Integration of SHH and WNT pathways controls morphogenesis of the CNS.

Abstract

[eng] Dorsoventral patterning of the vertebrate nervous system is achieved by the combined activity of morphogenetic signals secreted from dorsal and ventral signalling centres. The Shh/Gli pathway plays a major role in patterning the ventral neural tube; however, the molecular mechanisms that limit target gene responses to specific progenitor domains remain unclear. Here, we show that Wnt1 and Wnt3a, by signalling through the canonical β-catenin/Tcf pathway, control expression of dorsal genes and suppression of the ventral programme, and that this role in DV patterning depends on Gli activity. Additionally, we show that Gli3 expression is controlled by Wnt activity. Identification and characterization of highly conserved non-coding DNA regions around the human Gli3 gene revealed the presence of transcriptionally active Tcf-binding sequences. These indicated that dorsal Gli3 expression might be directly regulated by canonical Wnt activity. In turn, Gli3, by acting as a transcriptional repressor, restricted graded Shh/Gli ventral activity to properly pattern the spinal cord. Additionally, the Wnt canonical pathway and Hedgehog signalling have been linked to cell proliferation in a variety of systems, however interaction of these pathways to control cell cycle progression have not been studied. In the developing vertebrate nervous system, although Shh and Wnt ligands are expressed at the opposite ventral and dorsal signalling centres, reports demonstrate that proliferation of neural progenitors require both activities throughout the dorsoventral axis. Here we demonstrate the integration of both pathways to control the length of G1 phase, and the absolute requirement of an upstream Hedgehog activity for the Wnt-mediated regulation of the key cell cycle activator CyclinD1 expression and for G1 progression. Although Wnt canonical activity appeared restricted to the control of G1 phase, Hedgehog activity additionally regulates the length of G2 phase through the regulation of ate cell cycle activators such as CyclinA2 and CyclinB2/3. These findings support a key role for Hedgehog in growth control, as a regulator of G1 and G2 phases of cell cycle and importantly as an upstream regulator of the canonical Wnt activity.

[spa] "La integración de las vías de señalización de Shh y Wnt controla la morfogénesis del SNC". La formación del patrón dorsoventral del sistema nervioso central en vertebrados está controlada por la acción de señales morfogenéticas. Estas señales son secretadas por centros de señalización situados en el extremo dorsal, ectodermo y placa del techo, y ventral, notocorda y placa del suelo, del tubo neural. La vía de señalización de Shh/Gli juega un papel principal en el establecimiento temprano de la región ventral del tubo neural. Sin embargo, los mecanismos moleculares que restringen la expresión de los genes responsables de establecer este patrón a un dominio concreto no son del todo conocidos. En este trabajo mostramos que las señales morphogenéticas Wnt1 y Wnt3a, activando la vía de señalización canónica mediada por β-catenina/Tcf, regulan la expresión de genes dorsales y reprimen el programa ventral, mediante un mecanismo que depende de la actividad Gli. Además, mostramos que la expresión de Gli3 está controlada por la vía de Wnt. La identificación y caracterización de regiones no codificantes altamente conservadas alrededor del locus de Gli3 humano revela que contienen sitios de unión consenso para los factores Tcf/Lef-1 activos. Esto indica que la expresión dorsal de Gli3 está controlada directamente por la actividad de la vía canónica de Wnt. A su vez, Gli3, actuando como un represor transcripcional, restringe la actividad del gradiente ventral Shh/Gli para establecer el patrón dorsoventral del tubo neural correctamente. Por otro lado, las vías canónicas de señalización celular de Wnt y Hedgehog regulan la proliferación celular en varios contextos de forma conjunta, Sin embargo, posiblesm interacciones de estas vías de señalización en el control del ciclo celular no han siso estudiadas. Durante el desarrollo del sistema nervioso de vertebrados, aunque las proteínas Shh y Wnts se expresan en extremos dorso-ventralmente opuestos del tubo neural, varios trabajos demuestran que la proliferación de los progenitores neuronales requiere ambas actividades a lo largo de todo el eje dorsoventral. En este trabajo, demostramos que es necesaria la integración de ambas vías de señalización para controlar la duración de la fase G1 del ciclo celular. Además, mostramos el requerimiento de la actividad Hedgehog para la regulación mediada por Wnt de la expresión del activador de ciclo celular ciclina D1, componente clave para la progresión a través de G1. Aunque la actividad de la vía canónica de Wnt se limita al control de la transición G1/S, adicionalmente, la actividad Hedgehog regula la duración de la fase G2 mediante la regulación de las ciclinas de fase G2 ciclina A2 y Ciclinas B2/B3. En conjunto, estos resultados proponen un papel fundamental en el control del crecimiento para la actividad Shh/Gli como reguladora de las fases G1 y G2 del ciclo celular y además como reguladora por encima de la actividad canónica de Wnt.