Abstract: GSH, GSSG, vitamin E, and ascorbate were measured in 14‐day cultures of chick astrocytes and neurons and compared with levels in the forebrains of chick embryos of comparable age. Activities of enzymes involved in GSH metabolism were also measured. These included ‐γ‐glutamylcysteine synthetase, GSH synthetase, γ‐glutamyl cyclotransferase, γ‐glutamyltranspeptidase, glutathione transferase (GST), GSH peroxidase, and GSSG reductase. The concentration of lipid‐soluble vitamin E in the cultured neurons was found to be comparable with that in the forebrain. On the other hand, the concentration of vitamin E in the astrocytes was significantly greater in the cultured astrocytes than in the neurons, suggesting that the astrocytes are able to accumulate exogenous vitamin E more extensively than neurons. The concentrations of major fatty acids were higher in the cell membranes of cultured neurons than those in the astrocytes. Ascorbate was not detected in cultured cells although the chick forebrains contained appreciable levels of this antioxidant. GSH, total glutathione (i.e., GSH and GSSG), and GST activity were much higher in cultured astrocytes than in neurons. γ‐Glutamylcysteine synthetase activity was higher in the cultured astrocytes than in the cultured neurons. GSH reductase and GSH peroxidase activities were roughly comparable in cultured astrocytes and neurons. The high levels of GSH and GST in cultured astrocytes appears to reflect the situation in vivo. The data suggest that astrocytes are resistant to reactive oxygen species (and potentially toxic xenobiotics) and may play a protective role in the brain. Because enzymes of GSH metabolism are generally well represented in cultured astrocytes and neurons these cells may be ideally suited as probes for manipulating GSH levels in neural tissues in vitro. Cultured astrocytes and neurons should be amenable to the study of the effects of various metabolic insults on the GSH system. Such studies may provide insights into the design of therapeutic strategies to combat oxidative and xenobiotic stresses.

The glymphatic system is responsible for brain-wide delivery of nutrients and clearance of waste via influx of cerebrospinal fluid (CSF) alongside perivascular spaces and through the brain. Glymphatic system activity increases during sleep or ketamine/xylazine (K/X) anesthesia, yet the mechanism(s) facilitating CSF influx are poorly understood. Here, we correlated influx of a CSF tracer into the brain with electroencephalogram (EEG) power, heart rate, blood pressure, and respiratory rate in wild-type mice under six different anesthesia regimens. We found that glymphatic CSF tracer influx was highest under K/X followed by isoflurane (ISO) supplemented with dexmedetomidine and pentobarbital. Mice anesthetized with α-chloralose, Avertin, or ISO exhibited low CSF tracer influx. This is the first study to show that glymphatic influx correlates positively with cortical delta power in EEG recordings and negatively with beta power and heart rate.

Analysis of entire transparent rodent bodies after clearing could provide holistic biological information in health and disease, but reliable imaging and quantification of fluorescent protein signals deep inside the tissues has remained a challenge. Here, we developed vDISCO, a pressure-driven, nanobody-based whole-body immunolabeling technology to enhance the signal of fluorescent proteins by up to two orders of magnitude. This allowed us to image and quantify subcellular details through bones, skin and highly autofluorescent tissues of intact transparent mice. For the first time, we visualized whole-body neuronal projections in adult mice. We assessed CNS trauma effects in the whole body and found degeneration of peripheral nerve terminals in the torso. Furthermore, vDISCO revealed short vascular connections between skull marrow and brain meninges, which were filled with immune cells upon stroke. Thus, our new approach enables unbiased comprehensive studies of the interactions between the nervous system and the rest of the body. A nanobody-based immunolabeling method, vDISCO, boosts the signal of fluorescent proteins and allows imaging of subcellular details in intact transparent mice. It uncovers neuronal projections and skull–meninges connections in whole adult mice.

Sleep induction through ion changes How do we switch from sleep to arousal and back? Ding et al. found that a combination of modulatory neurotransmitters influenced the levels of extracellular ions in the brain (see the Perspective by Landolt and Holst). This influence was not driven by changes in local neuronal firing, suggesting direct effects of the neuromodulators on extracellular ion composition. However, these changes in interstitial ion levels could switch a brain from wakefulness to sleep. Changes in extracellular ions may thus be a cause, rather than a consequence, of sleep/wake-dependent changes in neuronal activity. Science , this issue p. 550 ; see also p. 517

Metabolically, the brain is a highly active organ that relies almost exclusively on glucose as its energy source. According to the astrocyte-to-neuron lactate shuttle hypothesis, glucose is taken up by astrocytes and converted to lactate, which is then oxidized by neurons. Here we show, using two-photon imaging of a near-infrared 2-deoxyglucose analogue (2DG-IR), that glucose is taken up preferentially by neurons in awake behaving mice. Anaesthesia suppressed neuronal 2DG-IR uptake and sensory stimulation was associated with a sharp increase in neuronal, but not astrocytic, 2DG-IR uptake. Moreover, hexokinase, which catalyses the first enzymatic steps in glycolysis, was highly enriched in neurons compared with astrocytes, in mouse as well as in human cortex. These observations suggest that brain activity and neuronal glucose metabolism are directly linked, and identiy the neuron as the principal locus of glucose uptake as visualized by functional brain imaging. The brain is a highly active organ that relies almost exclusively on glucose as its energy source, but whether glucose is directly taken up by neurons or whether it is converted to lactate by astrocytes before neuronal uptake is still unclear. Here the authors perform in vivoimaging in awake mice and show evidence in support of the direct uptake of glucose by neurons.

Microglia are integral functional elements of the central nervous system, but the contribution of these cells to the structural integrity of the neurovascular unit has not hitherto been assessed. We show here that following blood-brain barrier (BBB) breakdown, P2RY12 (purinergic receptor P2Y, G-protein coupled, 12)-mediated chemotaxis of microglia processes is required for the rapid closure of the BBB. Mice treated with the P2RY12 inhibitor clopidogrel, as well as those in which P2RY12 was genetically ablated, exhibited significantly diminished movement of juxtavascular microglial processes and failed to close laser-induced openings of the BBB. Thus, microglial cells play a previously unrecognized protective role in the maintenance of BBB integrity following cerebrovascular damage. Because clopidogrel antagonizes the platelet P2Y12 receptor, it is widely prescribed for patients with coronary artery and cerebrovascular disease. As such, these observations suggest the need for caution in the postincident continuation of P2RY12-targeted platelet inhibition.

Astrocytes modulate synaptic activity by changing the local concentration of extracellular K + .

Adenosine is a potent anticonvulsant acting on excitatory synapses through A1 receptors. Cellular release of ATP, and its subsequent extracellular enzymatic degradation to adenosine, could provide a powerful mechanism for astrocytes to control the activity of neural networks during high-intensity activity. Despite adenosine's importance, the cellular source of adenosine remains unclear. We report here that multiple enzymes degrade extracellular ATP in brain tissue, whereas only Nt5e degrades AMP to adenosine. However, endogenous A1 receptor activation during cortical seizures in vivo or heterosynaptic depression in situ is independent of Nt5e activity, and activation of astrocytic ATP release via Ca 2+ photolysis does not trigger synaptic depression. In contrast, selective activation of postsynaptic CA1 neurons leads to release of adenosine and synaptic depression. This study shows that adenosine-mediated synaptic depression is not a consequence of astrocytic ATP release, but is instead an autonomic feedback mechanism that suppresses excitatory transmission during prolonged activity.