Resumen de Cellular dynamics and molecular mechanisms underlying the 3D organization and connectivity of the statoacoustic ganglion
- español
El oído interno es uno órgano sensorial de gran complejidad. A través de células sensoriales, denominadas células ciliadas, el oído interno transduce información mecánica en impulsos nerviosos, importantes para llevar a cabo las funciones de audición y mantenimiento del equilibrio. Para ello, estos impulsos nerviosos se deben transmitir de forma coherente y adecuada al cerebro. El ganglio vestibulo-coclear (o estatoacústico en algunas especies) es el tejido neuronal encargado de dicha función.
Durante el desarrollo embrionario, el oído interno y el tejido neuronal del ganglio se desarrollan en paralelo de forma orquestada para generar un órgano funcional. Sin embargo, la serie de procesos celulares y moleculares que tienen lugar en el ganglio en desarrollo para poder hacer frente a la creciente complejidad del oído interno permanecen en su mayoría desconocidos. Procesos como la delaminación de los neuroblastos, la migración y el proceso de agregación celular o la axonogénesis de estas neuronas no han sido estudiados in vivo y con suficiente resolución espaciotemporal hasta la fecha. Por ello, el objeto de mi tesis ha sido estudiar los comportamientos celulares y los mecanismos moleculares de la gangliogénesis ótica.
Para ello, he utilizado técnicas generadas ex profeso para el estudio del desarrollo del ganglio en el modelo de pez cebra. Las técnicas de manipulación genética se centran en la generación de líneas transgénicas mediante la tecnología CRISPR/Cas9 y en las cuáles es posible llevar a cabo procedimientos de fotoconversión y fotoablación de tejidos, desregulación de la expresión de moléculas de interés y visualización de comportamientos celulares. El análisis de la dinámica de los comportamientos celulares (in vivo) en su tejido natural ha sido llevado a cabo bajo el empleo de microscopía avanzada de alta resolución espacio-temporal.
De los resultados obtenidos concluimos que: 1) Existe una población de células pioneras que son esenciales para la correcta formación del ganglio del oído interno; 2) los precursores neuronales del ganglio se agrupan alrededor de las células pioneras y migran sobre los axones pioneros de éstas células para formar los primordios de los lóbulos del ganglio; 3) los axones pioneros crecen independientemente de la presencia de células ciliadas y de la señal generada por neurotrofinas, que por otro lado son importantes para el correcto anclaje del axón y la supervivencia de las neuronas del ganglio; 4) los precursores neuronales del ganglio provienen de procesos de delaminación del tejido ótico que se asemejan a eventos de transición epitelio-mesenquimales; 5) los precursores neuronales son capaces de migrar de forma no colectiva y activa, de forma dependiente de RhoGTPasas y 6) las moléculas Cntn2 y Cxcl14 son de gran relevancia para la axogénesis pionera y la formación de los lóbulos del ganglio.
En conclusión, el trabajo de esta tesis doctoral provee nuevas evidencias del proceso de formación del sistema sensorial del oído interno a través de la formación de su tejido neuronal ganglionar. Estos resultados pueden ser relevantes para el mejor entendimiento del desarrollo de los sistemas sensoriales. En definitiva, con mi tesis se contribuye al conocimiento sobre cómo las células del ganglio estatoacústico emplean herramientas moleculares que gobiernan sus, hasta ahora no tan conocidas, capacidades celulares y finalmente dar lugar a un tejido funcional e integrado en el órgano del que forman parte.
- English
The statoacoustic ganglion (SAG) is a complex 3D structure composed by neurons in charge of transmitting the information from inner ear hair cells to the CNS. During development, SAG copes with otic tissue demands to maintain functionality. However, SAG development in coordination with otic development has not been addressed in detail. We use high resolution confocal imaging of otic neuroblasts (NB), photoconversion, photoablation, transgenic lines, CRISPR/Cas9 and Cas13 to address SAG development at the molecular and cellular levels. We find a population of pioneer SAG neurons specified outside the otic placode, which play an attracting role over delaminating NB affecting its coalescence. NB from the otic epithelium delaminate in an EMT-like manner, and non-collectively and actively migrate depending on RhoGTPases to establish the anterior SAG lobe. Followingly, NB crawl onto pioneer axons to form the posterior SAG lobe. Lack of both pioneer SAG neurons and pioneer axons alters SAG shape. Finally, we uncover the cell adhesion molecule Cntn2 and the chemokine Cxcl14 as two new molecules required for correct pioneer axon targeting to HC and posterior lobe formation. We confirm that HC and neurotrophin signaling is not required for directed axon targeting but stabilization and neuronal survival. In conclusion, SAG development is a complex process in which several mechanisms interplay, prime and scaffold further SAG developmental steps.
- català
El gangli estatoacústic (SAG) és una estructura 3D altament complexa formada per neurones que transmeten la informació rebuda de les cèl·lules ciliades (HC) del l’oïda interna al sistema nerviós central (CNS). Durant el desenvolupament, el SAG s’organitza en coordinació amb l’oïda interna per tal de mantenir la seva funcionalitat. No obstant això, es té un lleu coneixement com aquest s’organitza en 3D. Per tal d’analitzar a nivell molecular i cel·lular la formació del SAG, hem emprat microscopia confocal d’alta resolució amb marcatges de neuroblasts (NB) individuals, fotoconversió, fotoablació, CRISPR/Cas9 i Cas13. Aquí descrivim el paper de les neurones pioneres del SAG, que atrauen els NB que delaminen de l’epiteli òtic. Els NB delaminen fora de l’epiteli seguint un procés EMT. Un cop fora, els NB migren activament dependent de RhoGTPases i no col·lectiva per tal de formar un lòbul anterior del SAG. Seguidament, els NB migren sobre axons pioners per tal de formar un lòbul posterior del SAG. La manca de neurones pioneres i d’axons pioners altera la formació del SAG. Finalment, hem descobert que la molècula d’adhesió Cntn2 i la quemoquina Cxcl14 son relevants per a la correcta extensió i orientació dels axons pioners a les HC de l’oïda i la formació del lòbul posterior. Confirmem que les HC i la senyalització per neurotrofines no és requerida per a la correcta formació dels axons pioners, però sí per a estabilitzar-los i promoure la supervivència neuronal. En conclusió, l’estudi proporciona nova informació sobre els comportaments que permeten als NB establir un gangli estructurat i les claus moleculars implicades en la formació de connexions neuronals amb l’oïda interna.
