Sox21a is requiered for posterior lateral line patterning by regulating Fgf signalling

Resumen del póster presentado al IX Meeting of the Spanish Society for Developmental Biology celebrado en Granada del 12 al 14 de noviembre de 2012.Peer Reviewe

A mobile insulator system to detect and disrupt cis-regulatory landscapes in vertebrates

et al.In multicellular organisms, cis-regulation controls gene expression in space and time. Despite the essential implication of cisregulation in the development and evolution of organisms and in human diseases, our knowledge about regulatory sequences largely derives from analyzing their activity individually and outside their genomic context. Indeed, the contribution of these sequences to the expression of their target genes in their genomic context is still largely unknown. Here we present a novel genetic screen designed to visualize and interrupt gene regulatory landscapes in vertebrates. In this screen, based on the random insertion of an engineered Tol2 transposon carrying a strong insulator separating two fluorescent reporter genes, we isolated hundreds of zebrafish lines containing insertions that disrupt the cis-regulation of tissue-specific expressed genes. We therefore provide a new easy-to-handle tool that will help to disrupt and chart the regulatory activity spread through the vast noncoding regions of the vertebrate genome.This study was supported by the Spanish and Andalusian Governments (JLGS grant numbers BFU2010-14839, CSD2007-00008, Proyecto de Excelencia CVI-3488, and JJC grant number BFU2011-22928), an EFSD/Lilly grant, and a Universidad Pablo de Olavide grant (JB grant number PPI0906). A.A. is an FPI fellow and J.B. is a Juan de la Cierva postdoctoral fellow (JCI-2009-04014) of the Consejo Superior de Investigaciones Cientificas. J.B. was also an FCT postdoctoral fellow (SFRH/BPD/38829/2007; POPH/FSE). M.L. is a Junta de Andalucia fellow.Peer Reviewe

Early evolution of the T-box transcription factor family

Deèelopmental transcription factors are key players in animal multicellularity, being members of the T-box family that are among the most important. Until recently, T-box transcription factors were thought to be exclusièely present in metazoans. Here, we report the presence of T-box genes in seèeral nonmetazoan lineages, including ichthyosporeans, filastereans, and fungi. Our data confirm that Brachyury is the most ancient member of the T-box family and establish that the T-box family dièersified at the onset of Metazoa. Moreoèer, we demonstrate functional conserèation of a homolog of Brachyury of the protist Capsaspora owczarzaki in Xenopus laeèis. By comparing the molecular phenotype of C. owczarzaki Brachyury with that of homologs of early branching metazoans, we define a clear difference between unicellular holozoan and metazoan Brachyury homologs, suggesting that the specificity of Brachyury emerged at the origin of Metazoa. Experimental determination of the binding preferences of the C. owczarzaki Brachyury results in a similar motif to that of metazoan Brachyury and other T-box classes. This finding suggests that functional specificity between different T-box classes is likely achieèed by interaction with alternatièe cofactors, as opposed to differences in binding specificity

Two tales of vertebrate evolution and development : insights into "trans" changes of gene expression patterns and the role of Sox21a in the posterior lateral line

Excepto si se señala otra cosa, la licencia del ítem se describe como Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España.Estudio de los mecanismos de evolución y desarrollo de vertebrados: Análisis del impacto de los cambios en transen el patrón de expresión de los genes y estudio del papel de sox21a en la linea lateral. Durante la evolución de vertebrados los organismos han adquirido grandes diferencias fenotípicas,las cuales se pueden explicar por cambios en el patrón de expresión de los genes. Por tanto, es muy importante conocer como se regula la expresión génica. Parte de la regulación génica es debida a la existencia de secuencias no codificantes activadoras de la transcripción, conocidas como secuencias reguladoras en cis. Es interesante, conocer como se modifica la actividad de estas secuencias durante la evolución. Existen dos posibilidades para cambiar la actividad de estas secuencias reguladoras, o bien modificando la secuencia propiamente dicha (evolución en cis) o bien modificando la maquinaria transcripcional que lo regula (evolución en trans). A lo largo de esta tesis hemos intentado responder a como los cambios trans impactan en el patrón de expresión de los genes, durante la evolución de vertebrados. Para responder a esta pregunta hicimos ensayos de actividad cis reguladora en pez cebra y las comparamos con el patrón de expresión generado por la misma secuencia en ratón. Con los resultados obtenidos introducimos un nuevo objetivo en éste trabajo de doctorado. Hacer un estudio de potenciales secuencias cis-reguladoras específicas de teleósteos. Para ello nos hemos centrado en el gen sox21a el cual tiene un dominio de expresión específico en el pez cebra, la línea lateral. La línea lateral es un órgano mecano-sensorial presente en peces y anfibios. Durante el desarrollo, ésta estructura es formada por un grupo de células que migra desde la vesícula ática hasta el final de la cola durante este viaje se van depositando las estructuras funcionales de la línea lateral, los neuromastos. Dos morfógenos juegan un papel muy importante en el desarrollo de la línea lateral. Wnt es requerido para mantener el estado proliferativo de las células y FGF que desencadena los pasos de diferenciación y epiteliarización. Sin embargo, se desconocen quienes son los reguladores de estos dos morfogenos. Diferentes genes de la familia Sox se expresan en la línea lateral entre ellos se encuentra sox21a. Estudios en sistema nervioso han demostrado que este gen es requerido para la transición de células proliferativas a diferenciadas.Intentando responder a cual era el papel de sox21a en la linea lateral; usando morfolino de sox21a y haciendo estudios in vivo y observamos que en la condición morfante se producía un retraso en la migración, una falta en la epiteliarización, así como una inhibición de los genes expresado en el dominio Fgf. Estos resultados sugieren que sox21a es un regulador positivo que actúa aguas arriba de Fgf. Por tanto, postulamos que sox21a juega un papel muy importante en el establecimiento de las diferentes identidades celulares en la línea lateral-Peer Reviewe

Two tales of vertebrate evolution and development : insights into "trans" changes of gene expression patterns and the role of Sox21a in the posterior lateral line

Programa de Doctorado en Biotecnología y Tecnología QuímicaEstudio de los mecanismos de evolución y desarrollo de vertebrados: Análisis del impacto de los cambios en transen el patrón de expresión de los genes y estudio del papel de sox21a en la linea lateral. Durante la evolución de vertebrados los organismos han adquirido grandes diferencias fenotípicas,las cuales se pueden explicar por cambios en el patrón de expresión de los genes. Por tanto, es muy importante conocer como se regula la expresión génica. Parte de la regulación génica es debida a la existencia de secuencias no codificantes activadoras de la transcripción, conocidas como secuencias reguladoras en cis. Es interesante, conocer como se modifica la actividad de estas secuencias durante la evolución. Existen dos posibilidades para cambiar la actividad de estas secuencias reguladoras, o bien modificando la secuencia propiamente dicha (evolución en cis) o bien modificando la maquinaria transcripcional que lo regula (evolución en trans). A lo largo de esta tesis hemos intentado responder a como los cambios trans impactan en el patrón de expresión de los genes, durante la evolución de vertebrados. Para responder a esta pregunta hicimos ensayos de actividad cis reguladora en pez cebra y las comparamos con el patrón de expresión generado por la misma secuencia en ratón. Con los resultados obtenidos introducimos un nuevo objetivo en éste trabajo de doctorado. Hacer un estudio de potenciales secuencias cis-reguladoras específicas de teleósteos. Para ello nos hemos centrado en el gen sox21a el cual tiene un dominio de expresión específico en el pez cebra, la línea lateral. La línea lateral es un órgano mecano-sensorial presente en peces y anfibios. Durante el desarrollo, ésta estructura es formada por un grupo de células que migra desde la vesícula ática hasta el final de la cola durante este viaje se van depositando las estructuras funcionales de la línea lateral, los neuromastos. Dos morfógenos juegan un papel muy importante en el desarrollo de la línea lateral. Wnt es requerido para mantener el estado proliferativo de las células y FGF que desencadena los pasos de diferenciación y epiteliarización. Sin embargo, se desconocen quienes son los reguladores de estos dos morfogenos. Diferentes genes de la familia Sox se expresan en la línea lateral entre ellos se encuentra sox21a. Estudios en sistema nervioso han demostrado que este gen es requerido para la transición de células proliferativas a diferenciadas.Intentando responder a cual era el papel de sox21a en la linea lateral; usando morfolino de sox21a y haciendo estudios in vivo y observamos que en la condición morfante se producía un retraso en la migración, una falta en la epiteliarización, así como una inhibición de los genes expresado en el dominio Fgf. Estos resultados sugieren que sox21a es un regulador positivo que actúa aguas arriba de Fgf. Por tanto, postulamos que sox21a juega un papel muy importante en el establecimiento de las diferentes identidades celulares en la línea lateral.Universidad Pablo de Olavide. Centro de Estudios de Postgrad

Heartbeat-driven pericardiac fluid forces contribute to epicardium morphogenesis

et al.[Background]: Hydrodynamic forces play a central role in organ morphogenesis. The role of blood flow in shaping the developing heart is well established, but the role of fluid forces generated in the pericardial cavity surrounding the heart is unknown. Mesothelial cells lining the pericardium generate the proepicardium (PE), the precursor cell population of the epicardium, the outer layer covering the myocardium, which is essential for its maturation and the formation of the heart valves and coronary vasculature. However, there is no evidence from in vivo studies showing how epicardial precursor cells reach and attach to the heart. [Results]: Using optical tools for real-time analysis in the zebrafish, including high-speed imaging and optical tweezing, we show that the heartbeat generates pericardiac fluid advections that drive epicardium formation. These flow forces trigger PE formation and epicardial progenitor cell release and motion. The pericardial flow also influences the site of PE cell adhesion to the myocardium. We additionally identify novel mesothelial sources of epicardial precursors and show that precursor release and adhesion occur both through pericardiac fluid advections and through direct contact with the myocardium. [Conclusions]: Two hydrodynamic forces couple cardiac development and function: first, blood flow inside the heart, and second, the pericardial fluid advections outside the heart identified here. This pericardiac fluid flow is essential for epicardium formation and represents the first example of hydrodynamic flow forces controlling organogenesis through an action on mesothelial cellsN.M. was supported by grants S2010/BMD-2321 FIBROTEAM, RYC-2006-001694, BFU2011-25297, and TerCel S2010, J.M.G.-R. by AP2008-00546, M.P. by COST Short Term Mission BM0804, J.-L.G.-S. by BFU2010-14839, CSD2007-00008, and Proyecto de Excelencia CVI-3488, E.S. by a FRM postdoctoral fellowship, and J.V. by HFSP, INSERM, la Ligue contre le cancer, FRM, and the seventh framework program (MC-IRG256549).Peer reviewe

Early evolution of the T-box transcription factor family

Developmental transcription factors are key players in animal multicellularity, being members of the T-box family that are among the most important. Until recently, T-box transcription factors were thought to be exclusively present in metazoans. Here, we report the presence of T-box genes in several nonmetazoan lineages, including ichthyosporeans, filastereans, and fungi. Our data confirm that Brachyury is the most ancient member of the T-box family and establish that the T-box family diversified at the onset of Metazoa. Moreover, we demonstrate functional conservation of a homolog of Brachyury of the protist Capsaspora owczarzaki in Xenopus laevis. By comparing the molecular phenotype of C. owczarzaki Brachyury with that of homologs of early branching metazoans, we define a clear difference between unicellular holozoan and metazoan Brachyury homologs, suggesting that the specificity of Brachyury emerged at the origin of Metazoa. Experimental determination of the binding preferences of the C. owczarzaki Brachyury results in a similar motif to that of metazoan Brachyury and other T-box classes. This finding suggests that functional specificity between different T-box classes is likely achieved by interaction with alternative cofactors, as opposed to differences in binding specificity.This work was supported by an Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats contract, European Research Council Starting Grant ERC-2007-StG-206883, and Grant BFU2011-23434 from the Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) (to I.R.-T.). A.S.-P. was supported by a pregraduate Formación Profesorado Universitario grant from MINECO and a grant from MINECO to perform a research stay at the J.L.G.-S. laboratory. J.L.G.-S. thanks the Spanish and Andalusian Governments for Grants BFU2010-14839, CSD2007-00008, and Proyecto de Excelencia CVI-3488 that funded this study. This work was also supported by a Canadian Institutes of Health Research (CIHR) grant [MOP-111007 (to T.R.H.)]. M. Adamski, M. Adamska, and S.L. acknowledge funding from the core budget of the Sars International Centre for Marine Molecular Biology. M.T.W. was supported by fellowships from CIHR and the Canadian Institute for Advanced Research Junior Fellows Genetic Networks Program.Peer reviewe

Cellular tiling in the cerebral cortex through contact repulsion

Resumen del trabajo presentado al Society fro Development Biology 71st Annual Meeting, celebrado en Montreal (Canada) del 19 al 23 de julio de 2012.-- et al.Cajal-Retzius (CR) cells play a fundamental role in the development of the mammalian cerebral cortex. They control the formation of cortical layers by regulating the migration of pyramidal cells through the release of Reelin. The function of CR cells critically depends on their disposition throughout the surface of the cortex, but little is known about the events controlling this phenomenon. We found that migrating CR cells repel each other upon contact, which leads to their random dispersion throughout the cortical surface and to the formation of a dynamically stable pattern of distribution that optimizes surface coverage. This process of cellular tiling is mediated by bi-directional Eph/ephrin interactions. Our observations reveal a novel mechanism that controls the even distribution of neurons in the developing brain.Peer reviewe

Differences in enhancer activity in mouse and zebrafish reporter assays are often associated with changes in gene expression

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Phenotypic evolution in animals is thought to be driven in large part by differences in gene expression patterns, which can result from sequence changes in <it>cis-</it>regulatory elements (<it>cis-</it>changes) or from changes in the expression pattern or function of transcription factors (<it>trans-</it>changes). While isolated examples of <it>trans-</it>changes have been identified, the scale of their overall contribution to regulatory and phenotypic evolution remains unclear.</p> <p>Results</p> <p>Here, we attempt to examine the prevalence of <it>trans-</it>effects and their potential impact on gene expression patterns in vertebrate evolution by comparing the function of identical human tissue-specific enhancer sequences in two highly divergent vertebrate model systems, mouse and zebrafish. Among 47 human conserved non-coding elements (CNEs) tested in transgenic mouse embryos and in stable zebrafish lines, at least one species-specific expression domain was observed in the majority (83%) of cases, and 36% presented dramatically different expression patterns between the two species. Although some of these discrepancies may be due to the use of different transgenesis systems in mouse and zebrafish, in some instances we found an association between differences in enhancer activity and changes in the endogenous gene expression patterns between mouse and zebrafish, suggesting a potential role for <it>trans-</it>changes in the evolution of gene expression.</p> <p>Conclusions</p> <p>In total, our results: (i) serve as a cautionary tale for studies investigating the role of human enhancers in different model organisms, and (ii) suggest that changes in the <it>trans</it> environment may play a significant role in the evolution of gene expression in vertebrates.</p