Función del Represor Capicua en la Interpretación de Señales RTK-Ras-MAPK en

Abstract

Las señales receptor tirosina kinasa (RTK) controlan un amplio abanico de decisiones durante el desarrollo de un animal, como la proliferación celular, diferenciación, morfogénesis y supervivencia. Muchas de estas señales se transducen a través de la cascada de Ras-MAPK que en última instancia fosforilan un factor de transcripción regulando la expresión de distintos genes. Los mecanismos moleculares por los que la señalización por RTKs inducen repuestas tan diversas permanecen aún sin esclarecer. Los efectores de la vía más estudiados en Drosophila son Pointed y Yan donde en ausencia de señalización, los genes diana se mantienen reprimidos por Yan, mientras que la actividad de la vía fosforila Pointed y Yan, resultando en la activación transcripcional a través de la asociación de Pointed al ADN. Estudios más recientes han mostrado que otro de los factores fosforilado por la vía es Capicua (Cic). Cic es un represor materno que es fosforilado por la MAPK y esta fosforilación dirige la desactivación de la proteína. En este trabajo, hemos mostrado que las secuencias de unión a Cic en sus genes diana representan un mecanismo general de interpretación de la señal por Ras-MAPK. Hemos descrito el mecanismo por el que la vía de Torso regula los genes huckebein (hkb) y tailless (tll) a través de la desactivación de Cic en los polos del embrión en el estadio de blastodermo sincitial. La expresión restringida de tll y hkb a los polos del embrión por la proteína Cic, permite la expresión de genes del tronco para la correcta segmentación del eje A/P del animal. Además, hemos definido una nueva diana de Cic en el eje dorsoventral (D/V) del embrión, intermediate neuroblast defective (ind), que alberga la función de diferenciar la células que dan lugar a los neuroblastos intermedios del sistema nervioso central. Experimentos adicionales nos han permitido describir el mecanismo por el que Cic regula el gen argos en repuesta a la señalización por EGFR, en el disco imaginal de ala. En este contexto, al contrario que en los casos del embrión, la desactivación de la proteína Cic en respuesta a la vía de EGFR no es el único mecanismo por el que se induce el gen diana. Trabajos posteriores tendrán que explicar esta red de regulaciones más compleja. Además de la identificación de la secuencia de unión de Cic a los elementos reguladores de sus genes diana, hemos estudiado el papel del correpresor Groucho (Gro) en la regulación de hkb. Trabajos anteriores habían implicado a Gro en la regulación de los genes hkb y tll ya que embriones mutantes para gro muestran un patrón expandido de estos genes terminales. Este patrón, es muy similar al que se observa en embriones mutantes cic por lo que se ha sugerido que Gro podría actuar junto a Cic para la regulación de hkb y tll. Nosotros hemos podido demostrar que los lugares de unión de Cic en el enhancer de hkb son importantes para reclutar Gro al ADN. Este resultado nos indica que Gro está actuando a través de Cic para mediar la represión y no a través de otro factor que también pudiera regular la expresión de hkb. La señalización por EGFR en las células dorsoanteriores del ovario está implicada en el establecimiento del eje D/V a través de la represión del gen pipe (pip) en esta región. Nosotros hemos podido demostrar que esta regulación ocurre de manera análoga a la del embrión. Cic reprime los represores inducidos por la vía de señalización, Tll y Mirror (Mirr) en el embrión y ovario respectivamente, para posibilitar la expresión de sus genes diana, Kruppel (Kr) y pip, y así determinar las regiones que les corresponden como el tronco en el embrión y la región ventral en el ovario. Por otro lado hemos descrito un nuevo mecanismo por el que los substratos de la MAPK compiten entre ellos por la fosforilación por debajo de la vía de Torso. Así, hemos explicado la razón por la que aún habiendo más MAPK fosforilada en el polo anterior del embrión, existe una menor desactivación de Cic y cómo este efecto puede afectar la regulación de los genes diana.

The function of Capicua repressor in the interpretation of RTK-Ras-MAPK signaling in Drosophila

Receptor tyrosine kinase (RTK) signaling pathways control multiple decisions during Drosophila development such as proliferation, differentiation, morphogenesis, and survival. Many RTKs signal through the very well conserved Ras-MAPK cassette that ultimately phosphorylate a nuclear factor altering the transcriptional output in many different contexts. The molecular mechanisms that lead to so many different outputs are still under study. In this work we have analyzed the molecular mechanism by which Capicua (Cic), a recently described downstream repressor of the pathway, regulates gene expression in different contexts. We found that the Cic binding sites represent a general mechanism of Ras-MAPK signaling interpretation. Cic is downregulated in the cells with active signaling pathway alleviating the repression on its target genes. In the cells with no active signaling, Cic is repressing its targets localizing their expression to restricted patterns. We showed that Cic regulates huckebein (hkb) and tailless (tll) expression at the poles of the blastoderm embryo allowing a correct A/P axis formation. hkb regulation by Cic requires the association to the global co-repressor Gro. We also found that Cic regulates intermediate neuroblast defective (ind) gene in the D/V axis of the embryo for the intermediate neuroblast formation and it regulates argos (aos) gene expression in the wing imaginal disc for a stereotyped wing vein pattern formation. We also showed that the mechanism by which the EGFR signaling pathway restricts pipe (pip) expression to the ventral follicle cells of the ovary is analogous to that occurring in the embryo: Cic restricts mirr expression to the cells with active EGFR signaling in the dorsoanterior follicle cells to allow the expression of its target, pip, in the ventral region. Finally, we also showed a novel mechanism by which MAPK substrates compete for the phosphorylation, and this mechanism explains why in the anterior pole of the embryo, containing higher concentration of phosphorylated MAPK, Cic protein concentration is higher.