Abstract Spinal cord injury leads to a massive response of innate immune cells in non-regenerating mammals, but also in successfully regenerating zebrafish. However, the role of the immune response in successful regeneration is poorly defined. Here we show that inhibiting inflammation reduces and promoting it accelerates axonal regeneration in spinal-lesioned zebrafish larvae. Mutant analyses show that peripheral macrophages, but not neutrophils or microglia, are necessary for repair. Macrophage-less irf8 mutants show prolonged inflammation with elevated levels of Tnf-α and Il-1β. Inhibiting Tnf-α does not rescue axonal growth in irf8 mutants, but impairs it in wildtype animals, indicating a pro-regenerative role of Tnf-α. In contrast, decreasing Il-1β levels or number of Il-1β + neutrophils rescue functional regeneration in irf8 mutants. However, during early regeneration, interference with Il-1β function impairs regeneration in irf8 and wildtype animals. Hence, inflammation is dynamically controlled by macrophages to promote functional spinal cord regeneration in zebrafish.

ABSTRACT Adult zebrafish regenerate neurons in their brain, but the extent and variability of this capacity is unclear. Here we ask whether loss of various dopaminergic neuron populations is sufficient to trigger their functional regeneration. Genetic lineage tracing shows that specific diencephalic ependymo-radial glial progenitor cells (ERGs) give rise to new dopaminergic (Th + ) neurons. Ablation elicits an immune response, increased proliferation of ERGs and increased addition of new Th + neurons in populations that constitutively add new neurons, e.g. diencephalic population 5/6. Inhibiting the immune response attenuates neurogenesis to control levels. Boosting the immune response enhances ERG proliferation, but not addition of Th + neurons. In contrast, in populations in which constitutive neurogenesis is undetectable, e.g. the posterior tuberculum and locus coeruleus, cell replacement and tissue integration are incomplete and transient. This is associated with loss of spinal Th + axons, as well as permanent deficits in shoaling and reproductive behaviour. Hence, dopaminergic neuron populations in the adult zebrafish brain show vast differences in regenerative capacity that correlate with constitutive addition of neurons and depend on immune system activation.

Spinal cord injury leads to a massive response of innate immune cells (microglia, macrophages, neutrophils) both, in non-regenerating mammals and in successfully regenerating zebrafish, but the role of these immune cells in functional spinal cord regeneration in zebrafish has not been addressed. Here we show that inhibiting inflammation reduces and promoting it accelerates axonal regeneration in larval zebrafish. Mutant analyses show that peripheral macrophages, but not neutrophils or microglia, are necessary and sufficient for full regeneration. Macrophage-less irf8 mutants show prolonged inflammation with elevated levels of Il-1β and Tnf-α. Decreasing Il-1β levels or number of Il-1β+ neutrophils rescues functional regeneration in irf8 mutants. However, during early regeneration, interference with Il-1β function impairs regeneration in irf8 and wildtype animals. Inhibiting Tnf-α does not rescue axonal growth in irf8 mutants, but impairs it in wildtype animals, indicating a pro-regenerative role of Tnf-α. Hence, inflammation is tightly and dynamically controlled by macrophages to promote functional spinal cord regeneration in zebrafish.