Abstract Breathing, and the motor circuits that control it, are essential for life. At the core of respiratory circuits are Dbx1-derived interneurons, which generate the rhythm and pattern of breathing, and phrenic motor neurons (MNs), which provide the final motor output that drives diaphragm muscle contractions during inspiration. Despite their critical function, the principles that dictate how respiratory circuits assemble are unknown. Here we show that coordinated activity of a type I cadherin (N-cadherin) and type II cadherins (Cadherin-6, −9, and −10) is required in both MNs and Dbx1-derived neurons to generate robust respiratory motor output. Both MN- and Dbx1-specific cadherin inactivation during a critical developmental window results in perinatal lethality due to respiratory failure and a striking reduction in phrenic MN bursting activity. This combinatorial cadherin code is required to establish phrenic MN cell body and dendritic topography; surprisingly, however, cell body position appears to be dispensable for the targeting of phrenic MNs by descending respiratory inputs. Our findings demonstrate that type I and type II cadherins function cooperatively throughout the respiratory circuit to generate a robust breathing output and reveal novel strategies that drive the assembly of motor circuits.

Abstract Phrenic Motor Column (PMC) neurons are a specialized subset of motor neurons (MNs) that provide the only motor innervation to the diaphragm muscle and are therefore essential for survival. Despite their critical role, the mechanisms that control phrenic MN development and function are not well understood. Here, we show that catenin-mediated cadherin adhesive function is required for multiple aspects of phrenic MN development. Deletion of β - and γ -catenin from MN progenitors results in perinatal lethality and a severe reduction in phrenic MN bursting activity. In the absence of catenin signaling, phrenic MN topography is eroded, MN clustering is lost and phrenic axons and dendrites fail to grow appropriately. Despite the essential requirement for catenins in early phrenic MN development, they appear to be dispensable for phrenic MN maintenance, as catenin deletion from postmitotic MNs does not impact phrenic MN topography or function. Our data reveal a fundamental role for catenins in PMC development and suggest that distinct mechanisms are likely to control PMC maintenance.