The Extended amygdala: embryonic origin and genetic regulation of its development

• Main Author: Munisamy, Bupesh
• Other Authors: Medina, Loreta
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: Universitat de Lleida 2011
• Subjects: Extended Amygdala; Desordres neuropsiquiàtrics; Disfunció en el control de les emocions; 61
• Online Access: http://hdl.handle.net/10803/52095

Diversos desordres neuropsiquiàtrics en humans estan relacionats amb una disfunció en el control de les emocions i del comportament social, i alguns d'ells estan associats a una alteració en el desenvolupament de l'amígdala. El control de les emocions i del comportament social estan, en particular, associats a la denominada amígdala estesa, un corredor de cèl·lules del telencèfal basal que s'estén des de l'amígdala centromedial al nucli del llit de l'estria terminal (BST), que constitueix l'estació d'eixida mes important cap a centres efectors de l'hipotàlem i tronc encefàlic. No obstant això, hi ha molts aspectes del desenvolupament de l'amígdala estesa que es desconeixen, incloent l'origen embrionari de les seves diferents subpoblacions de neurones. L'objectiu d'esta Tesi ha sigut investigar l'origen de les neurones de l'amígdala estesa en embrions de ratolí (E13.5-E16.5) per mitjà d'assajos de migració in vitro. Els resultats d'estos assajos es van combinar amb inmunofluorescencia per a analitzar el fenotip de les neurones que van migrar a l'amígdala des d'orígens distints, i es van comparar amb dades d'inmunohistoquímica (per a marcar distints neuropèptids, proteïnes o enzims) i hibridació in situ (per a detectar el RNAm de diferents factors de transcripció i altres proteïnes) per a ajudar en la delimitació de distints dominis embrionaris del prosencèfal i distintes subdivisions de l'amígdala estesa. En particular, esta Tesi està dedicada a l'estudi de l'origen embrionari de les neurones de les dos subdivisions (o subcorredors) principals de l'amígdala estesa, l'amígdala medial estesa (Capítol 2) i l'amígdala central estesa (Capítol 3). En relació a l'amígdala medial estesa (Capítol 2), la present Tesi proporciona evidència experimental de l'origen múltiple de les seves neurones principals, incloent les de l'amígdala medial i les del BST medial. En particular, aquest estudi aporta proves que indiquen que una gran part de les neurones de l'amígdala medial i el BST medial deriva de la part caudoventral de l'eminència ganglionar medial (MGEcv, prèviament coneguda com, o inclosa en, l'àrea peduncular anterior), formant un subcorredor de cèl·lules amb característiques moleculars semblants (expressió del factor de transcripció Lhx6 i la proteïna calbindina). La comparació amb altres dades indica que les neurones d'aquest subcorredor de cèl·lules que deriven de MGEcv estan interconnectades i projecten a les mateixes dianes de l'hipotàlem, involucrades en el control del comportament reproductor. Esta Tesi també aporta dades experimentals que demostren que el pal·li ventral produeix algunes neurones de l'amígdala medial, que pareixen expressar el factor de transcripció Lhx9. Els resultats també confirmen que algunes neurones de l'amígdala medial estesa s'originen en l'àrea preòptica (les nostres dades indiquen que s'originen específicament en l'àrea preòptica comissural o POC, i aquest origen es correlaciona amb expressió de la proteïna senyalitzadora Shh) i en el domini supraopto-paraventricular de l'hipotàlem (SPV, que dóna lloc a neurones amb expressió postmitòtica dels factors de transcripció Lhx5 i Otp). De forma semblant a les neurones que deriven de MGEcv, és possible que les neurones de l'amígdala medial estesa que deriven d'altres dominis embrionaris també formen distints subcorredors de cèl·lules amb funcions específiques. En relació a l'amígdala central estesa (Capítol 3), els resultats d'esta Tesi mostren que els seus principals components, incloent l'amígdala central i el BST lateral, són mosaics formats per distintes proporcions de neurones derivades de la part dorsal de l'eminència ganglionar lateral (LGEd), la part ventral de l'eminència ganglionar lateral (LGEv), o l'eminència ganglionar medial (MGE). La neurones derivades de LGEd expressen el factor de transcripció Pax6 i invadeixen preferentment les parts laterals de l'amígdala central, encara que unes poques també arriben al BST lateral. Basant-se en correlació amb el RNAm de pre-proencefalina i altres dades, moltes d'aquestes cèl·lules són probablement neurones de projecció encefalinèrgiques. Les neurones derivades de LGEv expressen el factor de transcripció Islet1 i invadeixen principalment la part central i medial de l'amígdala central, i part del BST lateral. La correlació amb altres estudis suggereix que aquestes cèl·lules són probablement les neurones de projecció que contenen el factor alliberador de la corticotropina. D'altra banda, MGE produeix la majoria de les neurones del BST lateral, però la part caudoventral del MGE (MGEcv) també produeix una important subpoblació de neurones de projecció que expressen somatostatina que invadeixen la part medial de l'amígdala central. Així, distints tipus de neurones de projecció s'originen en distints dominis embrionaris, però els mateixos dominis produeixen neurones per a quasi totes les parts de l'amígdala central estesa, la qual cosa podria explicar la similitud de les neurones en característiques neuroquímiques i connexions al llarg del corredor. Els resultats, junt amb altres dades publicades, també suggereixen l'existència de al menys tres subcorredors de cèl·lules en l'amígdala central estesa, cada un relacionat amb un origen embrionari distint i involucrat en el control d'un aspecte diferent de les respostes de por i ansietat. En resum, aquest estudi proporciona importants dades que aclareixen aspectes rellevants del desenvolupament i organització adulta de l'amígdala estesa, i ajuda a establir les bases per a una millor comprensió del control neural de les emocions i el comportament social en condicions normals i patològiques. === Varios desórdenes neuropsiquiátricos humanos están relacionados con una disfunción en el control de las emociones y del comportamiento social, y algunos de ellos están asociados a una alteración en el desarrollo de la amígdala. El control de las emociones y el comportamiento social están, en particular, asociados a la denominada amígdala extendida, un corredor de células del telencéfalo basal que se extiende desde la amígdala centromedial al núcleo del lecho de la estria terminal (BST), que constituye la estación de salida mas importante hacia centros efectores del hipotálamo y tronco encefálico. Sin embargo, existen muchos aspectos del desarrollo de la amígdala extendida que se desconocen, incluyendo el origen embrionario de sus diferentes subpoblaciones de neuronas. El objetivo de esta Tesis ha sido investigar el origen de las neuronas de la amígdala extendida en embriones de ratón (E13.5-E16.5) mediante ensayos de migración in vitro. Los resultados de estos ensayos se combinaron con inmunofluorescencia para analizar el fenotipo de las neuronas que migraron a la amígdala desde orígenes distintos, y se compararon con datos de inmunohistoquímica (para marcar distintos neuropéptidos, proteinas o enzimas) e hibridación in situ (para detectar el RNAm de diferentes factores de transcripción y otras proteinas) para ayudar en la delimitación de distintos dominios embrionarios del prosencéfalo y distintas subdivisiones de la amígdala extendida. En particular, esta Tesis está dedicada al estudio del origen embrionario de las neuronas de las dos subdivisiones (o subcorredores) principales de la amígdala extendida, la amígdala medial extendida (Capítulo 2) y la amígdala central extendida (Capítulo 3). En relación a la amígdala medial extendida (Capítulo 2), la presente Tesis proporciona evidencia experimental del origen múltiple de sus neuronas principales, incluyendo las de la amígdala medial y las del BST medial. En particular, este estudio aporta pruebas que indican que una gran parte de las neuronas de la amígdala medial y el BST medial deriva de la parte caudoventral de la eminencia ganglionar medial (MGEcv, previamente conocida como, o incluida en el área peduncular anterior), formando un subcorredor de células con características moleculares similares (expresión del factor de transcripción Lhx6 y la proteina calbindina). La comparación con otros datos indica que las neuronas de este subcorredor de células que derivan de MGEcv están interconectadas y proyectan a las mismas dianas del hipotálamo, involucradas en control del comportamiento reproductor. Esta Tesis también aporta datos experimentales que demuestran que el palio ventral produce algunas neuronas de la amígdala medial, que parecen expresar el factor de transcripción Lhx9. Los resultados también confirman que algunas neuronas de la amígdala medial extendida se originan en el área preóptica (nuestros datos indican que se originan específicamente en el área preóptica comisural o POC, y este origen se correlaciona con expresión de la proteina señalizadora Shh) y en el dominio supraopto-paraventricular del hipotálamo (SPV, que da lugar a neuronas con expresión postmitótica de los factores de transcripción Lhx5 y Otp). De forma similar a las neuronas que derivan de MGEcv, es posible que las neuronas de la amígdala medial extendida que derivan de otros dominios embrionarios también formen distintos subcorredores de células con funciones específicas. En relación a la amígdala central extendida (Capítulo 3), los resultados de esta Tesis muestran que sus principales componentes, incluyendo la amígdala central y el BST lateral, son mosaicos formados por distintas proporciones de neuronas derivadas de la parte dorsal de la eminencia ganglionar lateral (LGEd), la parte ventral de la eminencia ganglionar lateral (LGEv), o la eminencia ganglionar medial (MGE). La neuronas derivadas de LGEd expresan el factor de transcripción Pax6 e invaden preferentemente las partes laterales de la amígdala central, aunque unas pocas también alcanzan el BST lateral. En base a correlación con el RNAm de pre-proencefalina y otros datos, muchas de estas células son probablemente neuronas de proyección encefalinérgicas. Las neuronas derivadas de LGEv expresan el factor de transcripción Islet1 e invaden principalmente la parte central y medial de la amígdala central, y parte del BST lateral. La correlación con otros estudios sugiere que estas células son probablemente las neuronas de proyección que contienen el factor liberador de la corticotropina. Por otro lado, MGE produce la mayoría de las neuronas del BST lateral, pero la parte caudoventral del MGE (MGEcv) también produce una importante subpoblación de neuronas de proyección que expresan somatostatina que invaden la parte medial de la amígdala central. Así, distintos tipos de neuronas de proyección se originan en distintos dominios embrionarios, pero los mismos dominios producen neuronas para casi todas las partes de la amígdala central extendida, lo que podría explicar la similitud de las neuronas en características neuroquímicas y conexiones a lo largo del corredor. Los resultados, junto con otros datos publicados, también sugieren la existencia de al menos tres subcorredores de células en la amígdala central extendida, cada uno relacionado a un origen embrionario distinto e involucrado en el control de un aspecto diferente de las respuestas de miedo y ansiedad. En resumen, este estudio proporciona importantes datos que clarifican aspectos relevantes del desarrollo y organización adulta de la amígdala extendida, y ayuda a establecer las bases para una mejor comprensión del control neural de las emociones y el comportamiento social en condiciones normales y patológicas. === Dysfunctions in emotional control and social behavior are behind several human neuropsychiatric disorders, some of which are associated to an alteration of amygdalar development. The control of emotions and social behavior is particularly associated to the so-called extended amygdala, which is a cell corridor of the basal telencephalon extending from the centromedial amygdala to the bed nucleus of the stria terminalis (BST), that constitutes the major output station to effector centers of the hypothalamus and brainstem. However, many aspects of the development of the extended amygdala remain elusive, including the embryonic origin of its different neuron subpopulations. The aim of this Thesis has been to investigate the origin of the neurons of the extended amygdala in mouse embryos (E13.5-E16.5) by using in vitro migration assays. The fate mapping results were combined with immunofluorescence for analyzing the phenotype of the neurons that migrated to the amygdala from distinct origins, and were compared with data from immunohistochemistry (to label distinct neuropeptides, proteins or enzymes) and in situ hibridization (to detect the mRNA expression of different transcription factors and other proteins) which helped in the delineation of forebrain embryonic domains and extended amygdala subdivisions. In particular, this Thesis deals with studing the embryonic origin of the neurons of the two major subdivisions (or subcorridors) of the extended amygdala, the medial extended amygdala (Chapter 2) and the central extended amygdala (Chapter 3). Regarding the medial extended amygdala (Chapter 2), this Thesis provides experimental evidence for a multiple embryonic origin of its principal neurons, including those of the medial amygdala and medial BST. In particular, this study provides novel evidence indicating that a major part of the neurons of the medial amygdala and medial BST derives from the caudoventral part of the medial ganglionic eminence (MGEcv, previously called or included as part of the anterior peduncular area), forming a cell subcorridor with similar molecular features (expression of the transcription factor Lhx6 and the protein calbindin). Comparison to other data indicates that neurons along this MGEcv-related cell subcorridor are interconnected and project to the same hypothalamic targets, which are involved in reproductive behavior. This Thesis also provides novel experimental evidence indicating that the ventral pallium produces some neurons for the medial amygdala, which appear to express the transcription factor Lhx9. The results also confirm that some neurons of the medial extended amygdala originate in the preoptic area (our results indicate that these cells specifically originate in its commissural subdivision or POC and correlate to expression of the signaling protein Sonic hedgehog) and the supraopto-paraventricular domain of the hypothalamus (or SPV, which derived neurons express the transcription factors Lhx5 and Otp). Similarly to the neurons derived from MGEcv, it is possible that neurons of the medial extended amygdala derived from other embryonic domains also form distinct cell subcorridors related to specific functions. Regarding the central extended amygdala (Chapter 3), the results of this Thesis show that its major components, including central amygdala and lateral bed nucleus of the stria terminalis (BST), are mosaics formed by different proportions of dorsal lateral ganglionic eminence (LGE)-, ventral LGE- and medial ganglionic eminence (MGE)- derived neurons. Dorsal LGE-derived neurons express the transcription factor Pax6, and primarily populate lateral parts of the central amygdala, but a few also reach the lateral BST. Based on correlation with pre-proenkephalin mRNA and other data, many of these cells are likely enkephalinergic projection neurons. The ventral LGE-derived neurons express the transcription factor Islet1, and primariy populate the central and medial parts of the central amygdala, and part of the lateral BST. Correlation with other studies suggests that these cells represent projection neurons expressing corticotropin-releasing factor. The MGE produces the majority of neurons of lateral BST, but its caudoventral subdivision (MGEcv) also produces an important subpopulation of projection neurons containing somatostatin for medial aspects of the central amygdala. Thus, distinct principal neurons originate in different embryonic domains, but the same domains contribute neurons to most subdivisions of the central extended amygdala, which may explain the similarity in neurochemistry and connections along the corridor. The results, together with other published data, also suggest the existence of at least three subcorridors within the central extended amygdala, each related to a different embryonic origin and involved in the control of a different aspect of fear responses and anxiety. In conclusion, this study provides important data that clarify relevant aspects on the development and adult organization of the extended amygdala, and helps to set up the foundations for a better understanding of neural control of emotions and social behavior in normal and abnormal conditions.