Estudio de subpoblaciones habenulares y su relación con la posible simetría epitalámica en Corydora paleatu

Abstract

Las asimetrías funcionales y morfológicas son una característica generalizada del cerebro de Vertebrados que se considera crucial para el procesamiento neuronal no redundante y para la lateralización funcional. El epitálamo, que comprende las habénulas y el complejo pineal, es la región asimétrica cerebral más estudiada en cuanto a morfología, función, desarrollo y evolución del cerebro de Vertebrados. La habénula (Hb) es un complejo neuronal bilateral que conecta áreas del cerebro anterior y posterior, mientras que el complejo pineal está formado por la glándula pineal y, en algunas especies, también por estructuras accesorias como el órgano parapineal (Opp). Las asimetrías epitalámicas se caracterizan por la expresión lateralizada de genes de la vía de señalización Nodal, que controlan el desarrollo de diferencias izquierda-derecha en las subpoblaciones habenulares. Además, el Opp muestra un posicionamiento asimétrico y/o conectividad lateralizada con la habénula. En los teleósteos, una característica importante es la segregación espacial de las eferentes habenulares izquierdas y derechas en el Núcleo interpeduncular (NIP), denominada “laterotopía”, que se conserva a pesar de la gran variabilidad interespecífica en la magnitud de la asimetría habenular. Estudios realizados en pez cebra, muestran que la laterotopía de la conectividad Hb-NIP depende en gran medida del desarrollo habenular asimétrico en respuesta a las interacciones con el Opp embrionario. En conjunto estas observaciones sugieren que la laterotopía de la conectividad Hb-NIP puede ser un indicador indirecto de la asimetría habenular izquierdaderecha, más allá de las particularidades especie específicas. Esta posibilidad, sin embargo, no ha sido explorada en parte por la falta de modelos contraejemplo adecuados. En este trabajo caracterizamos por primera vez un modelo contraejemplo para este tipo de estudios. Corydora paleatus es un pez teleósteo del orden Siluriformes que presenta una conectividad Hb-NIP de tipo no laterotópica, donde las proyecciones de las habénulas izquierda y derecha se entremezclan. Mediante inmunofluorescencia e hibridación in situ, caracterizamos la citoarquitectura y describimos la distribución de las subpoblaciones celulares en la habénula de Corydora paleatus. Describimos que la habénula dorsal de este silúrido es positiva para marcadores genéticos como CpGng8 y CpKctd12b, mientras que la región ventral habenular es Cp-prox1a positiva. Los marcadores dorsales no muestras patrones de expresión asimétricos. Describimos que los genes previamente descritos como “asimétricos”en pez cebra, especie teleósteo más estudiada y considerada como referencia de asimetría habenular, se expresan bilateralmente simétricos en la habénula de Corydora adulto y también durante el desarrollo epitalámico, p.e. CpNrp1a y CpKctd12.2. Por otro lado, describimos la ausencia del Opp en adultos y durante el desarrollo mediante marcadores moleculares para el complejo pineal. Finalmente encontramos que el efector de la vía Nodal, CpPitx2 se expresa bilateralmente en el diencéfalo en desarrollo. En conjunto, nuestros resultados sugieren que el fenotipo simétrico de Corydora paleatus podría corresponder a un isomerismo izquierdo. Nuestros resultados ofrecen la posibilidad de realizar comparaciones significativas con organismos laterotópicos bien descritos, contribuyendo a nuestra comprensión de los mecanismos evolutivos y del desarrollo que subyacen al establecimiento de las asimetrías cerebrales

Functional and morphological asymmetries are widespread features of the vertebrate brain, considered crucial for non-redundant neural processing and functional lateralization. The epithalamus, comprising the habenulae and pineal complex, is the most studied asymmetric area in terms of morphology, function, development, and evolution of the vertebrate brain. The habenulae (Hb), a bilateral neural relay complex, connect forebrain and hindbrain areas, while the pineal complex consists of the pineal gland and, in some species, accessory structures such as the parapineal organ (Opp). Epithalamic asymmetries are characterized by lateralized expression of Nodal signaling pathway genes, which control the development of left-right differences in habenula subpopulations. Additionally, the Opp shows lateralized migration and/or connectivity with the ipsilateral habenulae. In teleosts, an important feature is the spatial segregation of the left and right habenular efferents in the interpeduncular nucleus (IPN), termed “laterotopy”, which is conserved despite significant interspecies variability in the magnitude of the habenular asymmetry. Notably, studies in zebrafish show that laterotopy of Hb-IPN connectivity is highly dependent on asymmetric habenular development in response to interactions with the embryonic Opp. Taken together, these observations suggest that laterotopy of Hb-IPN connectivity may reflect left-right habenular asymmetry beyond its species-specific peculiarities. However, this possibility has not been fully explored, partly due to the lack of suitable counterexample models. In this work, we introduce and characterize a counterexample model for this type of study. Corydora paleatus, a teleost fish of the order Siluriformes, exhibits nonlaterotopic habenular connectivity to the interpeduncular nucleus, where the left and right projections are intermingled. Using immunofluorescence and in situ hybridization, we characterize the cytoarchitecture and describe the distribution of cell subpopulations in the habenula of Corydora paleatus. We describe the dorsal habenula of this siluriform as positive for genetic markers such as CpGng8 and CpKctd12b, while the ventral habenula is positive for CpProx1. The dorsal markers do not show asymmetric expression patterns. Also, we report that markers previously identified as “asymmetric” genes in zebrafish– the most studied teleost and considered a reference for habenular asymmetry– are expressed bilaterally and symmetrically in the habenula of adult Corydoras paleatus and during epithalamic development (e.g., CpNrp1a and CpKctd12.2). Additionally, using molecular markers for the pineal complex, we report the absence of the Opp in adults and during development. Finally, we found the Nodal pathway effector, CpPitx2, expressed bilaterally in the developing diencephalon. Together, our results suggest that the symmetric phenotype of Corydoras paleatus may indicate left isomerism. Our result offers the opportunity to make significant comparisons with welldescribed laterotopic organisms, contributing to our understanding of the evolutionary and developmental mechanism underlying the establishment of brain asymmetries.