Abstract

 Microtubule-dependent motor, murine KIF3B, was disrupted by gene targeting. The null mutants did not survive beyond midgestation, exhibiting growth retardation, pericardial sac ballooning, and neural tube disorganization. Prominently, the left–right asymmetry was randomized in the heart loop and the direction of embryonic turning. lefty-2 expression was either bilateral or absent. Furthermore, the node lacked monocilia while the basal bodies were present. Immunocytochemistry revealed KIF3B localization in wild-type nodal cilia. Video microscopy showed that these cilia were motile and generated a leftward flow. These data suggest that KIF3B is essential for the left–right determination through intraciliary transportation of materials for ciliogenesis of motile primary cilia that could produce a gradient of putative morphogen along the left–right axis in the node.

Abstract

 Mouse kif5B gene was disrupted by homologous recombination. kif5B^−/− mice were embryonic lethal with a severe growth retardation at 9.5–11.5 days postcoitum. To analyze the significance of this conventional kinesin heavy chain in organelle transport, we studied the distribution of major organelles in the extraembryonic cells. The null mutant cells impaired lysosomal dispersion, while brefeldin A could normally induce the breakdown of their Golgi apparatus. More prominently, their mitochondria abnormally clustered in the perinuclear region. This mitochondrial phenotype was reversed by an exogeneous expression of KIF5B, and a subcellular fractionation revealed that KIF5B is associated with mitochondria. These data collectively indicate that kinesin is essential for mitochondrial and lysosomal dispersion rather than for the Golgi-to-ER traffic in these cells.

KIF3A is a classical member of the kinesin superfamily proteins (KIFs), ubiquitously expressed although predominantly in neural tissues, and which forms a heterotrimeric KIF3 complex with KIF3B or KIF3C and an associated protein, KAP3. To elucidate the function of the kif3A gene in vivo, we made kif3A knockout mice. kif3A−/− embryos displayed severe developmental abnormalities characterized by neural tube degeneration and mesodermal and caudal dysgenesis and died during the midgestational period at ∼10.5 dpc (days post coitum), possibly resulting from cardiovascular insufficiency. Whole mount in situ hybridization of Pax6 revealed a normal pattern while staining by sonic hedgehog (shh) and Brachyury (T) exhibited abnormal patterns in the anterior-posterior (A-P) direction at both mesencephalic and thoracic levels. These results suggest that KIF3A might be involved in mesodermal patterning and in turn neurogenesis.

We examined the nodal flow of well-characterized mouse mutants, inversus viscerum (iv) and inversion of embryonic turning (inv), and found that their laterality defects are always accompanied by an abnormality in nodal flow. In a randomized laterality mutant, iv, the nodal cilia were immotile and the nodal flow was absent. In a situs inversus mutant, inv, the nodal cilia was motile but could only produce very weak leftward nodal flow. These results consistently support our hypothesis that the nodal flow produces the gradient of putative morphogen and triggers the first L–R determination event.

Distinguishing Right from Left In most vertebrates during embryonic development, rotational movement of the cilia within a structure in the embryo, known as the node, generates unidirectional flow required for future left-right asymmetry of the internal organs. The flow may transport a determinant molecule or provide mechanical force. However, it is not clear how the flow is sensed. Yoshiba et al. (p. 226 , published online 13 September; see the Perspective by Norris and Grimes ) show that nodal flow in mouse embryos is sensed by the cilia of perinodal cells located at the edge of the node, in a manner dependent on Pkd2, a Ca 2+ -permeable cation channel that has been implicated in polycystic kidney disease in humans.

ABSTRACT Analysis of the dynamics of adenosine triphosphate (ATP) is vital to quantitatively define the actual roles of ATP in biological activities. Here, we applied a genetically encoded Förster resonance energy transfer biosensor “GO-ATeam” and created a transgenic mouse model that allows systemic ATP levels to be quantitatively, sensitively, noninvasively, and spatiotemporally measured under physiological and pathological conditions. We used this model to readily conduct intravital imaging of ATP dynamics under three different conditions: during exercise, in all organs and cells; during myocardial infarction progression; and in response to the application of cardiotoxic drugs. These findings provide compelling evidence that the GO-ATeam mouse model is a powerful tool to investigate the multifarious functions of cellular ATP in vivo with unprecedented spatiotemporal resolution in real-time. This will inform predictions of molecular and morphological responses to perturbations of ATP levels, as well as the elucidation of physiological mechanisms that control ATP homeostasis. One Sentence Summary Intravital real-time imaging of ATP dynamics in multiple organs using GO-ATeam mice, can be used to quantitatively, sensitively, noninvasively, and spatiotemporally measure systemic ATP levels and provide a platform for preclinical pharmacological studies.

Abstract Leishmania species, members of the kinetoplastid parasites, cause leishmaniasis, a neglected tropical disease, in millions of people worldwide. Leishmania has a complex life cycle with multiple developmental forms, as it cycles between a sand fly vector and a mammalian host; understanding their life cycle is critical to understanding disease spread. One of the key life cycle stages is the haptomonad form, which attaches to insect tissues through its flagellum. This adhesion, conserved across kinetoplastid parasites, is implicated in having an important function within their life cycles and hence in disease transmission. Here, we discover the kinetoplastid-insect adhesion proteins (KIAPs), which localise in the attached Leishmania flagellum. Deletion of these KIAPs impairs cell adhesion in vitro and prevents Leishmania from colonising the stomodeal valve in the sand fly, without affecting cell growth. Additionally, loss of parasite adhesion in the sand fly results in reduced physiological changes to the fly, with no observable damage of the stomodeal valve and reduced midgut swelling. These results provide important insights into a comprehensive understanding of the Leishmania life cycle, which will be critical for developing transmission-blocking strategies.

Summary The dorsal telencephalon (i.e. the pallium) exhibits high anatomical diversity across vertebrate classes. The mammalian dorsal pallium accommodates a six layered-structure, the neocortex, whereas the teleostean dorsal pallium possesses various compartmentalized structures among species. The development, function and evolution of the fish dorsal pallium remain unillustrated. Here, we analyzed the structure and epigenetic landscapes of cell lineages in the telencephalon of medaka fish ( Oryzias latipes ) which possesses a clearly delineated dorsal pallium (the Dd2 region). We found that different pallial regions, including Dd2, are formed by mutually exclusive clonal units, and that each pallium compartment exhibits a distinct epigenetic landscape. In particular, Dd2 possesses a unique open chromatin pattern that preferentially targets synapse-related genes. Indeed, Dd2 shows a high density of synapses, which might reflect strong plasticity. Finally, we identified several transcription factors as candidate regulators for the Dd2, which are partially shared with the human neocortex and hippocampus.

Abstract Attachment to a substrate to maintain position in a specific ecological niche is a common strategy across biology, especially for eukaryotic parasites. During development in the sand fly vector, the eukaryotic parasite Leishmania adheres to the stomodeal valve, as the specialised haptomonad form. Dissection of haptomonad adhesion is a critical step for understanding parasite transmission. Nevertheless, haptomonad studies are limited, as this is a technically challenging life cycle form to investigate. Here, we have combined three-dimensional electron microscopy approaches, including serial block face scanning electron microscopy (SBFSEM) and serial tomography to dissect the organisation and architecture of haptomonads in the sand fly. We showed that the attachment plaque contains distinct structural elements. Using time-lapse light microscopy, we identified five stages of haptomonad differentiation, and showed that calcium is necessary for haptomonad adhesion to the surface. This study provides the structural and regulatory foundations of the haptomonad form, which are critical for a holistic understanding of Leishmania transmission.