A zebrafish homologue of deleted in colorectal cancer (zdcc) is expressed in the first neuronal clusters of the developing brain

DCC (deleted in colon cancer), Neogenin and UNC-5 are all members of the immunoglobulin superfamily of transmembrane receptors which are believed to play a role in axon guidance by binding to their ligands, the Netrin/UNC-40 family of secreted molecules (Cell. Mol. Life Sci. 56 (1999) 62; Curr. Opin. Genet. Dev. 7 (1997) 87). Although zebrafish homologues of the Netrin family of secreted molecules have been reported, to date there has been no published description of zebrafish DCC homologues (Mol. Cell. Neurosci. 9 (1997) 293., Mol. Cell. Neurosci. I I ( 1998) 194; Mech. Dev. 62 (1997) 147). We report here the expression pattern of a zebrafish dcc (zdcc) homologue during the initial period of neurogenesis and axon tract formation within the developing central nervous system. Between 12 and 33 h post-fertilisation zdcc is expressed in a dynamic spatiotemporal pattern in all major subdivisions of the central nervous system. Double-labelling for zdcc and the post-mitotic neuronal marker HNK-1 revealed that subpopulations of neurons within the first nuclei of the zebrafish brain express zdcc. These results support our previous observation that patterning of neuronal clusters in the zebrafish brain occurs early in development (Dev. Bioi, 229 (2001) 271). (C) 2001 Elsevier Science Ireland Ltd. All rights reserved.

Expression of neurexin ligands, the neuroligins and the neurexophilins, in the developing and adult rodent olfactory bulb

The neurexins are a large family of neuronal cell-surface proteins believed to be involved in intercellular signalling and the formation of intercellular junctions. To begin to assess the role of these proteins in the olfactory bulb, we describe here the expression patterns of their transmembrane and secreted ligands, the neuroligins and neurexophilins, during both embryonic and postnatal development. In situ hybridisation showed that neuroligin 1 and 2 were expressed by second order mitral cells during early postnatal development but not in adults. The secreted ligand for a-neurexin, neurexophilin 1, was also expressed in the postnatal olfactory bulb. Neurexophilin 1 was detected in only periglomerular cells during the early postnatal period of glomerular formation but later was also expressed in mitral cells. These results suggest that neurexin-ligand interactions may be important for development and/or maturation of synaptic connections in the primary olfactory pathway.

Expression and role of roundabout-1 in embryonic Xenopus forebrain

The receptor Roundabout-1 (Robo1) and its ligand Slit are known to influence axon guidance and central nervous system (CNS) patterning in both vertebrate and nonvertebrate systems. Although Robo-Slit interactions mediate axon guidance in the Drosophila CNS, their role in establishing the early axon scaffold in the embryonic vertebrate brain remains unclear. We report here the identification and expression of a Xenopus Robo1 orthologue that is highly homologous to mammalian Robo1. By using overexpression studies and immunohistochemical and in situ hybridization techniques, we have investigated the role of Robo1 in the development of a subset of neurons and axon tracts in the Xenopus forebrain. Robo1 is expressed in forebrain nuclei and in neuroepithelial cells underlying the main axon tracts. Misexpression of Robo1 led to aberrant development of axon tracts as well as the ectopic differentiation of forebrain neurons. These results implicate Robo1 in both neuronal differentiation and axon guidance in embryonic vertebrate forebrain. (C) 2002 Wiley-Liss, Inc.

EphA receptors and ephrin-A ligands exhibit highly regulated spatial and temporal expression patterns in the developing olfactory system

The spatiotemporal expression patterns of the chemorepulsive EphA receptors, EphA4 and EphA7, and three ephrins-A2, A4 and A5, were examined in the developing rat primary olfactory system. Unlike the visual system that has simple and stable gradients of Ephs and ephrins, the olfactory system demonstrates complex spatiotemporal expression patterns of these molecules. Using immunohistochemistry, we demonstrate that expression of these molecules is dynamic and tightly regulated both within and between different cell types. We reveal restricted targeting of these proteins within subcellular compartments of some neurons. EphA4, ephrin-A2 and ephrin-A5 were expressed by primary olfactory axons during the embryonic formation of the olfactory nerve. There were no gradients in expression along the rostrocaudal or ventrodorsal axes in the nasal cavity and olfactory bulb. However, during the early neonatal period, axons expressing different levels of ephrin-A5 sorted out and terminated in a subpopulation of glomeruli that were mosaically dispersed throughout the bulb. The expression of EphA4 and ephrin-A2 was dramatically down-regulated on all axons during the early neonatal period of glomerular formation. The uniform co-expression of receptors and ligands before glomerular formation suggests they play a generic role in axon-axon interactions in the olfactory nerve and nerve fibre layer. In contrast, loss of EphA4 from axons during glomerular formation may facilitate the interaction of ephrin-A5 with Eph receptors on target cells in the bulb. While EphA4, EphA5 and EphA7 are not mosaically expressed by bulbar neurons, other Eph receptors may have expression patterns complementary to the ephrin-A5-positive subpopulation of glomeruli. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

N-terminal Slit2 promotes survival and neurite extension in cultured peripheral neurons

To investigate the effect of the N-terminal Slit2 protein on neuronal survival and development, recombinant human N-terminal Slit2 (N-Slit2) was assayed against isolated embryonic chick dorsal root ganglion sensory, ciliary ganglion and paravertebral sympathetic neurons. N-Slit2 promoted significant levels of neuronal survival and neurite extension in all of these populations. The protein was also assayed against postnatal mouse dorsal root ganglion neurons and found to promote neuronal survival in a similar manner. These findings suggest the Slit proteins may play an important role during development of the nervous system, mediating cellular survival in addition to the well documented role these proteins play in axonal and neuronal chemorepulsion.

Exogenous Slit2 does not affect ureteric branching or nephron formation during kidney development

In an attempt to elucidate the role of Slit2 invertebrate kidney development, the effect of adding exogenous human Slit2 protein (hSlit2) to developing murine metanephric kidney explants was examined. To confirm the activity of the recombinant Slit2 protein, neurons from 8 day old chick sympathetic nerve chain dorsal root ganglia were cultured with hSlit2 protein, which induced significant neurite branching and outgrowth. Using kidney explants as a model system, metanephric development in the presence of hSlit2 protein was examined. Addition of hSlit2 up to a final concentration of 1 mug/ml had no detectable effect on the formation of nephrons or on branching morphogenesis of the ureteric tree after 2 or 4 days in culture, as assessed via immunofluorescence for the markers WT1 and calbindin 28K respectively. Similarly, maturation of the nephrogenic mesenchyme occurred in a phenotypically normal fashion. In situ analysis of the Slit receptors, Robot and Robot, the vasculogenic markers VEGFA and Flk-1, and the stromal cell marker BF2 displayed no difference in comparison to controls.

Movement through slits: cellular migration via the Slit family

First isolated in the fly and now characterised in vertebrates, the Slit proteins have emerged as pivotal components controlling the guidance of axonal growth cones and the directional migration of neuronal precursors. As well as extensive expression during development of the central nervous system (CNS), the Slit proteins exhibit a striking array of expression sites in non-neuronal tissues, including the urogenital system, limb primordia and developing eye. Zebrafish Slit has been shown to mediate mesodermal migration during gastrulation, while Drosophila slit guides the migration of mesodermal cells during myogenesis. This suggests that the actions of these secreted molecules are not simply confined to the sphere of CNS development, but rather act in a more general fashion during development and throughout the lifetime of an organism. This review focuses on the non-neuronal activities of Slit proteins, highlighting a common role for the Slit family in cellular migration.

Sorting and convergence of primary olfactory axons are independent of the olfactory bulb

Primary olfactory axons expressing the same odorant receptor gene sort out and converge to fixed sites in the olfactory bulb. We examined the guidance of axons expressing the P2 odorant receptor when they were challenged with different cellular environments in vivo. In the mutant extratoes mouse, the olfactory bulb is lacking and is replaced by a fibrocellular mass. In these animals, primary olfactory axons form glomerular-like loci despite the absence of normal postsynaptic targets. P2 axons are able to sort out from other axons in this fibrocellular mass and converge to form loci of like axons. The sites of these loci along mediolateral and ventrodorsal axes were highly variable. Similar convergence was observed for larger subpopulations of axons expressing the same cell surface carbohydrates. The sorting out and convergence of like axons also occurred during regeneration following bulbectomy. Olfactory axon behaviour in these models demonstrates that sorting and convergence of axons are independent of the target, which instead provides distinct topographic cues for guidance. (C) 2003 Wiley-Liss, Inc.

Nkx2.1-derived astrocytes and neurons together with Slit2 are indispensable for anterior commissure formation.

Guidepost cells present at and surrounding the midline provide guidance cues that orient the growing axons through commissures. Here we show that the transcription factor Nkx2.1 known to control the specification of GABAergic interneurons also regulates the differentiation of astroglia and polydendrocytes within the mouse anterior commissure (AC). Nkx2.1-positive glia were found to originate from three germinal regions of the ventral telencephalon. Nkx2.1-derived glia were observed in and around the AC region by E14.5. Thereafter, a selective cell ablation strategy showed a synergistic role of Nkx2.1-derived cells, both GABAergic interneurons and astroglia, towards the proper formation of the AC. Finally, our results reveal that the Nkx2.1-regulated cells mediate AC axon guidance through the expression of the repellent cue, Slit2. These results bring forth interesting insights about the spatial and temporal origin of midline telencephalic glia, and highlight the importance of neurons and astroglia towards the formation of midline commissures.

Étude des mécanismes moléculaires induits par Sonic hedgehog lors du guidage axonal des neurones commissuraux de la moelle épinière

Le morphogène Sonic hedgehog (Shh) est requis pour le guidage axonal des neurones commissuraux lors du développement de la moelle épinière, phénomène impliquant des événements de réorganisation du cytosquelette d’actine. Bien qu’il soit généralement admis que le cytosquelette d’actine soit régulé via les petites GTPases de la famille Rho, un effet de Shh sur ces protéines n’a jamais été observé dans aucun contexte physiologique. Nous démontrons que Shh active les petites GTPases Rac1 et Cdc42 et que cette activation est rapide et donc, compatible avec les effets de guidage induits par Shh sur les neurones commissuraux. En parallèle, nous avons étudié l’activation de la protéine Boc, qui est un récepteur de Shh requis pour le guidage axonal des neurones commissuraux. Ces résultats contribuent à raffiner notre compréhension de la transduction cellulaire induite par Shh lors du guidage axonal des neurones commissuraux.

Src family kinases are required for limb trajectory selection by spinal motor axons

Signal relay by guidance receptors at the axonal growth cone is a process essential for the assembly of a functional nervous system. We investigated the in vivo function of Src family kinases (SFKs) as growth cone guidance signaling intermediates in the context of spinal lateral motor column (LMC) motor axon projection toward the ventral or dorsal limb mesenchyme. Using in situ mRNA detection we determined that Src and Fyn are expressed in LMC motor neurons of chick and mouse embryos at the time of limb trajectory selection. Inhibition of SFK activity by C-terminal Src kinase (Csk) overexpression in chickLMCaxons using in ovo electroporation resulted inLMC axons selecting the inappropriate dorsoventral trajectory within the limb mesenchyme, with medial LMC axon projecting into the dorsal and ventral limb nerve with apparently random incidence. We also detected LMC axon trajectory choice errors in Src mutant mice demonstrating a nonredundant role for Src in motor axon guidance in agreement with gain and loss of Src function in chickLMCneurons which led to the redirection ofLMCaxons. Finally, Csk-mediated SFK inhibition attenuated the retargeting ofLMCaxons caused by EphA or EphB over-expression, implying the participation of SFKs in Eph-mediated LMC motor axon guidance. In summary, our findings demonstrate that SFKs are essential for motor axon guidance and suggest that they play an important role in relaying ephrin:Eph signals that mediate the selection of motor axon trajectory in the limb.

Étude ultrastructurale et développementale du récepteur EphA4 dans l’hippocampe du rat

Afin de mieux comprendre l’évolution des fonctions du récepteur EphA4 pendant le développement du système nerveux central (SNC), nous avons étudié sa localisation cellulaire et subcellulaire dans l’hippocampe du rat, d’abord chez l’adulte, puis pendant le développement postnatal, ainsi que ses rôles potentiels dans la genèse, la migration ou la maturation des cellules granulaires dans l’hippocampe adulte. Pour ce faire, nous avons utilisé la méthode d’immunocytochimie en microscopie photonique, électronique et confocale. En microscopie photonique, une forte immunoréactivité (peroxydase/DAB) pour EphA4 est observée aux jours 1 et 7 suivant la naissance (P1 et P7) dans les couches de corps cellulaires, avec un marquage notamment associé à la surface des corps cellulaires des cellules granulaires et pyramidales, ainsi que dans les couches de neuropile du gyrus dentelé et des secteurs CA3 et CA1. L’intensité du marquage diminue progressivement dans les couches de corps cellulaires, entre P7 et P14, pour devenir faible à P21 et chez l’adulte, tandis qu’elle persiste dans les couches de neuropile, sauf celles qui reçoivent des afférences du cortex entorhinal. En microscopie électronique, après marquage à la peroxydase/DAB, EphA4 décore toute la surface des cellules pyramidales et granulaires, du corps cellulaire jusqu’aux extrémités distales, entre P1 et P14, pour devenir confiné aux extrémités synaptiques, c’est-à-dire les terminaisons axonales et les épines dendritiques, à P21 et chez l’adulte. À la membrane plasmique des astrocytes, EphA4 est redistribué comme dans les neurones, marquant le corps cellulaire et ses prolongements proximaux à distaux, à P1 et P7, pour devenir restreint aux prolongements périsynaptiques distaux, à partir de P14. D’autre part, des axones en cours de myélinisation présentent souvent une forte immunoréactivité punctiforme à leur membrane plasmique, à P14 et P21. En outre, dans les neurones et les astrocytes, le réticulum endoplasmique, l’appareil de Golgi et les vésicules de transport, organelles impliquées dans la synthèse, la modification posttraductionnelle et le transport des protéines glycosylées, sont aussi marqués, et plus intensément chez les jeunes animaux. Enfin, EphA4 est aussi localisé dans le corps cellulaire et les dendrites des cellules granulaires générées chez l’adulte, au stade de maturation où elles expriment la doublecortine (DCX). De plus, des souris adultes knockouts pour EphA4 présentent des cellules granulaires DCX-positives ectopiques, c’est-à-dire positionnées en dehors de la zone sous-granulaire, ce qui suggère un rôle d’EphA4 dans la régulation de leur migration. Ces travaux révèlent ainsi une redistribution d’EphA4 dans les cellules neuronales et gliales en maturation, suivant les sites cellulaires où un remodelage morphologique s’effectue : les corps cellulaires lorsqu’ils s’organisent en couches, les prolongements dendritiques et axonaux pendant leur croissance, guidage et maturation, puis les épines dendritiques, les terminaisons axonales et les prolongements astrocytaires distaux associés aux synapses excitatrices, jusque chez l’adulte, où la formation de nouvelles synapses et le renforcement des connexions synaptiques existantes sont exercés. Ces localisations pourraient ainsi correspondre à différents rôles d’EphA4, par lesquels il contribuerait à la régulation des capacités plastiques du SNC, selon le stade développemental, la région, l’état de santé, ou l’expérience comportementale de l’animal.

Développement et caractérisation d’une méthode photonique pour créer des distributions spatiales de protéines

Les cellules sont capables de détecter les distributions spatiales de protéines et ainsi de migrer ou s’étendre dans la direction appropriée. Une compréhension de la réponse cellulaire aux modifications de ces distributions spatiales de protéines est essentielle pour l’avancement des connaissances dans plusieurs domaines de recherches tels que le développement, l’immunologie ou l’oncologie. Un exemple particulièrement complexe est le guidage d’axones se déroulant pendant le développement du système nerveux. Ce dernier nécessite la présence de plusieurs distributions de molécules de guidages étant attractives ou répulsives pour connecter correctement ce réseau complexe qu’est le système nerveux. Puisque plusieurs indices de guidage collaborent, il est particulièrement difficile d’identifier la contribution individuelle ou la voie de signalisation qui est déclenchée in vivo, il est donc nécessaire d’utiliser des méthodes pour reproduire ces distributions de protéines in vitro. Plusieurs méthodes existent pour produire des gradients de protéines solubles ou liées aux substrats. Quelques méthodes pour produire des gradients solubles sont déjà couramment utilisées dans plusieurs laboratoires, mais elles limitent l’étude aux distributions de protéines qui sont normalement sécrétées in vivo. Les méthodes permettant de produire des distributions liées au substrat sont particulièrement complexes, ce qui restreint leur utilisation à quelques laboratoires. Premièrement, nous présentons une méthode simple qui exploite le photoblanchiment de molécules fluorescentes pour créer des motifs de protéines liées au substrat : Laser-assisted protein adsorption by photobleaching (LAPAP). Cette méthode permet de produire des motifs de protéines complexes d’une résolution micrométrique et d’une grande portée dynamique. Une caractérisation de la technique a été faite et en tant que preuve de fonctionnalité, des axones de neurones du ganglion spinal ont été guidés sur des gradients d’un peptide provenant de la laminine. Deuxièmement, LAPAP a été amélioré de manière à pouvoir fabriquer des motifs avec plusieurs composantes grâce à l’utilisation de lasers à différentes longueurs d’onde et d’anticorps conjugués à des fluorophores correspondants à ces longueurs d’onde. De plus, pour accélérer et simplifier le processus de fabrication, nous avons développé LAPAP à illumination à champ large qui utilise un modulateur spatial de lumière, une diode électroluminescente et un microscope standard pour imprimer directement un motif de protéines. Cette méthode est particulièrement simple comparativement à la version originale de LAPAP puisqu’elle n’implique pas le contrôle de la puissance laser et de platines motorisées, mais seulement d’envoyer l’image du motif désiré au modulateur spatial. Finalement, nous avons utilisé LAPAP pour démontrer que notre technique peut être utilisée dans des analyses de haut contenu pour quantifier les changements morphologiques résultant de la croissance neuronale sur des gradients de protéines de guidage. Nous avons produit des milliers de gradients de laminin-1 ayant différentes pentes et analysé les variations au niveau du guidage de neurites provenant d’une lignée cellulaire neuronale (RGC-5). Un algorithme pour analyser les images des cellules sur les gradients a été développé pour détecter chaque cellule et quantifier la position du centroïde du soma ainsi que les angles d’initiation, final et de braquage de chaque neurite. Ces données ont démontré que les gradients de laminine influencent l’angle d’initiation des neurites des RGC-5, mais n’influencent pas leur braquage. Nous croyons que les résultats présentés dans cette thèse faciliteront l’utilisation de motifs de protéines liées au substrat dans les laboratoires des sciences de la vie, puisque LAPAP peut être effectué à l’aide d’un microscope confocal ou d’un microscope standard légèrement modifié. Cela pourrait contribuer à l’augmentation du nombre de laboratoires travaillant sur le guidage avec des gradients liés au substrat afin d’atteindre la masse critique nécessaire à des percées majeures en neuroscience.

Ki-67 and CD100 immunohistochemical expression is associated with local recurrence and poor prognosis in soft tissue sarcomas, respectively

Soft tissue sarcomas (STSs) are a heterogeneous group of mesenchymal tumors of >50 subtypes. However, STSs represent <1% of types of cancer. Despite this low frequency, the disease is aggressive and treatment, when possible, is based on traditional chemotherapies. A number of cases of resistance to adjuvant therapies have been reported. Metastases are commonly identified in STS patients during diagnosis and the development of effective clinical parameters is crucial for correct management of the disease. The use of biological markers in cancer is a useful tool to determine patient prognosis. Ki--67 is a protein marker for proliferation of somatic cells and is widely used in prognostic studies of various types of tumor, including STSs. Cluster of differentiation 100 (CD100) is a member of the semaphorin family. The family was initially described as axon guidance molecules important for angiogenesis, organogenesis, apoptosis and neoplasia. CD100 was previously utilized as a prognostic factor in tumors and also in STSs. In the present study, protein expression of Ki--67 and CD100 was analyzed by immunohistochemistry in samples of STS patients of the Barretos Cancer Hospital (Barretos, Brazil) to establish prognostic criteria of the disease. Results demonstrate a correlation between CD100 expression and poor prognosis, consistent with a previous study. Moreover, the expression of Ki-67 was identified to correlate with presence of local or locoregional recurrence. To the best of our knowledge, no large casuistic study has revealed this correlation between Ki--67 and local recurrence in STSs. The use of Ki--67 and CD100 as markers in clinical pathological analysis may be suitable as a prognostic criterion in disease progression.