ABSTRACT Intrinsic and extrinsic inhibition of axonal and neuronal regeneration obstruct spinal cord (SC) repair in mammals. In contrast, adult zebrafish achieve functional recovery after SC damage. While studies of innate SC regeneration have focused on axon regrowth as a primary repair mechanism, how local neurogenesis impacts functional recovery is unknown. We uncovered dynamic expression of myostatin b ( mstnb ) in a niche of dorsal ependymal progenitors after complete SC transection in zebrafish. Genetic loss-of-function in mstnb impaired functional recovery, although glial and axonal bridging across the lesion were unaffected. Using a series of transgenic reporter lines, we quantified the numbers of stem, progenitor, and neuronal cells in the absence of mstnb . We found neural stem cell proliferation was reduced, while newborn neurons were increased in mstnb null tissues, suggesting mstnb is a negative regulator of neurogenesis. Molecularly, neuron differentiation genes were upregulated, while the neural stem cell maintenance gene fgf1b was downregulated in mstnb mutants. Finally, we show that human FGF1 treatment rescued neuronal gene expression in mstnb mutants. These studies uncover unanticipated neurogenic functions for mstnb in adult zebrafish, and establish the importance of local neurogenesis for functional SC repair.

Adult zebrafish have an innate ability to recover from severe spinal cord injury. Here, we report a comprehensive single nuclear RNA sequencing atlas that spans 6 weeks of regeneration. We identify cooperative roles for adult neurogenesis and neuronal plasticity during spinal cord repair. Neurogenesis of glutamatergic and GABAergic neurons restores the excitatory/inhibitory balance after injury. In addition, a transient population of injury-responsive neurons (iNeurons) show elevated plasticity 1 week post-injury. We found iNeurons are injury-surviving neurons that acquire a neuroblast-like gene expression signature after injury. CRISPR/Cas9 mutagenesis showed iNeurons are required for functional recovery and employ vesicular trafficking as an essential mechanism that underlies neuronal plasticity. This study provides a comprehensive resource of the cells and mechanisms that direct spinal cord regeneration and establishes zebrafish as a model of plasticity-driven neural repair.

The morphogenesis of the nervous system requires coordinating the specification and differentiation of neural precursor cells, the establishment of neuroepithelial tissue architecture and the execution of specific cellular movements. How these aspects of neural development are linked is incompletely understood. Here we inactivate a major regulator of embryonic neurogenesis - the Delta/Notch pathway - and analyze the effect on zebrafish central nervous system morphogenesis. While some parts of the nervous system can establish neuroepithelial tissue architecture independently of Notch, Notch signaling is essential for spinal cord morphogenesis. In this tissue, Notch signaling is required to repress neuronal differentiation and promote neuroepithelial apico-basal polarity. Concomitant with a loss of their neuroepithelial properties, Notch signaling deficient cells also alter their morphogenetic behavior. In the wild-type zebrafish neural tube, cells divide at the organ midline to contribute one daughter cell to each organ half. Notch deficient animals fail to display this behavior and therefore form a misproportioned spinal cord. Taken together, our findings show that Notch signaling governs not only the cellular composition but also the morphogenetic shaping of the zebrafish spinal cord.

Adult zebrafish have an innate ability to recover from severe spinal cord injury. Here, we report a comprehensive single nuclear RNA sequencing atlas that spans 6 weeks of regeneration. We identify cooperative roles for adult neurogenesis and neuronal plasticity during spinal cord repair. Neurogenesis of glutamatergic and GABAergic neurons restores the excitatory/inhibitory balance after injury. In addition, transient populations of injury-responsive neurons (iNeurons) show elevated plasticity between 1 and 3 weeks post-injury. Using cross-species transcriptomics and CRISPR/Cas9 mutagenesis, we found iNeurons are injury-surviving neurons that share transcriptional similarities with a rare population of spontaneously plastic mouse neurons. iNeurons are required for functional recovery and employ vesicular trafficking as an essential mechanism that underlies neuronal plasticity. This study provides a comprehensive resource of the cells and mechanisms that direct spinal cord regeneration and establishes zebrafish as a model of plasticity-driven neural repair.

Immune cells elicit a continuum of transcriptional and functional states after spinal cord injury (SCI). In mammals, inefficient debris clearance and chronic inflammation impede recovery and overshadow pro-regenerative immune functions. We found that, unlike mammals, zebrafish SCI elicits transient immune activation and efficient debris clearance, without causing chronic inflammation. Single-cell transcriptomics and inducible genetic ablation showed zebrafish macrophages are highly phagocytic and required for regeneration. Cross-species comparisons between zebrafish and mammalian macrophages identified

ABSTRACT Vertebrate Delta/Notch signaling involves multiple ligands, receptors and transcription factors. Delta endocytosis – a critical event for Notch activation – is however essentially controlled by the E3 Ubiquitin ligase Mindbomb1 (Mib1). Due to its position at a molecular bottleneck of the pathway, Mib1 inactivation is often used to inhibit Notch signaling. However, recent findings indicate that the importance of Mib1 extends beyond the Notch pathway. We report an essential role of Mib1 in Planar Cell Polarity (PCP). mib1 null mutants or morphants display impaired gastrulation stage Convergence Extension (CE) movements. Comparison of different mib1 mutants and functional rescue experiments indicate that Mib1 controls CE independently of Notch. In contrast, Mib1-dependent CE defects can be rescued using the PCP downstream mediator RhoA. Mib1 regulates CE through the RING Finger domains that have been implicated in substrate ubiquitination, suggesting that Mib1 may control PCP protein trafficking. Accordingly, we show that Mib1 controls the endocytosis of the PCP component Ryk and that Ryk internalization is required for CE. Numerous morphogenetic processes involve both Notch and PCP signaling. We show that Mib1, a known Notch signaling regulator, is also an essential PCP pathway component. Care should therefore be taken when interpreting Mib1 loss of function phenotypes.