Characterization of the meningeal immune compartment in ischemic stroke employing a single-cell atlas and flow cytometry of dural immune cells

Abstract

The dura functions as a crucial immune niche located adjacent to the brain. However, the impact of pathological changes in the brain parenchyma on the dural immune compartment remains uncertain. This study aims to investigate the alterations in the compositions of dural immune cells under various pathological conditions and during the aging process. Besides, this study seeks to explore the roles of dural γδ T cells in the context of acute ischemic stroke (AIS). This study systematically searched and integrated dural single-cell RNA sequencing datasets from 10 published studies up to May 15, 2023, and established a single-cell atlas containing 120,893 cells. The single-cell atlas revealed notable heterogeneities in the percentages of various immune cells across six conditions, including baseline, aged, experimental autoimmune encephalomyelitis, traumatic brain injury, photothrombotic injury, and temporary middle cerebral artery occlusion. Furthermore, this study incorporated and analyzed dural single-cell RNA sequencing data at baseline, 1 day, and 3 days following AIS onset. The analysis showed an initial increasing followed by a subsequent decreasing trend in the proportion of dural γδ T cells post-AIS onset, which was confirmed by flow cytometric data. Enrichment analyses unveiled that the migratory capabilities and activation status of dural γδ T cells significantly increased as AIS progression. Additionally, this study conducted γδ T cell depletion prior to AIS modeling. The analysis of the frequency of dural immune cells in depleted mice showed that the impact of γδ T cells on the frequency of dural immune cells at day 3 post-AIS was minor, as the number of various dural immune cells were comparable, except for CD4+ T cells. Taken together, this study provides valuable insights into the disease-specific dural immune landscape. This study also postulates potential migration and activation patterns of dural γδ T cells following the onset of AIS. The observed increased migration abilities and heightened activation status of dural γδ T cells during the progression of AIS imply that these cells could serve as promising targets for interventions in the treatments of AIS.

Die Dura fungiert als wichtige immunologische Barriere, die an das Gehirn angrenzt. Die Auswirkungen pathologischer Veränderungen des Hirnparenchyms auf das durale Immunkompartiment sind jedoch noch unklar. Ziel dieser Studie ist es, die Veränderungen in der Zusammensetzung der duralen Immunzellen unter verschiedenen pathologischen Bedingungen und während des Alterungsprozesses zu untersuchen. Außerdem soll die Rolle der duralen γδ-T-Zellen im Zusammenhang mit dem akuten ischämischen Schlaganfall (AIS) untersucht werden. In dieser Studie wurden systematisch durale Einzelzell-RNA-Sequenzierungsdatensätze aus 10 veröffentlichten Studien bis zum 15. Mai 2023 durchsucht und integriert und ein Einzelzellatlas mit 120.893 Zellen erstellt. Der Einzelzell-Atlas zeigte bemerkenswerte Heterogenitäten in den Prozentsätzen verschiedener Immunzellen unter sechs Bedingungen, einschließlich Ruhebedingungen, Alter, experimentelle Autoimmun- Enzephalomyelitis, traumatische Hirnverletzung, photothrombotische zerebraler Ischämie und zerebraler Ischämie bei vorübergehender Verschluss der mittleren Hirnarterie. Darüber hinaus wurden in dieser Studie durale Einzelzell-RNA- Sequenzierungsdaten zu Studienbeginn, 1 Tag und 3 Tage nach Ausbruch des AIS einbezogen und analysiert. Die Analyse ergab einen anfänglichen Anstieg, gefolgt von einem anschließenden Abwärtstrend im Anteil der duralen γδ-T-Zellen in der Folge eines experimentellen Schlaganfalls, was in durchflusszytometrischen Daten bestätigt wurde. Weitere bioinformatische Analysen ergaben, dass die Migrationsfähigkeit und der Aktivierungsstatus der duralen γδ-T-Zellen mit dem Fortschreiten des AIS signifikant zunahmen. Darüber hinaus wurde in dieser Studie eine Depletion von γδ-T-Zellen vor der Modellierung des AIS durchgeführt. Die Analysen in den depletierten Mäusen zeigte, dass die Auswirkungen der γδ-T-Zellen auf die Zusammensetzung des duralen Immunkompartiments am Tag 3 nach dem AIS gering waren, da die Anzahl der verschiedenen duralen Immunzellen mit Ausnahme der CD4+-T-Zellen vergleichbar war. Insgesamt bietet diese Studie wertvolle Einblicke in die krankheitsspezifische durale Immunlandschaft. Diese Studie postuliert auch mögliche Migrations- und Aktivierungsmuster duraler γδ-T-Zellen nach dem Auftreten von AIS. Die beobachteten erhöhten Migrationsfähigkeiten und der erhöhte Aktivierungsstatus der duralen γδ-T- Zellen während des Fortschreitens von AIS deuten darauf hin, dass diese Zellen als vielversprechende Ziele für Interventionen bei der Behandlung von AIS dienen könnten.