The Midbrain Preisthmus: A Poorly Known Effect of the Isthmic Organizer

Abstract

Este ensayo reexamina las pruebas moleculares que apoyan la existencia del "preístmo", un dominio caudal del mesencéfalo presente en los vertebrados (estudiado aquí en el ratón). Se cree que deriva del mesómero m2 embrionario y aparece intercalado entre el istmo (caudalmente) y el colículo inferior (rostralmente). Entre una lista sustancial de mapeos de expresión génica examinados a partir de los Atlas Allen del Cerebro en Desarrollo y del Cerebro Adulto, una serie de marcadores positivos selectivos bastante consistentes y algunos marcadores claramente negativos, en los estadios embrionarios E11.5, E13.5, E15.5, E18.5 y en varios estadios postnatales hasta el cerebro adulto. Se exploraron e ilustraron los subdominios alares y basales de este territorio transversal. Se argumenta que el peculiar perfil molecular y estructural del preístmo se debe a su posición como adyacente rostral al organizador ístmico, donde deben existir altos niveles de los morfógenos FGF8 y WNT1 en etapas embrionarias tempranas. El patrón ístmico del mesencéfalo se analiza en este contexto. Los estudios de los efectos de los morfógenos ístmicos no suelen prestar atención al complejo preístmico, en gran medida desconocido. Se ha confirmado que los derivados alares adultos del preístmo comprenden un sector preístmico específico del gris periacueductal, un estrato intermedio representado por el núcleo cuneiforme clásico y un estrato superficial que contiene el núcleo subbraquial. Los derivados basales, que ocupan un estrecho dominio retrorubral intercalado entre los núcleos oculomotor y motor troclear, incluyen neuronas dopaminérgicas y serotoninérgicas, así como diversos tipos de neuronas peptidérgicas.

This essay reexamines molecular evidence supporting the existence of the ‘preisthmus’, a caudal midbrain domain present in vertebrates (studied here in the mouse). It is thought to derive from the embryonic m2 mesomere and appears intercalated between the isthmus (caudally) and the inferior colliculus (rostrally). Among a substantial list of gene expression mappings examined from the Allen Developing and Adult Brain Atlases, a number of quite consistent selective positive markers, plus some neatly negative markers, were followed across embryonic stages E11.5, E13.5, E15.5, E18.5, and several postnatal stages up to the adult brain. Both alar and basal subdomains of this transverse territory were explored and illustrated. It is argued that the peculiar molecular and structural profile of the preisthmus is due to its position as rostrally adjacent to the isthmic organizer, where high levels of both FGF8 and WNT1 morphogens must exist at early embryonic stages. Isthmic patterning of the midbrain is discussed in this context. Studies of the effects of the isthmic morphogens usually do not attend to the largely unknown preisthmic complex. The adult alar derivatives of the preisthmus were confirmed to comprise a specific preisthmic sector of the periaqueductal gray, an intermediate stratum represented by the classic cuneiform nucleus, and a superficial stratum containing the subbrachial nucleus. The basal derivatives, occupying a narrow retrorubral domain intercalated between the oculomotor and trochlear motor nuclei, include dopaminergic and serotonergic neurons, as well as a variety of peptidergic neuron types.