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11.01.2015 | Original Article | Ausgabe 3/2016

Brain Structure and Function 3/2016

Increased recruitment of bone marrow-derived cells into the brain associated with altered brain cytokine profile in senescence-accelerated mice

Zeitschrift:
Brain Structure and Function > Ausgabe 3/2016
Autoren:
Sanae Hasegawa-Ishii, Muneo Inaba, Ming Li, Ming Shi, Hiroyuki Umegaki, Susumu Ikehara, Atsuyoshi Shimada
Wichtige Hinweise

Electronic supplementary material

The online version of this article (doi:10.​1007/​s00429-014-0987-2) contains supplementary material, which is available to authorized users.

Abstract

Bone marrow-derived cells enter the brain in a non-inflammatory condition through the attachments of choroid plexus and differentiate into ramified myeloid cells. Neurodegenerative conditions may be associated with altered immune-brain interaction. The senescence-accelerated mouse prone 10 (SAMP10) undergoes earlier onset neurodegeneration than C57BL/6 (B6) strain. We hypothesized that the dynamics of immune cells migrating from the bone marrow to the brain is perturbed in SAMP10 mice. We created 4 groups of radiation chimeras by intra-bone marrow-bone marrow transplantation using 2-month-old (2 mo) and 10 mo SAMP10 and B6 mice as recipients with GFP transgenic B6 mice as donors, and analyzed histologically 4 months later. In the [B6 → 10 mo SAMP10] chimeras, more ramified marrow-derived cells populated a larger number of discrete brain regions than the other chimeras, especially in the diencephalon. Multiplex cytokine assays of the diencephalon prepared from non-treated 3 mo and 12 mo SAMP10 and B6 mice revealed that 12 mo SAMP10 mice exhibited higher tissue concentrations of CXCL1, CCL11, G-CSF, CXCL10 and IL-6 than the other groups. Immunohistologically, choroid plexus epithelium and ependyma produced CXCL1, while astrocytic processes in the attachments of choroid plexus expressed CCL11 and G-CSF. The median eminence produced CXCL10, hypothalamic neurons G-CSF and tanycytes CCL11 and G-CSF. These brain cytokine profile changes in 12 mo SAMP10 mice were likely to contribute to acceleration of the dynamics of marrow-derived cells to the diencephalon. Further studies on the functions of ramified marrow-derived myeloid cells would enhance our understanding of the brain-bone marrow interaction.

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Supplementary Fig. 1 Double immunofluorescence stainings of the [B6 → 10 mo SAMP10] chimeras to identify the differentiation of ramified marrow-derived cells in the brain. Ramified marrow-derived cells expressed Iba-1 (a), a myeloid marker, but not GFAP (b), an astrocyte marker, CNPase (c), an oligodendrocyte marker, or MAP2 (d), a neuronal marker. Ramified marrow-derived cells intertwined with pre-existing parenchymal astrocytes (b) and made contact with oligodendrocytic processes (c) and neuronal dendrites (d) by their fine cytoplasmic processes. Interestingly, ramified marrow-derived cells (a, arrow) kept their distance from pre-existing microglia (a, arrow head). Scale bars, 20 μm (TIFF 9884 kb)
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Supplementary Fig. 2 Double immunofluorescence staining for CCL11 and SOX-2. CCL11-immunopositive cells (a) with cell bodies located in the ependymal layer of the ventral part of the third ventricle were double-immunopositive for SOX-2 in the nuclei (b), indicative of tanycytes in 12 mo SAMP10 mice. Bars, 50 μm (TIFF 6033 kb)
429_2014_987_MOESM2_ESM.tif
Supplementary Fig. 3 CCL11 and G-CSF expression in the stria terminalis. CCL11 (a) and G-CSF (b) were expressed in fiber bundles of the stria terminalis near the attachments of choroid plexus in 12 mo SAMP10 mice. These bundles consisted of elongated astrocytic cytoplasmic processes. LV, lateral ventricle; ST, stria terminalis. Scale bars, 50 μm (TIFF 3656 kb)
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Supplementary Fig. 4 G-CSF expression in the hypothalamus. Immunohistochemical staining for G-CSF revealed that G-CSF was expressed in neuronal cell bodies and cytoplasmic processes in the arcuate nucleus. Larger numbers of neurons expressed G-CSF more intensively in 12 mo SAMP10 mice (b) than in 12 mo B6 mice (a). Scale bars, 20 μm (TIFF 3629 kb)
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Supplementary material 5 (DOCX 17 kb)
429_2014_987_MOESM5_ESM.docx
Supplementary material 6 (DOCX 16 kb)
429_2014_987_MOESM6_ESM.docx
Literatur
Über diesen Artikel

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