Role of the IgG superfamily receptor neogenin in the development of the mammalian olfactory system

Abstract

A investigação recente sobre a Neogenina, um receptor da superfamília das imunoglobulinas, tem implicado esta proteína na regulação de processos ligados ao desenvolvimento em contextos tão diversos como a formação das glândulas mamárias e o direccionamento axonal em vertebrados. Homóloga do receptor de Netrinas DCC (Deleted in Colorectal Cancer), a Neogenina tem afinidade para as Netrinas assim como para uma segunda família de ligandos, as RGM (Repulsive Guidance Molecules). Descrita inicialmente no contexto do direccionamento axonal no tracto visual da galinha, a Neogenina provou, neste sistema, ser um receptor para sinais repulsivos levando os axónios que exprimem Neogenina a ser repelidos quando em contacto com o ligando RGM. Foi demonstrado que a Neogenina também promove atracção axonal na presença de Netrina. Outras actividades da Neogenina têm que ver com morfogénese e proliferação e diferenciação celular. São de especial relevância para este trabalho os papéis deste receptor na regulação da proliferação e diferenciação neuronal assim como da sobrevivência neuronal em diferentes modelos vertebrados. Neste trabalho determinámos que a neogenina e o seu ligando rgmB são ambos exprimidos pelo epitélio olfactivo embrionário assim como pós-natal, em padrões complementares que sugerem interacções entre estas moléculas em diferentes estádios do desenvolvimento dos neurónios sensoriais olfactivos (NSO). A neogenina tem a sua expressão intensificada em duas fases temporalmente distintas do desenvolvimento dos NSO, com níveis de expressão elevados nos progenitores dos OSN e nos OSN diferenciados maturos, apresentando baixos níveis de expressão nos OSN imaturos. Tendo em consideração as actividades descritas para a Neogenina no desenvolvimento neuronal, este padrão de expressão sugere que esta proteína pode exercer funções diferentes em diferentes fases do desenvolvimento de um OSN. Nomeadamente, a expressão em células progenitoras sugere actividades relacionadas com proliferação/diferenciação, enquanto que a expressão nos NSO maturos sugere actividades relacionadas com sobrevivência/direccionamento axonal nestes neurónios.Adicionalmente, determinámos que a expressão de rgmB também é modulada ao longo do desenvolvimento do OSN de um modo pronunciadamente complementar ao da neogenina, com níveis de expressão baixos ou nulos ao nível das células progenitoras e dos NSO maturos e com elevados níveis de expressão nos NSO imaturos. Através de experiências de genética em ratinhos determinámos que a expressão da Neogenina é necessária para a produção de quantidades normais de NSO maturos. A nossa análise da proliferação e da apoptose no epitélio olfactivo sugere fortemente que a redução no número de NSO maturos observada numa linhagem de ratinhos deficiente para a neogenina tem a sua origem numa capacidade reduzida das células progenitoras de sair do ciclo celular e de se diferenciar e não num aumento da morte celular. Embora os nossos resultados quanto à expressão da Neogenina na população de NSO maturos sugiram um papel para este receptor no direccionamento axonal nestes neurónios, não encontrámos defeitos severos nas projecções do epitélio olfactivo de ratinhos deficientes para este receptor. No entanto, dados recentemente publicados sobre a linhagem de ratinhos analisada neste trabalho permitem-nos não pôr de lado desde já a possibilidade de que a Neogenina tem um papel relevante no direccionamento dos axónios dos NSO no seu trajecto para o bolbo olfactivo.

The IgG superfamily receptor Neogenin has been shown in the last years to be implicated in developmental processes as diverse as mammary gland formation and axon guidance in vertebrates. A homologue of the Netrin receptor Deleted in Colorectal Cancer (DCC), Neogenin binds Netrins as well as a second family of ligands, the repulsive guidance molecules (RGMs). Initially described in the context of axon guidance in the chick optic tract, Neogenin was found in this system to act as a repulsive cue receptor, leading to growth cone collapse and repulsion of Neogeninexpressing axons when presented with RGM ligand. Netrin-elicited axon attraction through Neogenin has since also been described. Other activities pertain to morphogenesis and cell proliferation and differentiation. Of special relevance for this work are the roles shown for Neogenin in regulating neuron proliferation and differentiation as well as neuronal survival in diverse vertebrate model organisms. We have found that neogenin and its ligand rgmB are both expressed in the developing and the postnatal olfactory epithelium in complementary patterns suggestive of interplay at different stages of olfactory sensory neuron (OSN) development. Neogenin was found to be upregulated at different stages of OSN development, with high levels of expression in OSN progenitor cells, low levels in immature OSNs and high levels in differentiated mature OSNs. In the light of the known roles described for Neogenin in neuronal development, this pattern of expression suggests that Neogenin might fulfil different functions in the same OSNlineage cell at different phases of its development. Namely, expression in OSN progenitor cells suggests proliferation-/differentiation-related activity, whereas expression in mature OSNs suggests survival-/axon guidance-activity. RgmB was found to also have its expression modulated during OSN development in striking complementarity with Neogenin, with low or absent expression in progenitor cells of the OE and mature OSNs and high levels of expression in the immature OSN population. Through mouse genetics experiments we have found that Neogenin expression is necessary for generation of normal numbers of mature OSNs. Our investigation of proliferation and cell death in the OE strongly suggests that the reduction in mature OSN numbers in a mouse model deficient in Neogenin expression stems from decreased ability of progenitor cells to exit the cell cycle and differentiate, rather than from increased cell death. Although our results pertaining to the fine expression pattern of Neogenin in mature OSNs suggest that this receptor may function in the context of axon guidance in these cells, we have not found major olfactory axon targeting defects in the genetrap mouse line analyzed. Recent data published on this mouse line allows us to still consider a relevant role for Neogenin in OSN axon guidance a likely possibility.