Abstract Astrocytes represent one of the most abundant cell types in the central nervous system, and play an essential role in nearly all aspects of brain functions 1 . Recent studies have challenged the notion that cortical astrocytes are a uniform population, and have highlighted their diverse characteristics at the morphological, molecular, and functional levels 2-5 . However, how this diversity originates and establishes during cortical development, remains largely unknown. Using single-cell RNA sequencing, we identified five distinct astrocyte subtypes displaying unique spatial patterns in the mouse neocortex, and discovered essential regulators for their formation. Furthermore, we used TrackerSeq 6 , a method that integrates heritable DNA barcodes into the genome of electroporated progenitors, to track clonally related astrocytes, and identified two distinct lineages that give rise to the five astrocyte subtypes. The first lineage derives from Emx1 + multipotent progenitors that first generate neurons and then switch to produce cortical astrocytes. The second lineage stems from a fate-restricted progenitor population that exclusively gives rise to a specific subset of cortical astrocytes, marked by Olig2. The knockout of this gene in cortical progenitors is sufficient to promote a fate switch between the two lineages. These findings offer novel insights into the cellular mechanisms underlying astrocyte diversity, highlighting the presence of multiple progenitor subtypes, responsible for generating distinct subtypes of astrocytes.

Brains come in various sizes and shapes, yet how neuronal position constrains the type of circuits that they can form remains largely unknown. The spatial layout of anatomical structures with corresponding functions varies widely across species. Also, during evolution, anatomical structures have duplicated and then diverged to generate new circuits and functions. Thus, it is critical to understand how the position of neurons constrains their integration into circuits and, ultimately, their function. To address this question, we studied Eml1 knockout mice in which subsets of neocortical neurons form a new structure below the neocortex termed heterotopia (Ht). We examined how this new location affects the molecular identity, topography, input-output circuit connectivity, electrophysiology, and functional properties of these neurons. Our results reveal a striking conservation of the cellular features and circuit properties of Ht neurons, despite their abnormal location and misorientation. Supporting this observation, these neurons were able to functionally substitute for overlying necortical neurons in a behaviorally relevant task when the latter were optogenetically silenced. Hence, specific neuronal identities and associated function can be reproduced in altered anatomical settings, revealing a remarkable level of self-organization and adaptability of neocortical circuits.

In human, execution of unimanual movements requires lateralized activation of the primary motor cortex, which then transmits the motor command to the contralateral hand through the crossed corticospinal tract (CST). Mutations in NETRIN-1 alter motor control lateralization, leading to congenital mirror movements. To address the role of midline Netrin-1 on CST development and subsequent motor control, we analyzed the morphological and functional consequences of floor-plate Netrin-1 depletion in conditional knock-out mice (Shh::cre;Ntn1lox/lox mice). Here, we show that depletion of floor plate Netrin-1 critically disrupts midline crossing of the CST, whereas the other commissural systems are mostly preserved. The CST defect results in abnormal but functional ipsilateral projections, and is associated with abnormal symmetric movements. Therefore, our study reveals a new role for Netrin-1 in CST development. It also describes a unique mouse model recapitulating characteristics of human congenital mirror movements, through abnormal CST decussation.