Microglia–neuron crosstalk through Hex–GM2–MGL2 maintains brain homeostasis

串扰 小胶质细胞 神经科学 平衡 神经元 化学 生物 细胞生物学 物理 炎症 免疫学 光学
作者
Maximilian Frosch,Takashi Shimizu,Emile Wogram,Lukas Amann,Lars Gruber,Ayelén I. Groisman,Maximilian Fliegauf,Marius Schwabenland,Chintan Chhatbar,Sabrina Zechel,Hendrik Rosewich,Jutta Gärtner,Francisco J. Quintana,Joerg M. Buescher,Thomas Blank,Harald Binder,Christine Stadelmann,Johannes J. Letzkus,Carsten Hopf,Takahiro Masuda
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:646 (8086): 913-924 被引量:26
标识
DOI:10.1038/s41586-025-09477-y
摘要

Abstract As tissue-resident macrophages of the central nervous system parenchyma, microglia perform diverse essential functions during homeostasis and perturbations 1 . They primarily interact with neurons by means of synaptic engulfment and through the rapid elimination of apoptotic cells and non-functional synapses 2 . Here, by combining unbiased lipidomics and high-resolution spatial lipid imaging, deep single-cell transcriptome analysis and novel cell-type-specific mutants, we identified a previously unknown mode of microglial interaction with neurons. During homeostasis, microglia deliver the lysosomal enzyme β-hexosaminidase to neurons for the degradation of the ganglioside GM2 that is integral to maintaining cell membrane organization and function. Absence of Hexb , encoding the β subunit of β-hexosaminidase, in both mice and patients with neurodegenerative Sandhoff disease leads to a massive accumulation of GM2 derivatives in a characteristic spatiotemporal manner 3 . In mice, neuronal GM2 gangliosides subsequently engage the macrophage galactose-type lectin 2 receptor on microglia through N -acetylgalactosamine residues, leading to lethal neurodegeneration. Notably, replacement of microglia with peripherally derived microglia-like cells is able to break this degenerative cycle and fully restore central nervous system homeostasis. Our results reveal a mode of bidirectional microglia–neuron communication centred around GM2 ganglioside turnover, identify a microgliopathy and offer therapeutic avenues for these maladies.
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