Etv4 and Etv5 transcription factors as mediators of neurotrophic factor signaling and development

El preciso desarrollo de las conexiones neuronales es esencial para el correcto funcionamiento del sistema nervioso, y la falta de precisión en este proceso está asociada al desarrollo de diferentes patologías. La formación de los circuitos neuronales depende de la interacción de factores celulares intrínsecos y extrínsecos, que regulan la transmisión de la información en el sistema nervioso. Entre estos, los factores neurotróficos (FN) cumplen roles esenciales en el mantenimiento y sobrevida, crecimiento dendrítico y axonal, sinaptogénesis y plasticidad sináptica de distintas poblaciones neuronales del sistema nervioso central y periférico. Para ello estos factores inducen la expresión de programas transcripcionales específicos implicados en el desarrollo neuronal. Durante los últimos años, las evidencias indican que diversos aspectos del desarrollo neuronal están dirigidos por la expresión de combinaciones específicas de factores transcripcionales. Es por ello que uno de los desafíos de la neurobiología del desarrollo es entender como múltiples señales son integradas por las neuronas en programas transcripcionales que generan patrones específicos de conectividad. El objetivo general de este proyecto es identificar nuevos elementos de los programas transcripcionales y vías de señalización disparadas por los factores neurotróficos, para controlar la conectividad de distintas poblaciones neuronales del sistema nervioso central y periférico. Con el objeto de identificar genes involucrados en la diferenciación neuronal hemos realizado ensayos de expresión génica diferencial en un modelo celular análogo a neuroblastos en proliferación, que en presencia del factor de crecimiento nervioso (NGF, nerve growth factor) detienen su división celular y adquieren un fenotipo neuronal. Este ensayo permitió identificar dos genes que codifican para dos factores de transcripción denominados: Etv4 (también conocido como E1AF o Pea3) y Etv5 (también conocido como Erm) que son inducidos por NGF. En la primera sección de este trabajo demostramos que estos dos miembros de la familia Pea3 son expresados en neuronas sensoriales que responden a NGF durante el período de inervación cutánea y son inducidos local y distalmente por esta neurotrofina. Ensayos de pérdida y ganancia de función para Etv4 o Etv5, indicaron que estos factores son esenciales en el crecimiento neurítico de las neuronas sensoriales inducidas por NGF sugiriendo que estos factores cumplen un rol fisiológico durante el período de inervación periférica inducida por esta neurotrofina. En este trabajo también mostramos que Etv4 y Etv5 son expresados en neuronas hipocampales de las áreas CA1, CA3 y el giro dentado. Describimos que estos factores son inducidos en neuronas hipocampales cultivadas en respuesta al factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF, brain derived neurotrofic factor) y utilizando ensayos de inmunoprecipitación in vivo, mostramos que Etv4 y Etv5 interactúan en el hipocampo. Análisis in vitro de pérdida y ganancia de función indicaron que estos factores median los efectos de crecimiento y ramificación del árbol dendrítico disparados por la neurotrofina BDNF en neuronas hipocampales. El estudio de animales deficientes para Etv4 y Etv5 evidenció un importante rol de estos factores transcripcionales en el desarrollo de la conectividad neuronal hipocampal. En resúmen, nuestros resultados demuestran que Etv4 y Etv5 son moleculas esenciales del programa transcripcional disparado por neurotrofinas que llevan al correcto establecimiento de las conexiones neuronales.Construction of the neural networks depends largely on the precision with which neuronal circuits are established during development. The accuracy of this process is fundamental for normal nervous system function and its aberrant connectivity leads to nervous system disorders. The accuracy of this process depends on the combined actions of extrinsic and intrinsic factors. Between them, neurotrophic factors play key roles in the maintenance and survival of different neuronal populations, dendritic and axonal sprouting, synaptogenesis and synaptic plasticity in the peripheral and central nervous system. To this end, the soluble factors induce the expression of specific transcriptional programs involved in neuronal development. In recent years, the evidence indicates that several aspects of neural development are driven by the expression of specific combinations of transcription factors. Identifying the transcriptional programs and signalling pathways triggered by extracellular cues that control neuronal circuit formation will be of great importance in order to be able to decipher and understand the functioning of mature nervous system. Our general aim focus on the identification of transcriptional programs and signaling pathways triggered by extracellular cues, such as neurotrophic factors, to control the connectivity between specific populations of central and peripheral neurons. In order to identify genes involved in neuronal differentiation and proliferation of neuronal precursors we performed differential gene expression assays in a cellular model analogous to proliferating neuroblasts which in the presence of nerve growth factor (NGF) stops cell division and acquire a neuronal phenotype. This assay allowed us to identify, among others, genes encoding two transcription factors named Etv4 (also known as E1AF, E1A enhancer binding protein) and Etv5 (also known as Erm, ETS related molecule). In this thesis we studied the role of Etv4 and Etv5 in the development of different neuronal type, in central or peripheral nervous system. In the first part of this work we demonstrate that this two members of the Pea3 family are expressed in sensory neurons positive for the NGF receptor, TrkA, during the period of cutaneous innervation and are induced by this neurotrophin. Lost and gain of function assays for Etv4 and Etv5 indicated that these factors are essential for the neurite growth of sensory neurons induced by NGF, suggesting that these factors play a physiological role during the period of peripheral innervation induced by this neurotrophin. In this work we also present data that demonstrate that Etv4 and Etv5 are expressed by CA1, CA3 hippocampal neurons and cells from the dentate gyrus. We describe that these transcriptional factors are induced in hippocampal neuron cultures in response to brain derived neurotrophc factor (BDNF) and immunoprecipitation assays from hippocampus showed that Etv4 and Etv5 interacts in vivo. Moreover, in vitro, lost and gain of function assays indicated that these factors mediate dendrite branching and outgrowth triggered by the BDNF in hippocampal neurons. Animals deficient in Etv4 evidenced a crucial role of it in the development of hippocampal connectivity. In summary, our results demonstrate that Etv4 and Etv5 are essential molecules of the transcriptional program triggered by neurotrophins that leads to the correct establishment of the neuronal connections.Fil:Fontanet, Paula A.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina