A 3D multi-modal approach to study neuronal differentiation and tissue growth in the zebrafish hindbrain

Abstract

The process by which the diversity of neurons making up the brain are produced relies on precise adjustments across space and time. Proneural genes are main drivers of neurogenesis across the different areas of the brain but their contextual role allowing the generation of neuronal diversity is still largely unknown. In this work we have followed the early development of the hindbrain in zebrafish to extract insights about neurogenesis spatio-temporal features. In particular we focused on the role of proneural genes during the differentiation of the most abundant neuronal populations, the GABAergic inhibitory and glutamatergic excitatory neurons. Moreover, leveraging in-vivo imaging in combination with genetical and computational tools we observed the dynamics of those populations and tried to elucidate the temporal restrictions that govern their generation. We report that i) neuronal populations display an inside-out spatial distribution according to their birthdate; ii) production of GABAergic and glutamatergic neurons is asynchronous; iii) neurogenin1 expressing progenitors contribute differently to those two populations both in terms of quantity and temporality; iv) subpopulations of GABAergic populations can be identified by their proneural dependencies.

El proceso mediante el cual se produce la diversidad de neuronas que componen el cerebro depende de ajustes precisos en el espacio y el tiempo. Los genes proneurales son los principales impulsores de la neurogénesis en las diferentes áreas del cerebro, pero aún se desconoce en gran medida su papel contextual en la generación de diversidad neuronal. En este trabajo hemos seguido el desarrollo temprano del rombencéfalo en el pez cebra para extraer información sobre las características espaciotemporales de la neurogénesis. En particular, nos centramos en el papel de los genes proneurales durante la diferenciación de las poblaciones neuronales más abundantes, las neuronas GABAérgicas inhibidoras y glutamatérgicas excitadoras. Además, aprovechando las imágenes in vivo en combinación con herramientas genéticas y computacionales, observamos la dinámica de esas poblaciones y tratamos de dilucidar las restricciones temporales que gobiernan su generación. Informamos que i) las poblaciones neuronales muestran una distribución espacial de adentro hacia afuera según su fecha de nacimiento; ii) la producción de neuronas GABAérgicas y glutamatérgicas es asincrónica; iii) los progenitores que expresan neurogenina1 contribuyen de manera diferente a esas dos poblaciones tanto en términos de cantidad como de temporalidad; iv) las subpoblaciones de poblaciones GABAérgicas pueden identificarse por sus dependencias proneurales.