The role of vHnf1 and Fgf Signaling in the caudal Hindbrain Patterning

Abstract

Durant els primers estadis del desenvolupament embrionari dels metazous els teixits embrionaris son progressivament regionalitzats fins que adquireixen destins específics. En els vertebrats, el tub neural, que és el primordi del sistema nerviós central, es tempranament regionalitzat en el seu eix antero-posterior i queda dividit en les tres vesícules cerebrals i la medul·la espinal. La vesícula cerebral més posterior rep el nom de rombencèfal. En el rombencèfal un següent estadi de regionalització condueix cap a una organització en una serie de segments anomenats rombomers. Aquesta organització primària serveix de patró per les estructures que es van generant en el rombencèfal. A part d'unitats morfològiques els rombomers també son compartiments que observen restricció del llinatge cel·lular i expressen combinacions específiques de gens que els hi confereixen una identitat posicional. L'assoliment d'una identitat posicional per part de cadascun dels rombomers implica un procés jeràrquic i gradual en el qual intervenen tota una serie de factors de transcripció de tipus Hox i no Hox així com diferents molècules de senyalitzacióvHnf1 es un dels primers factors de transcripció expressats en el rombencèfal. En aquest projecte s'ha estudiat el paper de vHnf1 així com la implicació de la senyalització FGF en la regionalització del rombencèfal caudal del embrió de pollet. Els resultats mostren que vHnf1 s'expressa tempranament en el rombencèfal amb un límit rostral d'expressió coincident amb la frontera prospectiva entre els rombomers 4 i 5. Experiments de sobrexpressió mostren que vHnf1 es capaç de conferir caràcter caudal a rombomers rostrals tot induint Krox20 in MafB i reprimint Hoxb1 a r4. Les induccions de Krox20 i MafB resultaren ésser dependents de la senyalització per FGFs. Sorprenentment, els nostres resultats també mostren que vHnf1 indueix fortament la expressió de Fgf3. És més, anàlisis per RT-PCRs semiquantitatives demostraren que aquesta inducció es molt ràpida suggerint que Fgf3 és directament regulat per vHnf1. En aquest projecte també es presenta l'anàlisi dels perfils d'expressió d'alguns gens del grup de "sinexpressió" dels FGFs en el rombencéfal caudal. Finalment es determina que la senyalització FGF funciona a través de la via intracel·lular Ras-MAPK en el procés de regionalització del rombencéfal caudal sense implicació de la via PI3K-Akt. Aquests resultats ofereixen nova informació sobre els mecanismes moleculars implicats en la regionalització del rombencèfal caudal en vertebrats. De manera interessant aquests resultats posen de manifest certes diferencies en els mecanismes de regulació que operen en la regionalització del rombencéfal de diferents especies.

During early embryonic development of chordates, the hindbrain, which is the caudalmost brain vesicle, is transiently organized along the AP axis in a series of segments called rhombomeres (r). This segmental organization serves as scaffold for several structures that develop within the hindbrain in repeated patterns. Each rhombomere has a molecular identity given by a specific combination of gene expression. Rhombomeric identity is the result of a progressively refined patterning that involves the interplay of different cell signaling pathways and rhombomere-specific transcription factors. In the present project the role of vHnf1, one of the earliest transcription factors expressed in the hindbrain, and its interplay with FGF signaling has been analyzed during the chick embryo development. The results show that vHnf1 is very early expressed in the chick neuroepithelium with a sharp boundary of expression coinciding with the presumptive r4/r5 interrhombomeric boundary. Gain-of-function experiments demonstrated that vHnf1 is able to confer partial caudal character to rostral rhombomeres through the mediation of FGF signaling. We also analyzed the expression of genes of the FGF synexpression group in the caudal hindbrain. Finally, we determined that the role of FGF signaling in regulating the caudal rhombomeric markers Krox20 and MafB is mediated through the Ras-ERK1/2 intracellular pathway.The results of this project provide new information about the molecular mechanisms involved in patterning the vertebrate caudal hindbrain. Interestingly, while requirement of vHnf1 and FGF signaling for caudal hindbrain patterning is an evolutionary conserved feature, the ways by which FGF signals are regulated during this process differ across species.