ABSTRACT The Sox gene family consists of a large number of embryonically expressed genes related via the possession of a 79-amino-acid DNA-binding domain known as the HMG box. Partial clones for the first three Sox genes (a1-a3) were isolated by homology to the HMG box of the testis-determining gene Sry and are now termed Sox-1, Sox-2 and Sox-3. Sox-3 is highly conserved amongst mammalian species and is located on the X chromosome. This has led to the proposal that Sry evolved from Sox-3. We present the cloning and sequencing of Sox-1, Sox-2 and Sox-3 from the mouse and show that Sox-3 is most closely related to Sry. We also confirm that mouse Sox-3 is located on the X chromosome between Hprt and Dmd. Analysis of the distribution of Sox-3 RNA shows that its main site of expression is in the developing central nervous system, suggesting a role for Sox-3 in neural development. Moreover, we demonstrate that Sox-3, as well as Sox-1 and Sox-2, are expressed in the urogenital ridge and that their protein products are able to bind the same DNA sequence motif as Sry in vitro, but with different affinities. These observations prompt discussion of an evolutionary link between the genes and support the model that Sry has evolved from Sox-3. However our findings imply that if this is true, then Sry has undergone concomitant changes resulting in loss of CNS expression and altered DNA-binding properties.

ABSTRACT Mouse nodal, a member of the TGFβ family of secreted growth factors is essential for gastrulation. We recently generated a nodallacZ reporter allele by homologous recombination in ES cells. In the present study, β-galactosidase staining in the perigastrulation-stage embryo has demonstrated the site of highest nodal expression is localised to the prospective posterior region of the epiblast marking the site of primitive streak formation. We also documented transient nodal.lacZ expression in the visceral endoderm prior to and during early streak formation. A mosaic analysis using wild-type ES cells to rescuenodal-deficient embryos allowed us to document functionally distinct nodal activities in the embryonic ectodermal and primitive endo- dermal cell lineages. nodal signaling in the ectoderm is necessary for primitive streak formation as the gastrulation defect of nodal-deficient embryos can be rescued by the inclusion of small numbers of wild-type cells. In addition, we show that chimeric embryos composed of nodal- deficient primitive endoderm fail to develop rostral neural structures. Thus we conclude that the action of nodal, a TGF β-related growth factor expressed in the primitive endoderm, is critical for patterning of the anterior aspects of the A-P axis.

The establishment of the anteroposterior (AP) axis is a crucial step during animal embryo development. In mammals, genetic studies have shown that this process relies on signals spatiotemporally deployed in the extra-embryonic tissues that locate the position of the head and the onset of gastrulation, marked by T/Brachyury (

Abstract Molecular embryology studies have established that the patterning of the gastrula-stage mouse embryo is dependent on a regulatory network where the WNT, BMP and NODAL signalling pathways cooperate. Still, important aspects of their respective contributions to this process remain unclear. Here, studying their impact on the spatial organization and the developmental trajectories of micro-patterned Epiblast Like Cells (EpiLC) colonies, we show that when BMP is present, it dominates NODAL and WNT and imposes a posterior character to the colonies differentiation. However, the use of two Nodal mutant cell lines allowed us to show that prior to BMP action, NODAL is required to establish the mesendodermal lineage. The fact that mutant phenotypes were more severe in vitro than in vivo suggests that embryonic phenotypes are partially rescued by ligands of extra-embryonic or maternal origin. Our work demonstrates the complementarity of micro-patterned EpiLC colonies to embryological approaches.

The TGFβ family member NODAL, primarily known for its role during embryonic development, has also been associated with tumor progression in a number of cancers. Some of the evidence supporting its involvement in melanoma has appeared contradictory, suggesting that NODAL in this context might rely on a non-canonical mode of signaling. To investigate this possibility we studied how a deletion of NODAL affected cell behavior in a metastatic melanoma cell line. The mutation does prevent melanoma cells from acquiring an invasive behavior. However, this phenotype was found to result not from the absence of NODAL, but from the disabled expression of a natural antisense transcript of NODAL now called LADON. Its expression promotes the mesenchymal to amoeboid transition that is critical to melanoma cells' invasiveness. Our analyses revealed that the increase in LADON expression necessary to complete this transition is dependent on WNT/β-CATENIN signaling and that its downstream effectors include MYCN and the metastasis suppressor NDRG1, which controls changes in the cytoskeleton. These results identify LADON as a player in the network of interactions governing tumor progression in melanoma, and suggest a similar implication in other cancer types.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Establishment of the three body axes is a critical step during animal development. In mammals, genetic studies have shown that a combination of precisely deployed signals from extraembryonic tissues position the anteroposterior axis (AP) within the embryo and lead to the emergence of the dorsoventral (DV) and left-right (LR) axes. We have used Gastruloids, embryonic organoids, as a model system to understand this process and find that they are able to develop AP, DV and LR axes as well as to undergo axial elongation in a manner that mirror embryos. The Gastruloids can be grown for 160 hours and form derivatives from ectoderm, mesoderm and endoderm. We focus on the AP axis and show that in the Gastruloids this axis is registered in the expression of T/Bra at one pole that corresponds to the tip of the elongation. We find that localisation of T/Bra expression depends on the combined activities of Wnt/β-Catenin and Nodal/Smad2,3 signalling, and that BMP signalling is dispensable for this process. Furthermore, AP axis specification occurs in the absence of both extraembryonic tissues and of localised sources of signalling. Our experiments show that Nodal, together with Wnt/β-Catenin signalling, is essential for the expression of T/Bra but that Wnt signalling has a separable activity in the elongation of the axis. The results lead us to suggest that, in the embryo, the role of the extraembryonic tissues might not be to induce the axes but to bias an intrinsic ability of the embryo to break its initial symmetry and organise its axes.

Generation of asymmetry within the early embryo is a critical step in the establishment of the three body axes, providing a reference for the patterning of the organism. To study the establishment of asymmetry and the development of the anteroposterior axis (AP) in culture, we utilised our Gastruloid model system. Gastruloids, highly reproducible embryonic organoids formed from aggregates of mouse embryonic stem cells, display symmetry-breaking, polarised gene expression and axial development, mirroring the processes on a time-scale similar to that of the mouse embyro. Using Gastruloids formed from mouse ESCs containing reporters for Wnt, FGF and Nodal signalling, we were able to quantitatively assess the contribution of these signalling pathways to the establishment of asymmetry through single time-point and live-cell fluorescence microscopy. During the first 24-48h of culture, interactions between the Wnt/β-Catenin and Nodal/TGFβ signalling pathways promote the initial symmetry-breaking event, manifested through polarised Brachyury (T/Bra) expression. Neither BMP nor FGF signalling is required for the establishment of asymmetry, however Wnt signalling is essential for the amplification and stability of the initial patterning event. Additionally, low, endogenous levels of FGF (24-48h) has a role in the amplification of the established pattern at later time-points. Our results confirm that Gastruloids behave like epiblast cells in the embryo, leading us to translate the processes and signalling involved in pattern formation of Gastruloids in culture to the development of the embryo, firmly establishing Gastruloids as a highly reproducible, robust model system for studying cell fate decisions and early pattern formation in culture.