Abstract Neutrophils are rapidly recruited to inflammatory sites where they coordinate their migration to form clusters, a process termed neutrophil swarming. The factors which modulate neutrophil swarming during its early stages are not fully understood, requiring the development of new in vivo models. Using transgenic zebrafish larvae to study endogenous neutrophil migration in a tissue damage model, we demonstrate that neutrophil swarming is a conserved process in zebrafish immunity, sharing essential features with mammalian systems. We show that neutrophil swarms initially develop around a pioneer neutrophil, in a three-phase sequence of events. By adopting a high-resolution confocal microscopy approach, we observed the release of cell fragments by early swarming neutrophils. We developed a neutrophil specific histone H2A transgenic reporter line TgBAC(mpx:GFP)i114;Tg(lyz:H2A-mCherry)sh530 to study neutrophil extracellular traps (NETs), and found that endogenous neutrophils recruited to sites of tissue damage released NETs at the start of the swarming process. The optical transparency achieved using the zebrafish model has provided some of the highest resolution imaging of NET release in vivo to date. Using a combination of transgenic reporter lines and DNA intercalating agents, we demonstrate that pioneer neutrophils release extracellular traps during the swarming response, suggesting that cell death signalling via NETosis might be important in driving the swarming response.

Abstract Neutrophilic inflammation with prolonged neutrophil survival is common to many inflammatory conditions, including chronic obstructive pulmonary disease (COPD). There are few specific therapies that reverse neutrophilic inflammation, but uncovering mechanisms regulating neutrophil survival is likely to identify novel therapeutic targets. Screening of 367 kinase inhibitors in human neutrophils and a zebrafish tail fin injury model identified ErbBs as common targets of compounds that accelerated inflammation resolution. The ErbB inhibitors gefitinib, CP-724714, erbstatin and tyrphostin AG825 significantly accelerated apoptosis of human neutrophils, including neutrophils from people with COPD. Neutrophil apoptosis was also increased in Tyrphostin AG825 treated-zebrafish in vivo . Tyrphostin AG825 decreased peritoneal inflammation in zymosan-treated mice, and increased lung neutrophil apoptosis and macrophage efferocytosis in a murine acute lung injury model. Tyrphostin AG825 and knockdown of egfra and erbb2 by CRISPR/Cas9 reduced inflammation in zebrafish. Our work shows that inhibitors of ErbB kinases have therapeutic potential in neutrophilic inflammatory disease.

Abstract Endogenous retroviruses (ERVs) are fossils left in our genome from retrovirus infections of the past. Their sequences are part of every vertebrate genome and their random integrations are thought to have contributed to evolution. Although ERVs are mainly kept silenced by the host genome, they are found activated in multiple disease states such as auto-inflammatory disorders and neurological diseases. What makes defining their role in health and diseases challenging is the numerous copies in mammalian genomes and the lack of tools to study them. In this study, we identified 8 copies of the zebrafish endogenous retrovirus ( zferv ). We created and characterised the first in vivo ERV reporter line in any species. Using a combination of live imaging, flow cytometry and single cell RNA sequencing, we mapped zferv expression to early T cells and neurons. Thus, this new tool identified tissues expressing ERV in zebrafish, highlighting a potential role of ERV during brain development and strengthening the hypothesis that ERV play a role in immunity and neurological diseases. This transgenic line is therefore a suitable tool to study the function of ERV in health and diseases.

Highlights from the Science family of journals

The contribution of microglia in neurological disorders is emerging as a leading driver rather than a consequence of pathology. RNAseT2-deficient leukoencephalopathy is a severe childhood white matter disorder affecting patients in their first year of life and mimics a cytomegalovirus brain infection. The early onset and resemblance of the symptoms to an immune response suggest an inflammatory and embryonic origin of the pathology. In this study, we identify deficient microglia as an early marker of pathology. Using the ex utero development and the optical transparency of an rnaset2 -deficient zebrafish model, we found that dysfunctional microglia fail to clear apoptotic neurons during brain development. This was associated with increased number of apoptotic cells and behavioural defects lasting into adulthood. This zebrafish model recapitulates all aspect of the human disease to be used as a robust preclinical model. Using microglia-specific depletion and rescue experiments, we identified microglia as potential drivers of the pathology and highlight tissue-specific approaches as future therapeutic avenues.

Highlights from the Science family of journals

The inappropriate retention of neutrophils in the lung is a major driver of the excessive tissue damage characteristic of respiratory inflammatory diseases including COPD, ARDS and cystic fibrosis. The molecular programmes which orchestrate neutrophil recruitment to inflammatory sites through chemotactic guidance have been well studied. However, how neutrophil sensitivity to these cues is modulated during inflammation resolution is not understood. The identification of neutrophil reverse migration as a mechanism of inflammation resolution and the ability to modulate this therapeutically has identified a new target to treat inflammatory disease. Here we investigate the role of the CXCL12/CXCR4 signalling axis in modulating neutrophil retention at inflammatory sites. We used an in vivo tissue injury model to study inflammation using transgenic zebrafish larvae. Expression of cxcl12a and cxcr4b during the tissue damage response was assessed using in situ hybridisation and analysis of RNA sequencing data. CRISPR/Cas9 was used to knockdown cxcl12a and cxcr4b in zebrafish larvae. The CXCR4 antagonist AMD3100 was used to block the Cxcl12/Cxcr4 signalling axis pharmacologically. We identified that cxcr4b and cxcl12a are expressed at the wound site in zebrafish larvae during the inflammatory response. Following tail-fin transection, removal of neutrophils from inflammatory sites is significantly increased in cxcr4b and cxcl12a CRISPR knockdown larvae. Pharmacological inhibition of the Cxcl12/Cxcr4 signalling axis accelerates inflammation resolution, an effect caused by an increase in neutrophil reverse migration. The findings of this study suggest that CXCR4/CXCL12 signalling may play an important role in neutrophil retention at inflammatory sites, identifying a potential new target for the therapeutic removal of neutrophils from the lung in chronic inflammatory disease.

Highlights from the Science family of journals

Highlights from the Science family of journals

Highlights from the Science family of journals