Muscarinic receptor 3 modulates microglial response after ischemic stroke

Abstract

As the resident immune cells of the brain, microglia are the first cells to get activated after ischemic stroke and they contribute to disease progression in a context-dependent manner. We have previously shown that there is an increase in the microglial population expressing the muscarinic acetylcholine receptor 3 in the lesion of mice after mild ischemia (middle cerebral artery occlusion - MCAo - model). Here, we further study the impact of such population in the outcome after ischemic stroke. First, we induced ischemia in mice depleted of the m3R exclusively in microglia (M3rKOmi) and respective m3R-expressing controls. We found that M3rKOmi male (but not female) mice show larger lesions and higher motricity impairments than controls in the acute/subacute phase after stroke (within the first week) and cognitive deficits in a chronic phase after stroke (over 3 weeks after stroke). Additionally, M3rKOmi mice have decreased density of Iba1+ cells in the lesion in comparison with controls. We then induced ischemia in male mice depleted of m3R in microglia and in peripheral monocytes (M3rKOmi/mo) causing M3rKOmi/mo mice to have lower overall survival rates, motor impairments and decreased density of Iba1+ cells in the ischemic lesion in comparison with controls. Collectively, our data show that, after an ischemic event, m3R-expressing microglia and monocytes promote neuroprotection in male mice resulting less severe outcome.

Als residente Immunzellen des Gehirns sind Mikroglia die ersten Zellen, die nach einem ischämischen Schlaganfall aktiviert werden und dabei kontextabhängig zum Fortschreiten der Krankheit beitragen. Im Rahmen einer vorangegangenen Studie haben wir in einem Mausmodell für Schlaganfall, bei welchem ein Verschluss der mittlere Hirnarterie eingeleitet wird (MCAo Modell), gezeigt, dass die Läsionen von Mäusen nach einem ischämischen Schlaganfall eine erhöhte Anzahl an Mikroglia, die den muskarinischen Acetylcholinrezeptor 3 (M3R) exprimieren, aufwiesen. In dieser Studie haben wir die Auswirkungen einer solch erhöhten Expression des muskarinischen Acetylcholinrezeptors 3 auf den Ausgang eines ischämischen Schlaganfalls genauer untersucht. Zunächst induzierten wir eine Ischämie in Mäusen, deren Mikroglia spezifisch einen M3R Knockout (M3RKOmi) aufwiesen und konnten hierbei zeigen, dass männliche (jedoch nicht weibliche) M3RKOmi-Mäuse in der akuten/subakuten Phase nach dem Schlaganfall sowohl größere Läsionen und Bewegungsdefizite als die Kontrollgruppe aufwiesen, als auch kognitive Defizite in der chronischen Phase nach dem Schlaganfall. Zudem fanden wir heraus, dass M3RKOmi Mäuse eine geringere Dichte an Iba1-positiven Zellen in der Läsion im Vergleich zur Kontrollgruppe verzeichneten. Anschließend induzierten wir eine Ischämie in männlichen Mäusen, bei denen die Expression von M3R sowohl in den Mikroglia als auch in zirkulierenden Monozyten depletiert war (M3RKOmi/mo), und stellten fest, dass diese Mäuse im Vergleich zur Kontrollgruppe eine verkürzte Gesamtüberlebensrate sowie motorische Beeinträchtigungen aufwiesen. Männliche M3RKOmi/mo wiesen zudem auch eine geringere Dichte von Iba1-positiven Zellen in der ischämischen Läsion auf. Insgesamt zeigen unsere Daten, dass die Expression von M3R in Mikroglia und Monozyten nach ischämischem Schlaganfall neuroprotektiv ist und bei männlichen Mäusen zu einem weniger schweren Verlauf führt.