Regulación transcripcional de la diferenciación de las neuronas del canal central

Abstract

La generación de los tipos neuronales correctos, en el momento y cantidad adecuados, es fundamental para obtener un sistema nervioso funcional. En los últimos 20 años, se han comprendido ampliamente los mecanismos genéticos de la especificación neuronal durante el desarrollo embrionario, y cómo coordenadas posicionales determinan la identidad neuronal. Sin embargo, la contribución temporal a la generación de diversidad ha sido menos explorada. Recientemente, hemos identificado en la médula espinal un evento neurogénico que ocurre en simultáneo con la especificación glial, en estadios avanzados del desarrollo antes considerados no-neurogénicos. Las Neuronas que contactan con el Fluido Cerebroespinal (CSF-cN), ampliamente conservadas en cordados, se diferencian a partir de progenitores ventrales tardíos y se ubican en la interfase entre el sistema nervioso central y el CSF. No se conoce cuáles son los mecanismos genéticos que permiten la diferenciación de esa clase neuronal en estadios gliogénicos. En este trabajo, identificamos que los factores de transcripción Ascl1, Gata3 y Gata2 se expresan secuencialmente en las CSF-cN espinales de ratón y controlan su especificación. Mediante análisis de expresión y el uso de herramientas genéticas, encontramos que las proteínas Gata3 y Gata2 se expresan postmitóticamente en las CSF-cN, y que controlan la adquisición de la identidad neuronal. Por otro lado, la proteína proneural Ascl1 se expresa en los progenitores que dan lugar a las CSF-cN y es necesaria para su diferenciación en especies amniotas. Mediante la disección temporal de la actividad de Ascl1, encontramos que el factor de transcripción es un componente esencial de la neurogénesis tardía de las CSF-cN. Por último, mapeos de destino en ausencia de Ascl1 demostraron que confiere potencial neurogénico a progenitores ventrales tardíos, que, de otra forma, se convertirían en ependimocitos. Concluimos que la secuencia Ascl1-Gata3/2 dirige la especificación de las CSF-cN, con Ascl1 gobernando el inicio de la diferenciación neuronal en elepitelio gliogénico y con Gata2/3 controlando su especialización neuronal.

The generation of the precise neuronal types in the right time and quantity, is essential for building a functioning nervous system. In the last 20 years, we have reached a huge understanding of the genetic mechanisms that control neuron specification during embryonic development, and how positional coordinates determine neuronal identity. However, the temporal contribution to neuronal diversity has been less explored. We have recently identified a neurogenic event in the spinal cord that takes place simultaneously with glial specification, during advanced developmental stages previously considered nonneurogenic. CerebroSpinal Fluid contacting Neurons (CSF-cN), widely conserved in chordates, are located at the interface between the central nervous system and the CSF and are generated from late ventral progenitors. The genetic mechanisms that allow the differentiation of this class of neurons at gliogenic stages are unknown. In this work, we identified that the transcription factors Ascl1, Gata3 and Gata2 are sequentially expressed in mouse CSF-cN and control their specification. Through expression analysis and mouse genetics, we described that Gata3 and Gata2 are postmitotically expressed in CSF-cN, where they direct the acquisition of neuronal identity. Furthermore, the proneural protein Ascl1 is expressed in progenitors that give rise to CSF-cN and is necessary for their differentiation in amniotes. By temporal dissection of Ascl1 activity, we found that the transcription factor is an essential component of late CSF-cN neurogenesis. Finally, fate mapping experiments in the absence of Ascl1 demonstrated that it confers neurogenic potential to late ventral progenitors, which would otherwise become ependymal cells. We conclude that the sequence Ascl1-Gata3/2 directs the specification of CSF-cN, with Ascl1 governing the onset of neuronal differentiation in the gliogenic neural tube and Gata2/3 controlling neuronal specialization. Key words:neurogenesis, transcriptional regulation, spinal cord, central canal governing the onset of neuronal differentiation in the gliogenic neural tube and Gata2/3 controlling neuronal specialization.