Abstract Proliferation and migration during adult neurogenesis are regulated by a microenvironment of signaling molecules originating from local vasculature, from cerebrospinal fluid produced by the choroid plexus, and from local supporting cells including astrocytes. Here, we focus on the function of OTX2 homeoprotein transcription factor in the mouse adult ventricular-subventricular zone (V-SVZ) which generates olfactory bulb neurons. We find that OTX2 secreted by choroid plexus is transferred to supporting cells of the V-SVZ and rostral migratory stream. Deletion of Otx2 in choroid plexus affects neuroblast migration and reduces the number of olfactory bulb newborn neurons. Adult neurogenesis was also decreased by expressing secreted single-chain antibodies to sequester OTX2 in the cerebrospinal fluid, demonstrating the importance of non-cell autonomous OTX2. We show that OTX2 activity modifies extracellular matrix components and signaling molecules produced by supporting astrocytes. Thus, we reveal a multi-level and non-cell autonomous role of a homeoprotein and reinforce the choroid plexus and astrocytes as key niche compartments affecting adult neurogenesis. Significance Statement Cerebrospinal fluid, local vasculature and non-neurogenic astrocytes are niche compartments that provide a microenvironment for regulating adult mouse neurogenesis. We show that OTX2 homeoprotein secreted by choroid plexus into the cerebrospinal fluid is transferred into non-neurogenic astrocytes of the ventricular-subventricular zone and rostral migratory stream where it regulates extracellular matrix and signaling factors. This non-cell-autonomous activity impacts the number of newborn neurons that integrate the olfactory bulb. Thus, we reveal a multi-level role for OTX2 and reinforce the choroid plexus as a key niche compartment affecting adult neurogenesis.

Abstract Choroid plexus secretes cerebrospinal fluid important for brain development and homeostasis. The OTX2 homeoprotein is critical for choroid plexus development and remains highly expressed in adult choroid plexus. Through RNA sequencing analyses of constitutive and conditional knockdown adult mouse models, we reveal putative roles for OTX2 in choroid plexus function, including cell signaling and adhesion, and show that it regulates the expression of factors secreted into cerebrospinal fluid, notably transthyretin. We show that Otx2 expression impacts choroid plexus immune and stress responses, and also affects splicing which leads to changes in mRNA isoforms of proteins implicated in oxidative stress response and DNA repair. Through mass spectrometry analysis of OTX2 protein partners in the choroid plexus, and in known non-cell autonomous target regions such as visual cortex and ventricular-subventricular zone, we identified putative targets involved in cell adhesion, chromatin structure and RNA processing. Thus, OTX2 retains important roles in choroid plexus function and brain homeostasis throughout life.

Abstract Regeneration is the process by which many animals are able to restore lost or injured body parts. After amputation of the posterior part of its body, the annelid Platynereis dumerilii is able to regenerate the pygidium, the posteriormost part of its body that bears the anus, and a subterminal growth zone containing stem cells that allows the subsequent addition of new segments. The ability to regenerate their posterior part (posterior regeneration) is promoted in juvenile worms by a hormone produced by the brain and is lost when this hormonal activity becomes low at the time the worms undergo their sexual maturation. By characterizing posterior regeneration at the morphological and molecular levels in worms that have been decapitated, we show that the presence of the head is essential for multiple aspects of posterior regeneration, as well as for the subsequent production of new segments. We also show that methylfarnesoate, the molecule proposed to be the brain hormone, can partially rescue the posterior regeneration defects observed in decapitated worms. Our results are therefore consistent with a key role of brain hormonal activity in the control of regeneration and growth in P. dumerilii , and support the hypothesis of the involvement of methylfarnesoate in this control.

ABSTRACT Background Methylation of cytosines in DNA (5mC methylation) is a major epigenetic modification that modulates gene expression and is important for embryonic development and cell reprogramming in vertebrates. In mammals, 5mC methylation in promoter regions is linked to transcriptional repression. Transcription regulation by 5mC methylation notably involves the Nucleosome Remodeling and Deacetylase complex (NuRD complex) which bridges DNA methylation and histone modifications. Less is known about roles and mechanisms of 5mC methylation in non-vertebrate animals. In this paper, we study 5mC methylation in the marine annelid worm Platynereis dumerilii, an emerging evolutionary and developmental biology model capable of regenerating the posterior part of its body upon amputation. The regenerated region includes both differentiated structures and a growth zone consisting of stem cells required for the continuous growth of the worm. Results Using in silico and experimental approaches, we show that P. dumerilii displays a high level of DNA methylation comparable to that of mammalian somatic cells. 5mC methylation in P. dumerilii is dynamic along the life cycle of the animal and markedly decreases at the transition between larval to post-larval stages. We identify a full repertoire of mainly singlecopy genes encoding the machinery associated to 5mC methylation or members of the NuRD complex in P. dumerilii and show, through phylogenetic analyses, that this repertoire is close to the one inferred for the last common ancestor of bilaterians. These genes are dynamically expressed during P. dumerilii development, growth and regeneration. Treatment with the DNA hypomethylating agent Decitabine, impairs P. dumerilii larval development and regeneration, and has long-term effects on post-regenerative growth by affecting the functionality of stem cells of the growth zone. Conclusions Our data indicate high-level of 5mC methylation in the annelid P. dumerilii, highlighting that this feature is not specific to vertebrates in the bilaterian clade. Analysis of DNA methylation levels and machinery gene expression during development and regeneration, as well as the use of a chemical inhibitor of DNA methylation, suggest an involvement of 5mC methylation in P. dumerilii development, regeneration and stem cell-based post-regenerative growth. We also present data indicating that P. dumerilii constitutes a promising model to study biological roles and mechanisms of DNA methylation in non-vertebrate bilaterians and to provide new knowledge about evolution of the functions of this key epigenetic modification in bilaterian animals.

Regeneration, the ability to restore body parts after an injury or an amputation, is a widespread but highly variable and complex phenomenon in animals. While having fascinating scientists since centuries, fundamental questions about the cellular basis of animal regeneration as well as its evolutionary history remain largely unanswered. We study regeneration of the marine annelid Platynereis dumerilii, an emerging comparative developmental biology model, which, like many other annelids, displays important regenerative abilities. If the posterior part of the body is amputated, P. dumerilii worms are able to regenerate the posteriormost differentiated part of the body and stem cell-rich growth zone that allows to make new segments to replace amputated ones. We show that posterior regeneration is a rapid process that follows a well reproducible paths and timeline, going through specific stages that we thoroughly defined. Wound healing is achieved by one day post-amputation and a regeneration blastema forms one day later. At this time point, some tissue specification already occurs, and a functional posterior growth zone is re-established as early as three days after amputation. Regeneration is only influenced in a minor manner by worm size and position of the amputation site along the antero-posterior axis of the worm and regenerative abilities persist upon repeated amputations without important alterations of the process. We also show that intense cell proliferation occurs during regeneration and that cell divisions are strictly required for regeneration to normally proceed. Finally, we provide evidence, through several 5-ethynyl-2′-deoxyuridine (EdU) pulse and chase experiments, in favor of a local origin of the blastema, whose constituting cells mostly derive from the segment immediately abutting the amputation plane. The detailed characterization of P. dumerilii posterior body regeneration presented in this article provides the foundation for future mechanistic and comparative studies of regeneration in this species.