ABSTRACT The regulation of stem cells plasticity and differentiation is still an open question in developmental biology. CBP (CREB-binding protein)/p300 is a conserved gene family which functions as a transcriptional co-activator and shows an important role in a wide range of cellular processes, such as cell death, DNA damage response and tumorigenesis. Moreover, CBPs have an acetyl transferase activity that is relevant as histone and non-histone acetylation results in changes in chromatin architecture and protein activity that affects gene expression. Many studies have shown the conserved functions of CBP/p300 on stem cell proliferation and differentiation. The planarian Schmidtea mediterranea is an excellent model to study in vivo the molecular mechanism underlying stem cell differentiation during regeneration. We have identified five different Smed-cbp genes in S. mediterranea that show different expression patterns. Functional analyses indicate that Smed-cbp-2 seems to be essential for stem cell maintenance and cell survival. On the other hand, the silencing of Smed-cbp-3 results in the growth of apparently normal blastemas; however, these remain largely depigmented and undifferentiated. Smed-cbp-3 silencing affects the differentiation of several cell lineages including neural, epidermal, digestive and excretory cell types. Finally, we have analyzed the predicted interactomes of CBP-2 and CBP-3 as an initial step to better understand their function on planarian stem cell biology.

Abstract Microplastics pose risks to marine organisms through ingestion, entanglement, and as carriers of toxic additives and environmental pollutants. Plastic pre-production pellet leachates have been shown to affect the development of sea urchins and, to some extent, mussels. The extent of those developmental effects on other animal phyla remains unknown. Here, we test the toxicity of environmental mixed nurdle samples and new PVC pellets for the embryonic development or asexual reproduction by regeneration of animals from all the major animal superphyla (Lophotrochozoa, Ecdysozoa, Deuterostomia and Cnidaria). Our results show diverse, concentration-dependent impacts in all the species sampled for new pellets, and for molluscs and deuterostomes for environmental samples. Embryo axial formation, cell specification and, specially, morphogenesis seem to be the main processes affected by plastic leachate exposure. Our study serves as a proof of principle for the potentially catastrophic effects that increasing plastic concentrations in the oceans and other ecosystems can have across animal populations from all major animal superphyla.

During sea urchin development, secretion of Nodal and BMP2/4 ligands and their antagonists Lefty and Chordin from a ventral organizer region specifies the ventral and dorsal territories. This process relies on a complex interplay between the Nodal and BMP pathways through numerous regulatory circuits. To decipher the interplay between these pathways, we used a combination of treatments with recombinant Nodal and BMP2/4 proteins and a computational modelling approach. We further developed a logical model focusing on cell responses to signalling inputs along the dorsal-ventral axis, which was extended to cover ligand diffusion and enable multicellular simulations. Our model simulations accurately recapitulate gene expression in wild type embryos, accounting for the specification of the three main ectodermal regions, namely ventral ectoderm, ciliary band and dorsal ectoderm. Our model further recapitulates various mutant phenotypes. Temporal analysis revealed the dominance of the BMP pathway over the Nodal pathway, and suggested that the rate of Smad activation governs D/V patterning of the embryo. These results indicate that a mutual antagonism between the Nodal and BMP2/4 pathways is the fundamental mechanism driving early dorsal-ventral patterning.

ABSTRACT Adult planarians can regenerate the gut, eyes, and even a functional brain in just a few days after injury. Proper regeneration of these complex structures requires that signals guide and restrict the commitment of their adult stem cells and ensure the identity and patterning of the newly formed structures. During embryogenesis of both vertebrates and invertebrates, LIM Homeodomain (LIM-HD) transcription factors act in a combinatorial ‘LIM code’ that controls crucial aspects of cell fate determination and cell differentiation, including specification of neuronal cell type identity and axonal guidance. So far, however, our understanding about the role these genes may play during regeneration is limited. Here, we report the identification and functional characterization of the full repertoire of LIM-HD genes in Schmidtea mediterranea . We found that these lim homeobox genes ( lhx ) appear mainly expressed in complementary patterns along the cephalic ganglia and digestive system of the planarian. By functional RNAi based analysis we have identified that several Smed-lhx genes ( islet1 , lhx1/5-1 , lhx2/9-3 , lhx6/8 , lmx1a/b-2 and lmx1a/b-3 ) are essential to pattern and size the planarian brain as well as for correct regeneration of specific subpopulations of dopaminergic, serotonergic, GABAergic and cholinergic neurons, while others ( Smed-lhx1/5.2 and Smed-lhx2/9.2 ) are required for the proper expression of diverse intestinal cell type markers, specifically the goblet subtype. LIM-HD are also involved in the control of axonal pathfinding ( lhx6/8 ), axial patterning ( islet1 and lmx1a/b-3 ), head/body proportions ( islet2 ) and stem cell proliferation ( lhx3/4 , lhx2/9-3 , lmx1a/b-2 and lmx1a/b-3 ) in planarians. Altogether, our results suggest that planarian LIM-HD could provide a combinatorial LIM code to control axial patterning, axonal growing as well as to specify distinct neuronal and intestinal cell identities during regeneration.