Study of the molecular mechanisms involved in the formation of hindbrain boundaries

Abstract

Durant el desenvolupament embrionari, els teixits s’especifiquen gradualment fins a que adquireixen un destí final. En els vertebrats el Sistema Nerviós Central (SNC) deriva del tub neural, una estructura embrionària transitòria que està regionalitzada al llarg de l'eix anteroposterior (AP) en tres diferents vesícules cerebrals i en la medul·la espinal. El romboencèfal, la vesícula cerebral posterior, és la més conservada evolutivament i donarà lloc a estructures importants com el cerebel. La part posterior del cervell està segmentada de manera transitòria al llarg de l'eix AP en diferents compartiments anomenats rhombòmeres (r). Aquesta organització segmentada determina el desenvolupament temporal i espacial de les estructures que es formen en un patró repetit, com els nervis cranials i les neurones reticulars. Els rombòmers són compartiments de llinatge cel·lular separats per fronteres, que restringeixen la barreja de cèl·lules dels diferents compartiments. Una combinatòria gènica específica confereix identitat molecular a cada rombòmer. Aquests gens refinen progressivament el seu límit de expressió, establint fronteres moleculars que prefiguren on es formaran les fronteres morfològiques que impediran que les cèl·lules es barregin. Fins avui, encara no està clar quins són els mecanismes cel·lulars i moleculars responsables de refinament de les fronteres i de la segregació cel·lular. En aquest treball es demostra que el cell-sorting és el principal mecanisme responsable del refinament dels límits moleculars en el romboencèfal. Per a això, vam realitzar un seguiment de les cèl·lules in vivo i una anàlisi de les seves trajectòries. Es demostra que el moviment cel·lular està restringit entre rombòmeres adjacents un cop els límits moleculars han estat refinats, a causa de la formació d'un cable de actomiosina a la part apical de les cèl·lules de la frontera. Finalment, hem demostrat que aquest procés està mediat per la via de senyalització Eph/Ephrin.

During development, embryonic tissues are gradually patterned and they eventually are committed to a specific fate. In vertebrates, the entire Central Nervous System (CNS) derives from the neural tube, a transient embryonic structure that is regionalized along the anteroposterior (AP) axis in three different brain vesicles and the spinal cord. The hindbrain, the posterior brain vesicle, is the most evolutionary conserved and it will give rise to important structures such as the cerebellum. The hindbrain itself is transiently patterned along the AP axis in different metameric segments called rhombomeres (r). This organization dictates the temporal and the spatial development of structures that are formed in a repeated pattern, like cranial nerves and reticular neurons. Rhombomeres are cell-lineage compartments, divided by boundaries where cell mixing is restricted. A specific combinatory of gene expression confers molecular identity to each rhombomere. Rhombomeric-restricted genes are progressively refined during development transiting from jagged to sharp limits of expression, therefore establishing molecular boundaries. After that, morphological borders become visible and impede cell intermingling. Up to date, it was still not clear which are the cellular and molecular mechanisms responsible for boundary refinement and responsible of rhombomeric cell segregation. In this work we demonstrate that cell sorting is the main mechanism responsible for refinement of molecular boundaries in the hindbrain. For this, we performed in vivo cell tracking and fake-cell tracing analysis. We show that once molecular boundaries are refined cell movement is restricted between adjacent rhombomeres due to the formation of an actomyosin cable in the cellular cortex of the cells at the boundary. Finally, we demonstrate that this process is mediated by the Eph/Ephrin signaling pathway.