of speech understanding in humans. We compared mice with different degrees of dysmyelination using acute cortical multiunit recordings in combination with behavioral readouts. We identified complex alterations of neuronal responses that reflect fatigue and temporal acuity deficits. Partially discriminable but overall similar deficits were observed in mice with oligodendrocytes that can myelinate but cannot fully support axons metabolically. Thus, myelination contributes to sustained stimulus perception in temporally complex paradigms, revealing a role of oligodendrocytes in the CNS beyond the increase of axonal conduction velocity.