Ο εγκεφαλικός φλοιός των θηλαστικών σχηματίζεται από το πιο πρόσθιο τμήμα του νευρικού σωλήνα, τον προσεγκέφαλο. Η ανάπτυξη του εγκεφαλικού φλοιού είναι μια διαδικασία που περιλαμβάνει την σωστή οργάνωση των πρόδρομων νευρικών κυττάρων σε συγκεκριμένες περιοχές του αναπτυσσόμενου φλοιού καθώς επίσης και την εμφάνιση τους σε καθορισμένη χρονική στιγμή κατά την πορεία της ανάπτυξης. Κατά την νευρογένεση όλοι οι νευρώνες του εγκεφαλικού φλοιού προέρχονται από το νευροεπιθήλιο που βρίσκεται δίπλα από τις πλευρικές κοιλίες. Τα νευροεπιθηλιακά κύτταρα αρχικά διαιρούνται με σκοπό την δημιουργία ικανού αριθμού πρόδρομων κυττάρων που θα μπορέσουν να δώσουν γένεση στον αναπτυσσόμενο φλοιό. Αργότερα, τα κύτταρα αυτά, διαφοροποιούνται προς τις άλλες κατηγορίες πρόδρομων κυττάρων και προς τους διαφοροποιημένους νευρώνες. Η ανάπτυξη του εγκεφαλικού φλοιού είναι μια διαδικασία που απαιτεί τον έλεγχο της ισορροπίας μεταξύ του πολλαπλασιασμού και της διαφοροποίησης των πρόδρομων νευρικών κυττάρων. Η Geminin έχει δειχτεί ότι ρυθμίζει τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό και την διαφοροποίηση αποτελώντας έναν συνδετικό κρίκο μεταξύ των δυο αυτών διαδικασιών. Με σκοπό να διερευνήσουμε τον in vivo ρόλο της Geminin στη διατήρηση και διαφοροποίηση των πρόδρομων νευρικών κυττάρων του εγκεφαλικού φλοιού του μυός, αδρανοποιήσαμε το γονίδιο της Geminin ειδικά στα κύτταρα του αναπτυσσόμενου εγκεφαλικού φλοιού. Τα αποτελέσματα μας έδειξαν ότι η απαλοιφή της Geminin έχει ως αποτέλεσμα την επέκταση της κοιλιακής ζώνης του φλοιού ως συνέπεια της παραγωγής μεγαλύτερου αριθμού πρόδρομων κυττάρων στην κορυφαία περιοχή του φλοιού. Επιπλέον η απώλεια του γονιδίου της Geminin αυξάνει τον καθορισμό των βασικών προγονικών κυττάρων της υποκοιλιακής ζώνης του φλοιού. Ως άμεσο επακόλουθο η αύξηση του αριθμού των πρόδρομων κυττάρων στις νευρογενετικές ζώνες του φλοιού είναι η παραγωγή μεγαλύτερου αριθμού πλήρως διαφοροποιημένων νευρικών κυττάρων στον εγκεφαλικό φλοιό. Η μελέτη μας αναδεικνύει την Geminin ως μόριο κλειδί κατά την πορεία της ανάπτυξης του εγκεφαλικού φλοιού, στον καθορισμό του σωστού αριθμού των πρόδρομων κυττάρων, στην πορεία διαφοροποίησης αυτών και τελικά στον σχηματισμό του σωστού αριθμού των πλήρως διαφοροποιημένων νευρώνων. / The mammalian cerebral cortex originates from the most anterior part of the neural tube, the prosencephalon. The cortical development is a process that involves the correct orchestration of the different neuronal progenitor lineage of the cortex, which involves the regional patterning of progenitors and their temporal specification during neurogenesis. During neurogenesis, the cortical neurons are originated from the neuroepithelium that lies next to the lateral vesicles. At the beginning, the neuroepithelial cells divide in order to expand their population and to create the essential number of progenitor cells that would give rise to the neurons and glia that comprise the cortex, a procedure called self-renewal. Later on, the neuroepithelial cells start to switch from divisions that generate additional progenitor cells to divisions that generate committed progenitors or postmitotic cells. The development of cerebral cortex is a process that requires coordination of proliferation and differentiation of progenitor cells. It has been proposed that Geminin regulates both cell proliferation and differentiation. In order to investigate the in vivo role of Geminin in the maintenance and the differentiation of the neuronal progenitors of the cerebral cortex, we specifically inactivated the mouse Geminin gene in the developing cortex. Our results indicate that deletion of Geminin results in the expansion of the ventricular zone that leads to the production of a higher number of the apical cortical progenitors at the middle stage of cortical neurogenesis. In addition, the depletion of Geminin influences the number of basal progenitor of the subventricular zone. The increase of the apical and basal progenitor cells results in the overproduction of differentiated neurons of the developing cortex. Our work demonstrates Geminin as an important molecule for the development of the mouse cerebral cortex, regulating the correct number of cortical progenitors and the generation of the correct number of neurons and glial cells of the cerebral cortex.

Η δημιουργία του εγκεφαλικού φλοιού στηρίζεται στη διαδοχική εμφάνιση πληθυσμών προγονικών κυττάρων, οι οποίοι δίνουν γένεση σε νευρικά και γλοιακά κύτταρα. Πρόκειται για μία διαδικασία που απαιτεί το συγχρονισμό των διεργασιών αυτο-ανανέωσης και διαφοροποίησης των προγονικών νευρικών κυττάρων, και διαμεσολαβείται από τον ταυτόχρονο έλεγχο των διαδικασιών κυτταρικού κύκλου, μεταγραφικής ρύθμισης και αναδιαμόρφωσης της δομής της χρωματίνης. Η πρωτεΐνη Geminin έχει προταθεί ως ένα μόριο που ρυθμίζει τόσο τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό όσο και την κυτταρική διαφοροποίηση. Τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής δείχνουν ότι η πρωτεΐνη Geminin και ο μοριακός της συνεργάτης Cdt1 εκφράζονται στα προγονικά νευρικά κύτταρα της κοιλιακής και υποκοιλιακής ζώνης του αναπτυσσόμενου φλοιού του μυός. Στα προκαθορισμένα προς νευρωνική διαφοροποίηση πρόδρομα κύτταρα που εκφράζουν τις προνευρικές bHLH πρωτεΐνες Mash1 και Neurogenin2 η έκφρασή τους μειώνεται. Επίσης δείχνουμε ότι οι παράγοντες Geminin και Cdt1 επιδεικνύουν ένα περιοδικό πρότυπο έκφρασης στα προγονικά νευρικά κύτταρα του φλοιού του μυός που εξαρτάται από τη φάση του κυτταρικού κύκλου. Προκειμένου να διερευνηθεί ο ρόλος της πρωτεΐνης Geminin in vivo στις διαδικασίες αυτο-ανανέωσης, διαδοχής και διαφοροποίησης των προγονικών νευρικών κυττάρων του φλοιού, πραγματοποιήθηκαν πειράματα υπερέκφρασης και αποσιώπησης του γονιδίου της Geminin στον αναπτυσσόμενο εγκεφαλικό φλοιό του μυός. Τα αποτελέσματά μας υποδεικνύουν ότι η απουσία της Geminin αυξάνει τον αριθμό των προγονικών κυττάρων της κοιλιακής ζώνης του φλοιού, μεταβάλλοντας τον ρυθμό κυτταρικής διαίρεσης που εμφανίζουν τα παραπάνω κύτταρα κατά τα πρώιμα στάδια της φλοιϊκής νευρογένεσης. Η Geminin ρυθμίζει επίσης τον καθορισμό των βασικών πρόδρομων κυττάρων της υποκοιλιακής ζώνης, ενός πληθυσμού προγονικών νευρικών κυττάρων που δίνει κυρίως γένεση σε διαφοροποιημένα νευρικά κύτταρα. Επιπλέον, η υπερέκφραση της Geminin αυξάνει τον πληθυσμό των προκαθορισμένων προς νευρωνική διαφοροποίηση πρόδρομων κυττάρων καθώς και τον αριθμό των φλοιϊκών νευρώνων προάγοντας την έξοδο από τον κυτταρικό κύκλο. Συνοψίζοντας, τα αποτελέσματά μας καταδεικνύουν ότι η Geminin συμμετέχει στη ρύθμιση του πληθυσμού των προγονικών κυττάρων του φλοιού και στη μετάβαση μεταξύ των διαδοχικών προγονικών πληθυσμών ρυθμίζοντας τελικά την παραγωγή των φλοιϊκών νευρώνων. Τα αποτελέσματά μας επομένως προσδίδουν στη Geminin ένα φυσιολογικό ρόλο στο σχηματισμό του φλοιού των θηλαστικών. / Cortical development is a highly ordered process, involving the timely orchestration of the appearance of different neural progenitor lineages, which succeed one another in order to generate the neurons and glia comprising the cortex. It is a process requiring coordination of proliferation and differentiation which in turn depends upon the precise control of cell cycle parameters, chromatin remodeling and transcriptional activity. Geminin has been shown to regulate cell proliferation, fate determination and organogenesis, representing a potential link between these processes. We show here that Geminin and its binding partner Cdt1 are expressed by neural progenitor cells of the ventricular and subventricular zone of the developing mouse cortex. However, the majority of the Geminin and Cdt1 expressing cells are distinct from fate-restricted precursor cells expressing the bHLH proneural proteins Mash1 and Neurogenin2. Importantly, BrdU incorporation experiments show a cell cycle specific expression pattern of Geminin and Cdt1 in neural progenitors of the mouse cortex. In order to investigate Geminin in vivo role in the self-renewal, maintenance, lineage commitment and differentiation of cortical neural progenitors, we have specifically over-expressed and deleted Geminin in the developing cortex. Our results showed that Geminin function in the developing mouse cortex regulates the number of the apical progenitors. Interestingly, this impact on progenitor number is the consequence of the accelerated cell cycle that these apical progenitors exhibit during early stages of cortical development. Moreover, Geminin deletion and over-expression in the cortex also regulated the fate specification of the basal cortical progenitors of the subventricular zone. Furthermore, our results demonstrated that Geminin affects the population of the committed neural precursors, the rate of cell cycle exit and, subsequently, the numbers of cortical neurons. Our study assigns Geminin with a role in regulating the progenitor cell number, the timing of lineage transition, the progenitor neuronal commitment and the subsequent neuron generation.