Abstract Sciatic nerve crush injury triggers sterile inflammation within the distal nerve and axotomized dorsal root ganglia (DRGs). Granulocytes and pro-inflammatory Ly6C high monocytes infiltrate the nerve first, and rapidly give way to Ly6C negative inflammation-resolving macrophages. In axotomized DRGs, few hematogenous leukocytes are detected and resident macrophages acquire a ramified morphology. Single-cell RNA-sequencing of injured sciatic nerve identifies five macrophage subpopulations, repair Schwann cells, and mesenchymal precursor cells. Macrophages at the nerve crush site are molecularly distinct from macrophages associated with Wallerian degeneration. In the injured nerve, macrophages “eat” apoptotic leukocytes, a process called efferocytosis, and thereby promote an anti-inflammatory milieu. Myeloid cells in the injured nerve, but not axotomized DRGs, strongly express receptors for the cytokine GM-CSF. In GM-CSF deficient ( Csf2 -/- ) mice, inflammation resolution is delayed and conditioning-lesion induced regeneration of DRG neuron central axons is abolished. Thus, carefully orchestrated inflammation resolution in the nerve is required for conditioning-lesion induced neurorepair.

Abstract Upon trauma, the adult murine PNS displays a remarkable degree of spontaneous anatomical and functional regeneration. To explore extrinsic mechanisms of neural repair, we carried out single cell analysis of naïve mouse sciatic nerve, peripheral blood mononuclear cells, and crushed sciatic nerves at 1-day, 3-days, and 7-days following injury. During the first week, monocytes and macrophages (Mo/Mac) rapidly accumulate in the injured nerve and undergo extensive metabolic reprogramming. Proinflammatory Mo/Mac in the injured nerve show high glycolytic flux compared to Mo/Mac in blood and dominate the early injury response. They subsequently give way to inflammation resolving Mac, programmed toward oxidative phosphorylation. Nerve crush injury causes partial leakiness of the blood-nerve-barrier, proliferation of endoneurial and perineurial stromal cells, and accumulation of select serum proteins. Micro-dissection of the nerve injury site and distal nerve, followed by single-cell RNA-sequencing, identified distinct immune compartments, triggered by mechanical nerve wounding and Wallerian degeneration, respectively. This finding was independently confirmed with Sarm1 -/- mice, where Wallerian degeneration is greatly delayed. Experiments with chimeric mice showed that wildtype immune cells readily enter the injury site in Sarm1-/- mice, but are sparse in the distal nerve, except for Mo. We used CellChat to explore intercellular communications in the naïve and injured PNS and report on hundreds of ligand-receptor interactions. Our longitudinal analysis represents a new resource for nerve regeneration, reveals location specific immune microenvironments, and reports on large intercellular communication networks. To facilitate mining of scRNAseq datasets, we generated the injured sciatic nerve atlas (iSNAT): https://cdb-rshiny.med.umich.edu/Giger_iSNAT/