Rol de la quimioquina SDF1 en la migración celular colectiva y guía axonal de la línea lateral posterior en Pez Cebral

Abstract

SDFla es una molécula quimioatractante necesaria para diversas funciones durante el desarrollo que involucran migración celular dirigida. Este ligando interactúa con los receptores CXC y participa en la guía y anidamiento de células primordiales germinales e inmunes, entre otras. Nosotros nos focalizamos en descubrir funciones biológicas adicionales para esta molécula, específicamente en el sistema de la línea lateral del pez cebra. Este sistema se forma mediante la migración direccional de un primordio de células que recorre el cuerpo del embrión siguiendo una ruta definida por la expresión de SDFla. A través de un proceso morfogenético altamente complejo, el primordio deposita grupos de células regularmente espaciados que se diferencian como los órganos mecanosensores llamados neuromastos. Como parte de una búsqueda a gran escala de mutantes que afecten el desarrollo de la línea lateral, rescatamos una mutación puntual en sdfla, un gen encontrado previamente mutado en el mutante medusa. En los mutantes para sdfla, el primordio es capaz de migrar aunque a una velocidad menor con respecto a la condición silvestre. Además, los primordios mutantes pierden la capacidad de migrar a través del camino correcto, el miosepto horizontal, y lo hacen por rutas aberrantes. Para desarrollar el trabajo hemos utilizados peces portadores de la mutación en el gen sdfla y que, al mismo tiempo, expresan los marcadores GFP y/o RFP en células del primordio, glías, y/o en el nervio de la LLP, para así visualizar mejor el fenotipo. La migración de estos componentes en peces mutantes y silvestres fue monitoreada а través de microscopía de tiempo extendido y se analizó la formación de protrusiones, polaridad, proliferación, ruta migratoria y polarización de microtúbulos. Estos resultados muestran que el primordio mutante no se polariza correctamente y que la proliferación se encuentra reducida comparada con el primordio silvestre. Sin embargo, en mutantes sdfla los neuromastos son depositados y son funcionales. También examinamos la interacción nervio-primordio: a diferencia de lo que ocurre en peces silvestres, en peces mutantes i) el nervio crece permanentemente extendiéndose de manera independiente del primordio, ii) se defascicula, y iii) genera ramas que no inervan neuromastos. Sin embargo, las glías que acompañan al nervio se desarrollan normalmente y están presentes en todas las ramas del nervio. El proceso de regeneración del nervio post axotomía no se ve afectado en peces mutantes. Se concluye que la ausencia de SDFla no impide la migración de este cohorte de células, pero es requerido para mantener la cohesividad del sistema, para asegurar la direccionalidad de migración del primordio, y directa o indirectamente, para generar la adecuada fasciculación del nervio y su correcta extensión axonal.

SDF1a is a chemoattractant necessary for diverse functions during development that involve directed cell migration. This ligand interacts with CXC receptors and participates in guidance and homing of primordial germ cells and immune cells, among other cell types. We aim to uncover additional biological functions for this molecule, specifically in the zebrafish mechanosensory lateral line system. This system is formed by directional migration of a primordium of cells that runs through the body of the embryo along a path defined by the expression of SDF1a. Through a highly complex morphogenetic process, the primordium deposits regularly spaced clusters of cells that differentiate as mechanosensory organs called neuromasts. As part of a large-scale screen to search for zebrafish mutants affecting the lateral line, we recovered a point mutation in sdfla, a gene previously found mutated in medusa mutants. In sdfla mutants, the lateral line primordium migrates, albeit at a slower speed than the wild type primordium. Furthermore, mutant primordia fail to travel along the proper pathway, the horizontal myoseptum, instead following aberrant directions. In this work, we used zebrafish carrying mutations for sdfla that, at the same time express expressing GFP/RFP markers in the primordium, neuromasts, glial cells and/or nerve of the lateral line to further examine the phenotype. Migratory events were monitored through timelapse microscopy by protrusion formation, polarity, proliferation, migration pathway and microtubule polarization. These results show that the mutant primordium fails to polarize correctly and that there is reduced proliferation compared to wild type primordia. However, in mutants, neuromasts are deposited and they are functional. We also examined the primordium-nerve interaction; in mutant fish i) the growing nerve consistently travels independently of the primordium, ii) it defasciculates and iii) it generates branches that do not innervate neuromasts. However, glial cells appear normal and are present in all branches of the nerve. The nerve regeneration process is not affected in mutants after axotomy. We conclude that the absence of SDF1a does not prevent migration of this cellular cohort, but that is required to maintain cohesiveness, for primordium migration directionality and, directly or indirectly, to generate proper nerve fasciculation and proper axonal extension.