The midbrain-hindbrain domain (MH) is an important region of the vertebrate embryonic brain. Indeed, in contrast to other brain domains, it is not formed by segmentation processes, but responds to an organizer activity located at the midbrain-hindbrain boundary (MHB). Thus it is of great interest to understand the factors and mechanisms underlying MH formation. The present work uses the zebrafish system to add important information on the poorly understood steps of early MH development. These results are summarized below: (i) It is known that MH development is regulated by planar information, however the upstream factors regulating the expression of the known MH markers her5, pax2.1, wnt1 and fgf8 are not known. We identified the zebrafish Btd-related factor Bts1 as a specific regulator of pax2.1 and its dependent genetic cascade (pax5, eng3). Because of the crucial function of Bts1 in MH induction, we analysed the regulation of its own expression. We demonstrate that the induction of bts1 expression likely depends on FGF and Wnt signaling. Thus, we identified one cascade of MH induction through planar signaling. (ii) Anterior neural plate development is thought to respond to vertical signaling. So far, the precise role of vertical signals in MH development remains unclear. Using a combination of experimental manipulations in mutant lines affected in non-neural tissues, we unravelled the inhibitory influence of a long-range signal, emanating from the prechordal plate, on the refinement of a neural cluster at the forebrain-midbrain boundary. These results give evidence that vertical signals have a precise role in MH development. (iii) The earliest gene selectively expressed in the prospective MH is her5. Using a reporter approach in zebrafish transgenics, we identified her5 regulatory elements. Further, the PACher::egfp transgenic line allows tracing cells of the entire presumptive MH from MH induction onwards. Using this transgenic line in mutant contexts, we demonstrate that in the absence of functional Pax2.1 or FGF8, MH cells partially acquire the fate of neighbouring brain regions, to a different extent depending on the mutant context. Together, these results identify the genomic sequence responding to MH induction factors, and permit to assess the role of early MH factors (such as Fgf8 and Pax2.1) on cell fate. (iv) We identified a novel Hairy/E(spl) factor, called Him, positioned in an unusual head-tohead orientation close to Her5 genomic locus. Preliminary functional analyses suggest that Him loss-of-function leads, similar to a lack of Her5 function, to a premature differentiation in the normally neuron-free “intervening zone” at the presumptive MHB. Together these results identify a new factor, and potential partner for Her5, during the MH induction phase.     «

The midbrain-hindbrain domain (MH) is an important region of the vertebrate embryonic brain. Indeed, in contrast to other brain domains, it is not formed by segmentation processes, but responds to an organizer activity located at the midbrain-hindbrain boundary (MHB). Thus it is of great interest to understand the factors and mechanisms underlying MH formation. The present work uses the zebrafish system to add important information on the poorly understood steps of early MH development. These re...     »

Das Mittelhirn-Hinterhirn (MH) Gebiet ist eine wichtige Region des embryonalen Gehirns, das im Gegensatz zu anderen Hirngebieten nicht durch Segmentation gebildet wird, sondern durch die Aktivität eines Organisationszentrums entsteht, das sich an der MH Grenze befindet. Deshalb ist es von großem Interesse diejenigen Faktoren und Mechanismen zu entdecken, die für die Entstehung des MH notwendig sind. Mit Hilfe des Modellorganismus Zebrafisch erweitert diese Arbeit das Wissen über die bis jetzt nur wenig verstandene Induktion des MH um folgende neue Erkenntnisse: (i) Es ist allgemein bekannt, dass die Entwicklung des MH Gebietes durch Informationen innerhalb der Neuronalplatte (horizontale Signale) gesteuert wird. Jedoch sind die Faktoren, die eine Induktion der bekannten MH Gene her5, pax2.1, wnt1 und fgf8 steuern, noch nicht entdeckt. Wir haben den zu Btd verwandten Faktor Bts1 aus dem Zebrafischgenom isoliert und ihn als spezifischen Regulator von pax2.1 und dessen abhängiger genetischen Kaskade charakterisiert. Diese wesentliche Funktion des Faktors Bts1 während der Entstehung des MH hat uns veranlasst dessen eigene Regulation zu untersuchen. Von unseren Ergebnissen schließen wir, dass die Expression von bts1 wahrscheinlich durch FGF und Wnt Signale ausgelöst wird. Somit haben wir eine Signalkaskade der MH Induktion durch horizontale Signale identifiziert. (ii) Es wird angenommen, dass die Entwicklung der vorderen Neuronalplatte von vertikalen Signalen beeinflusst wird. Die präzise Rolle dieser vertikalen Signale ist jedoch unklar. Eine Kombination von experimentellen Manipulationen in Fischlinien, die Defekte in nichtneuronalen Geweben aufweisen, ermöglicht uns den inhibierenden Einfluss von weit wirkenden Signalen, gebildet in der prächordalen Platte, auf die Entwicklung einer neuronalen Gruppe an der Vorderhirn/Mittelhirngrenze aufzuzeigen. Die erzielten Ergebnisse deuten an, dass vertikale Signale während der Entwicklung des MH Gebietes eine eindeutige Rolle spielen. (iii) her5 ist das bisher erste bekannte Gen, das im künftigen MH Gebiet spezifisch exprimiert wird. Mit Hilfe der transgenen Fischlinie her5PAC::egfp als „Reporter“ identifizierten wir die regulierenden Elemente von her5. Ferner ermöglicht es diese transgene Linie alle Zellen des MH Gebietes ab seiner Induktion optisch zu verfolgen. Da wir diese transgene Linie auch im Zusammenhang mit der Analyse von mutierten Fischlinien verwendet haben, können wir zeigen, dass MH Zellen durch den Verlust von funktionalem Pax2.1 oder FGF8 Proteinen zu einem gewissen Ausmaß, das von der jeweiligen Mutation abhängig ist, die Identität eines ZUSAMMENFASSUNG vi benachbarten Gebietes übernehmen. Unsere Ergebnisse zeigen somit die Identifizierung der für die Regulation durch induzierende Faktoren notwendige genomische Sequenz und weisen außerdem auf den Einfluss von MH Faktoren wie FGF8 und Pax2.1 auf die Identität einer Zelle hin. (iv) Wir haben den bisher unbekannten Hairy/E(spl) Faktor Him isoliert, der in einer ungewöhnlichen Kopf zu Kopf Position nahe dem genomischen Lokus von Her5 plaziert ist. Vorläufige Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein Ausschalten der Funktion von Him, ähnlich wie das Fehlen des Faktors Her5, zu einer frühzeitigen Differenzierung von Neuronen in der zu diesem Zeitpunkt normalerweise neuronenfreien „intervening zone“ („dazwischen liegende“ Zone) an der MH Grenze führt. Zusammengefasst zeigen diese Ergebnisse die Identifizierung eines neuen Faktors und potentiellen Partners von Her5 während der Entstehung des MH Gebietes.     «

Das Mittelhirn-Hinterhirn (MH) Gebiet ist eine wichtige Region des embryonalen Gehirns, das im Gegensatz zu anderen Hirngebieten nicht durch Segmentation gebildet wird, sondern durch die Aktivität eines Organisationszentrums entsteht, das sich an der MH Grenze befindet. Deshalb ist es von großem Interesse diejenigen Faktoren und Mechanismen zu entdecken, die für die Entstehung des MH notwendig sind. Mit Hilfe des Modellorganismus Zebrafisch erweitert diese Arbeit das Wissen über die bis jetzt nu...     »