Recent studies demonstrated the neuronogenic role of radial glial cells (RGCs) in the rodent. To reveal the fate of radial glial processes, we intensively monitored divisions of RGCs in DiI-labeled slices from the embryonic day 14 mouse cortex. During RGC division, each pia-connected fiber becomes thin but is neither lost nor divided; it is inherited asymmetrically by one daughter cell. In divisions that produce a neuron and a progenitor, the neuron inherits the pial fiber, also grows a thick ventricular process for several hours, and is therefore indistinguishable from the progenitor RGC. The ventricular process in the radial glial-like neuron (“radial neuron”) then collapses, leading to ascent of the neuron by using the “recycled” radial fiber.

Mature neocortical layers all derive from the cortical plate (CP), a transient zone in the dorsal telencephalon into which young neurons are continuously delivered. To understand cytogenetic and histogenetic events that trigger the emergence of the CP, we have used a slice culture technique. Most divisions at the ventricular surface generated paired cycling daughters (P/P divisions) and the majority of the P/P divisions were asymmetric in daughter cell behavior; they frequently sent one daughter cell to a non-surface (NS) position, the subventricular zone (SVZ), within a single cell-cycle length while keeping the other mitotic daughter for division at the surface. The NS-dividing cells were mostly Hu+ and their daughters were also Hu+, suggesting their commitment to the neuronal lineage and supply of early neurons at a position much closer to their destiny than from the ventricular surface. The release of a cycling daughter cell to SVZ was achieved by collapse of the ventricular process of the cell, followed by its NS division. Neurogenin2 (Ngn2) was immunohistochemically detected in a certain cycling population during G1 phase and was further restricted during G2-M phases to the SVZ-directed population. Its retroviral introduction converted surface divisions to NS divisions. The asymmetric P/P division may therefore contribute to efficient neuron/progenitor segregation required for CP initiation through cell cycle-dependent and lineage-restricted expression of Ngn2.

Summary The relationships between microglia and macrophages, especially their lineage segregation outside the yolk sac, have been recently explored, providing a model in which a conversion from macrophages seeds microglia during brain development. However, spatiotemporal evidence to support such microglial seeding and to explain how it occurs has not been obtained. By cell tracking via slice culture, intravital imaging, and Flash tag-mediated labeling, we found that a group of intraventricular macrophages belonging to border-associated macrophages (BAMs), which were abundantly observed along the inner surface of the mouse cerebral wall at embryonic day 12, frequently entered the brain wall. Immunohistochemistry of the tracked cells showed that postinfiltrative BAMs acquired microglial properties while losing a macrophage phenotype. We also found that the intraventricular BAMs were supplied transepithelially from the roof plate. Thus, this study demonstrates that the “roof plate→ventricle→cerebral wall” route is an essential path for microglial colonization into the embryonic mouse brain.

Abstract The growth of dendritic arbors in developing neurons is known to be regulated by neuronal activity, which is thought as one of the mechanisms of neural circuit optimization. Here we demonstrate that activity-dependent calcium signaling controls mitochondrial homeostasis and dendritic outgrowth via AMP-activated protein kinase (AMPK) in developing hippocampal neurons. AMPK deficiency phenocopies the inhibition of neuronal activity, inducing dendritic hypotrophy with abnormally elongated mitochondria. In growing dendrites, AMPK is activated by neuronal activity and dynamically oscillates in synchrony with calcium spikes, and this AMPK oscillation is inhibited by CaMKK2 knockdown. AMPK activation leads to phosphorylation of MFF and ULK1, which initiate mitochondrial fission and mitophagy, respectively. Dendritic mitochondria in AMPK-depleted neurons exhibit impaired fission and mitophagy and display multiple signs of dysfunction. Thus, AMPK activity is finely tuned by the calcium-CaMKK2 pathway and regulates mitochondrial homeostasis by facilitating removal of damaged components in rapidly growing neurons during normal brain development.