Cellular dynamics and molecular mechanisms underlying the 3D organization and connectivity of the statoacoustic ganglion

Abstract

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.

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.