Brain development requires correct tissue patterning and production of appropriate cell types. Transcription factors (TFs) play essential roles in these processes, regulating the expression of target genes responsible for neuronal subtypes specific features. Cell adhesion molecules are key components of neuronal identities that control cell sorting, migration, neurite outgrowth/guidance and synaptogenesis. To date, the link between TFs and cell adhesion molecules is considered to be unidirectional. Here, we demonstrate that ectopic expression of Dbx1 leads to spatio-temporally restricted increased expression of Pcdh8 and cell aggregation, together with changes in neuronal identity. Surprisingly, Pcdh8 overexpression also induces Dbx1 expression as well as a complete reorganisation of apico-basal polarity and dorso-ventral patterning via Notch signalling. Altogether, our work therefore points to cell adhesion molecules as unexpected, yet important, players in the regulation of cell identity and, in particular, Pcdh8 through its bidirectional interaction with the Dbx1 transcription factor.

Abstract Commonly expressed at developmental transitions, microRNAs operate as fine tuners of gene expression to facilitate cell fate acquisition and lineage segregation. Nevertheless, how they might regulate the earliest developmental transitions in early mammalian embryogenesis remains obscure. Here, in a strictly in vivo approach based on novel genetically-engineered mouse models and single-cell RNA sequencing, we identify miR-203 as a critical regulator of timing and cell fate restriction within the totipotency to pluripotency transition in mouse embryos. Genetically engineered mouse models show that loss of miR-203 slows down developmental timing during preimplantation leading to the accumulation of embryos with high expression of totipotency-associated markers, including MERVL endogenous retroviral elements. A new embryonic reporter (eE-Reporter) transgenic mouse carrying MERVL-Tomato and Sox2-GFP transgenes showed that lack of miR-203 leads to sustained expression of MERVL and reduced Sox2 expression in preimplantation developmental stages. A combination of single-cell transcriptional studies and epigenetic analyses identified the central coactivator and histone acetyltransferase P300 as a major miR-203 target at the totipotency to pluripotency transition in vivo. By fine tuning P300 levels, miR-203 carves the epigenetic rewiring process needed for this developmental transition, allowing a timely and correctly paced development.

Abstract Autosomal Recessive Primary Microcephaly (MCPH) is a rare disease associated to proteins involved in centrosomal and spindle dynamics including Cep135 (MCPH8). Although Cep135 has been associated to centriolar assembly, the mechanisms associated to the pathogenesis underlying MCPH8 mutations are unclear. By using a series of CRISPR/Cas9-edited murine Cep135 alleles, we report here that lack of Cep135 results in perinatal lethality accompanied by significant microcephaly in a dosis-dependent manner. Cep135 deficiency, but not that of other centrosomal microcephaly proteins such as Aspm or Cdk5rap2, induces centrosome duplication defects, and perturbed centriole structure and dynamics. Whereas other cell types are able to quickly adapt to these defects, neural progenitors display a prolonged response leading to chromosomal instability and cell death in later developmental stages. Genetic ablation of Trp53 in these mutant embryos prevents apoptotic cell death but does not rescue the microcephaly induced by Cep135 loss. These results suggest that microcephaly can arise from the lack of adaptation to centriole defects in neural progenitors of the developing neocortex in a p53-independent manner.

Abstract The AKT-mTOR pathway is a central regulator of cell growth and metabolism. Upon sustained mTOR activity, AKT activity is attenuated by a feedback loop that restrains upstream signaling. However, how cells control the signals that limit AKT activity is not fully understood. Here we show that MASTL/Greatwall, a cell-cycle kinase that supports mitosis by phosphorylating the PP2A/B55 inhibitors ENSA/ARPP19, inhibits PI3K-AKT activity by sustaining mTORC1- and S6K1-dependent phosphorylation of IRS1 and GRB10. Genetic depletion of MASTL results in an inefficient feedback loop and AKT hyperactivity. These defects are rescued by expression of phospho-mimetic ENSA/ARPP19 or inhibition of PP2A/B55 phosphatases. MASTL is directly phosphorylated by mTORC1, thereby limiting the PP2A/B55-dependent dephosphorylation of IRS1 and GRB10 downstream of mTORC1. Downregulation of MASTL results in increased glucose uptake in vitro and increased glucose tolerance in adult mice, suggesting the relevance of the MASTL-PP2A/B55 kinase-phosphatase module in controlling AKT and maintaining metabolic homeostasis.