Migració i guiatge cel·lular durant el desenvolupament embrionari de Drosophila melanogaster. Contribució de Hedgehog i Patched.

Abstract

La morfogènesi dels organismes multicel•lulars depèn de la coordinació de varies vies moleculars capaces de controlar i coordinar diverses característiques cel•lulars com ara la seva proliferació, diferenciació, morfologia i migració. En particular, la migració i el guiatge cel•lulars són dos processos essencials durant la morfogènesi que requereixen una coordinació temporal i espacial molt precisa per a que las cèl•lules puguin establir connexions a llargues distàncies. Conèixer la seva regulació és crucial per entendre el desenvolupament normal dels organismes multicel•lulars i els processos de carcinogènesi. La morfogènesi del sistema traqueal i del sistema nerviós de Drosophila melanogaster són models àmpliament utilitzats per estudiar la migració i el guiatge cel•lular en la morfogènesi. Es va procedir a l’anàlisi d’una col•lecció de mutants embrionaris identificats pels seus fenotips en el sistema nerviós a fi de detectar fenotips traqueals. Un d’aquests mutants es va mapejar com un al•lel de patched (ptc), receptor de la via de senyalització de Hedgehog (Hh), i hem analitzat la contribució d’aquest en el sistema traqueal, i en particular, la seva implicació durant la migració i el guiatge cel•lular. En concret, l’objectiu del nostre estudi va ser el fet que en els embrions mutants de ptc, les branques ganglionars (BGs) no estenen fins arribar al sistema nerviós central, tal i com passa en els embrions wt. Vam detectar que el nombre de cèl•lules que constitueix l’arbre traqueal en els mutants de ptc és un 35% menor que en els embrions wt, fet que no és degut a apoptosi, ja que no hem detectat activitat de la caspasa, i el fet de tenir menys cèl•lules tampoc és el causant de la falta de migració de les BGs. El fenotip traqueal dels embrions de ptc ja és visible a estadis primerencs de l’embriogènesi, com 12 i 13, en els que les BGs comencen a mostrar defectes de migració/extensió, i mostren un nombre més elevat de cèl•lules positives per DSRF (factor de transcripció que s’expressa en les cèl•lules terminals), en comparació amb els embrions wt. L’activació o la inactivació de la via de senyalització de Hh només en les cèl•lules de la tràquea, ja sigui utilitzant formes actives o inactives, no mostra cap fenotip, la qual cosa suggereix un requeriment no-autònom de les cèl•lules de la tràquea pel que fa la via de senyalització de Hh. A més, la sobreexpressió de Hh en la regió embriònica ventral, reprodueix el fenotip de la migració/extensió de les BGs. Per aquesta raó, vam analitzar l’expressió de branchless (bnl), el lligand de la via de FGF, en mutants embrionaris de ptc, on la migració no té lloc correctament. A través d’anàlisis d’hibridacions in situ i de quantificacions amb la RT-PCR, vam poder detectar nivells més alts d’expressió de bnl en embrions mutants de ptc en comparació amb el wt. En paral•lel al projecte de Ptc en el sistema traqueal, com que ja havíem observat alguns fenotips en el sistema nerviós, vam decidir analitzar més curosament les observacions que havíem fet en la sobreexpressió de Hh en la línia mitjana. És sabut que en vertebrats, el morfogen Shh actua com un quimioatraient d’axons que col•labora amb la Netrin-1 pel guiatge d’aquests en la placa del terra. Nosaltres hem pogut demostrar que en Drosophila es produeix el mateix efecte, ja que si sobreexpressem el morfogen tant en la línia mitjana utilitzant sim o fora de la línia mitjana utilitzant Apterous (Apt) com a driver, es confirma l’efecte de Hh com a molècula de guiatge axonal.

We have analysed the tracheal phenotype of patched (ptc) mutant embryos to clarify the involvement of Ptc in tracheal development, in particular its role in cell migration and pathfinding. One of the main points of interest is the fact that in ptc mutants the ganglionic branches (GB) do not invade the ventral nerve cord as they do in the wild-type (wt). We found that the number of cells that constitute the tracheal tree in the mutant is slightly lower than in wt but these changes in cell number are not due to apoptosis, as we cannot detect any additional caspase activity in mutant embryos, and, in addition, these lower numbers of cells are not sufficient to prevent the extension of the GBs. The ptc tracheal phenotype is already visible by stage 12 and 13 of embryogenesis when the GBs start showing defects in migration/extension, and show higher number of DSRF positive cells, compared to the wt. Embryonic Ptc protein expression and activation or inactivation of the Hh pathway in tracheal cells alone, either using active or inactive forms, does not show a phenotype, suggesting a non-autonomous requirement for the Hh pathway in tracheal cells. In addition, overexpression of Hh in the embryonic ventral region, phenocopies the GB migration/extension phenotype. For these reasons, we have analysed the expression of Branchless (Bnl), the FGF ligand, in ptc mutant embryos, where migration is not properly occurring. By using in situ hybridisation and RT-PCR we have found that wt and ptc mutants show different levels of bnl expression, these being higher in ptc mutants than in wt embryos. In parallel of the Ptc project in the tracheal system, and since we already knew and have observed some phenotypes in the nervous system, we decided to further analyse some observations we have done while overexpressing Hh in the midline. It is reported that in vertebrates the morphogen Sonic Hedgehog acts as an axon chemoattractant that collaborates with Netrin-1 in midline axon guidance at the level of the floor plate. We have been able to demonstrate that the same is occurring in Drosophila. We could see the same effect while overexpressing the morphogen outside the midline using Apterous (Apt) as a driver, confirming the effect of Hh as a guidance molecule.