Abstract Establishment and maintenance of apical-basal polarity is a fundamental step in brain development, instructing the organization of neural progenitor cells (NPCs) and the developing cerebral cortex. Particularly, basally located extracellular matrix (ECM) is crucial for this process. In vitro, epithelial polarization can be achieved via endogenous ECM production, or exogenous ECM supplementation. While neuroepithelial development is recapitulated in cerebral organoids, the effects of different ECM sources in tissue morphogenesis remain unexplored. Here, we show that exposure to exogenous ECM at early neuroepithelial stages causes rapid tissue polarization and complete rearrangement of neuroepithelial architecture within 3 days. In unexposed cultures, endogenous ECM production by NPCs results in gradual polarity acquisition over an extended time. After the onset of neurogenesis, tissue architecture and neuronal differentiation are largely independent of the initial ECM source. These results advance the knowledge on neuroepithelial biology in vitro, with a focus on mechanisms of exogenously- and endogenously-guided morphogenesis. They demonstrate the self-sustainability of neuroepithelial cultures by endogenous processes, prompting an urgent reassessment of indiscriminate use of exogenous ECM in these model systems.

Abstract Diverse modes of cell migration shape organisms in health and disease and much research has focused on the role of intracellular and extracellular components in different cell migration phenomena. What is less explored, however, is how the arrangement of the underlying extracellular matrix that many cells move upon in vivo influences migration. Combining novel transgenic lines and image analysis pipelines, reveals that during zebrafish optic cup formation cells use cryptopodia-like protrusions to migrate collectively and actively over a topologically changing matrix. These changing topologies correspond to different cell-matrix interactions. Interference with matrix topology results in loss of cryptopodia and inefficient migration. Thus, matrix topology influences the efficiency of directed collective cell migration during eye morphogenesis, a concept likely conserved in other developmental and disease contexts. One-Sentence Summary Dynamic cell-matrix interactions, crucial for successful collective rim cell migration, rely on extracellular matrix topologies during optic cup development in vivo .

During development of the human cerebral cortex, multipotent neural progenitors generate excitatory neurons and glial cells. Investigations of the transcriptome and epigenome have revealed important gene regulatory networks underlying this crucial developmental event. However, the post-transcriptional control of gene expression and protein abundance during human corticogenesis remains poorly understood. We addressed this issue by using human telencephalic brain organoids grown using a dual reporter cell line to isolate neural progenitors and neurons and performed cell class and developmental stage-specific transcriptome and proteome analysis. Integrating the two datasets revealed modules of gene expression during human corticogenesis. Investigation of one such module uncovered mTOR-mediated regulation of translation of the 5’TOP element-enriched translation machinery in early progenitor cells. We show that in early progenitors partial inhibition of the translation of ribosomal genes prevents precocious translation of differentiation markers. Overall, our multiomics approach reveals novel posttranscriptional regulatory mechanisms crucial for the fidelity of cortical development.

Abstract Mutations in ARID1B , a member of the mSWI/SNF complex, cause severe neurodevelopmental phenotypes with elusive mechanisms in humans. The most common structural abnormality in the brain of ARID1B patients is agenesis of the corpus callosum (ACC). This condition is characterized by a partial or complete absence of the corpus callosum (CC), an interhemispheric white matter tract that connects distant cortical regions. Using human neural organoids, we identify a vulnerability of callosal projection neurons (CPNs) to ARID1B haploinsufficiency, resulting in abnormal maturation trajectories and dysregulation of transcriptional programs of CC development. Through a novel in vitro model of the CC tract, we demonstrate that ARID1B mutations reduce the proportion of CPNs capable of forming long-range projections, leading to structural underconnectivity phenotypes. Our study uncovers new functions of the mSWI/SNF during human corticogenesis, identifying cell-autonomous defects in axonogenesis as a cause of ACC in ARID1B patients. Abstract Figure Graphical abstract Human callosal projection neurons are vulnerable to ARID1B haploinsufficiency. (Top) During healthy development, callosal projection neurons (CPNs) project long interhemispheric axons, forming the corpus callosum (CC) tract, which can be modeled in vitro . (Bottom) In ARID1B patients, transcriptional dysregulation of genetic programs of CC development reduces the formation of long-range projections from CPNs, causing CC agenesis in vivo and underconnectivity phenotypes in vitro .

The expansion of the mammalian brain is associated with specific developmental processes; however, not much is known about how evolutionary changes participated in the acquisition of human brain traits during early developmental stages. Here we investigated whether enhancers active during the phylotypic stage show human-specific genomic divergence which could contribute to the evolutionary expansion of the forebrain. Notably, we identified an active enhancer containing a human accelerated region (HAR) located in the Chromosome 14q12, a region enriched with neurodevelopmental genes, such as Foxg1, Nkx2.1 and Nova1. Reporter analysis revealed that the human variant is active in the forebrain in transgenic mice and that it has stronger enhancer activity than the mouse or chimpanzee versions. Humanization of the mouse enhancer variant in transgenic mice and in mouse organoids resulted in an expansion of Foxg1 expressing domains in the forebrain early neural progenitors with a bias towards dorsal identities. Overall, our results suggest that human-specific mutations in critical regulatory elements controlling early brain development impact the expansion and patterning of the forebrain.

Background: Microvillus inclusion disease (MVID) is a life threatening enteropathy characterised by perpetual diarrhoea. Recent analysis has revealed that enterocytes in MVID patients exhibit reduction of microvilli, presence of microvillus inclusion bodies and intestinal villus atrophy. Genetic linkage analysis has identified mutations in myosin Vb gene as the main cause of MVID. An animal model that develops ex-utero and is tractable genetically as well as by microscopy would be highly useful to study the cellular basis of the formation of inclusion bodies. Results: Here we report that the intestine of the zebrafish goosepimples (gsp)/myosin Vb (myoVb) mutant show severe reduction in the intestinal folds- structures similar to mammalian villi. The loss of folds is further correlated with changes in the shape of enterocytes. In a striking similarity with MVID patients, zebrafish gsp/myoVb mutant larvae exhibit microvillus atrophy, microvillus inclusions and accumulation of secretory material in enterocytes. Conclusion: We propose that the zebrafish gsp/myoVb mutant is a valuable model to study the pathophysiology of MVID. Owing to the advantages of zebrafish in screening libraries of small molecules, the gsp mutant will be an appropriate tool to identify compounds that would alleviate the formation of microvillus inclusions and have therapeutic value.

Abstract Organ formation is a multi-scale event that involves changes at the intracellular, cellular and tissue level. Organogenesis often starts with the formation of characteristically shaped organ precursors. However, the cellular mechanisms driving organ precursor formation are often not clear. Here, using zebrafish, we investigate the epithelial rearrangements responsible for the development of the hemispherical retinal neuroepithelium (RNE), a part of the optic cup. We show that in addition to basal shrinkage of RNE cells, active migration of connected epithelial cells into the RNE is a crucial player in its formation. This cellular movement is driven by progressive cell-matrix contacts and actively translocates prospective RNE cells to their correct location before they adopt neuroepithelial fate. Failure of this migration during neuroepithelium formation leads to ectopic determination of RNE cells and consequently impairs optic cup formation. Overall, this study illustrates how spatiotemporal coordination between morphogenic movements and fate determination critically influences organogenesis.