Motor neurons in the spinal cord are found grouped in nuclear structures termed pools, whose position is precisely orchestrated during development. Despite the emerging role of pool organization in the assembly of spinal circuits, little is known about the morphogenetic programs underlying the patterning of motor neuron subtypes. Type I and type II classical cadherins constitute a family of cell adhesion molecules expressed in complex combinatorial profiles in the nervous system, suggesting the hypothesis that a cadherin-based adhesive code controls neuronal recognition at the basis of the development of neuronal structures and circuits. In addition, cadherin location at cell-cell contact sites is known to be regulated by the nectin-afadin cell adhesion complex. Thus, to test the impact of cell surface proteins on motor neuron organization, three-dimensional analysis of motor neuron positioning was established to reveal roles and contributions of classical cadherins function. The results uncovered that nuclear organization of motor neurons is dependent on inside-out positioning orchestrated by N-cadherin (a type I cadherin), catenins and afadin activities, controlling cell body layering on the medio- lateral axis. In addition to this lamination-like program, motor neurons undergo a secondary, independent phase of organization. This process results in segregation of motor neurons along the dorso-ventral axis of the spinal cord and relies on type II cadherin function, which is only revealed by concomitant elimination of N-cadherin.
Motoneurone werden während ihrer Entwicklung im Rückenmark präzise in Motorpool-Kernarealen positioniert und organisiert. Obwohl die Positionierung dieser Motorpools eine wichtige Rolle während des Aufbaus des Nervensystems spielt, ist wenig über die der Organisation zugrunde liegenden morphogenetischen Programme bekannt. Klassische Typ I und Typ II Cadherine gehören zu einer Familie der Zell- Adhäsionsmoleküle welche in komplexen, kombinatorischen Mustern im Nervensystem exprimiert werden und die Abgrenzung unterschiedlicher neuronaler Strukturen kontrollieren. Dies führt zu der Hypothese, dass ein Cadherin-basierter Code die Erkennung von Nervenzellen kontrolliert und somit den Grundstein zur Entwicklung korrekter neuronaler Netzwerke darstellt. Darüber hinaus ist bekannt, dass die Lokalisierung von Cadherinen an Zell-Zell-Kontakten durch den Zell-Zell- Adhäsionskomplex Nectin-Afadin reguliert wird. In dieser Arbeit wurde daher der Einfluss von Zell-Oberflächenproteinen auf die Organisation von Motoneuronen getestet. Dafür wurde eine Methode zur dreidimensionalen Untersuchung der Positionen von Motoneuronen etabliert. Anschließend wurde der Einfluss und die Beteiligung unterschiedlicher Zell-Adhäsionsproteine nach Inaktivierung von klassischen Cadherinen und Afadin auf die Positionierung der Motoneurone analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Organisation von Motorpools durch eine schrittweise verlaufende Schichtung entlang der medio-lateralen Achse entsteht, für welche die Funktionen von N-Cadherin (ein Typ I Cadherin), Catenine und Afadin entscheidend sind. Zusätzlich zu diesem Prozess der Zell-Schichtungen, durchlaufen die Motoneurone eine zweite, unabhängige Organisierungsphase, bei der sich die Zellkörper entlang der dorso-ventralen Achse im Rückenmark auftrennen. Dieser zweite, für die Entstehung von Motorpool-Kernarealen essentielle Schritt, beruht auf den Funktionen von Typ II Cadherinen, welche allerdings nur im Zusammenspiel mit N-Cadherin ihre Wirkung zeigen.
