Universität zu Köln

Signaling networks involved in patterning dorsal chorion structures in Drosophila

Shravage, Bhupendra V. (2006) Signaling networks involved in patterning dorsal chorion structures in Drosophila. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    In Drosophila oogenesis, patterning of the follicle cells covering the developing oocyte is achieved by inductive signaling. Two major signaling pathways converge to induce a subpopulation of dorsal anterior follicle cells to adopt cell fates which give rise to operculum and dorsal appendages. One of the signals is initiated by the TGF-ß/BMP signaling pathway. Decapentaplegic (Dpp), one of the BMP like ligands in Drosophila, forms a morphogenetic gradient along the AP axis in the follicular epithelium and promotes operculum fate at highest level while moderate levels promote dorsal appendage fate. The second signal is provided by EGF/TGF-alpha like ligand Gurken (Grk) which is locally secreted by from the developing oocyte and forms a gradient along the dorsoventral axis. High concentrations of Grk induce the operculum fate, moderate concentrations the dorsal appendage fate. Clonal analysis shows that in absence of Dpp activity Grk cannot induce any of the dorsal cell fates in the follicular epithelium indicating that Dpp acts as a competence factor for Grk signaling. Moreover, Dpp also restricts the range of Grk signaling. The combined misexpression of Grk and Dpp leads to an expansion of dorsal fates along both the axes. A phenotype could be generated in which all main body follicle cells except those at the termini of the egg chamber were tansformed into operculum fate. The Dpp gradient and its action on target genes is modulated by several inhibitors which themselves are targets of the Dpp and EGF pathways. This results in a complex network of feedback control. Based on its intriguing expression pattern within the follicular epithelium I investigated the function of Drosophila snoN, a member of the Ski family proteins which are known as transcriptional co-factors of TGF-ß signaling in vertebrates. snoN mutant females lay eggs with enlarged operculum while misexpression of snoN in the whole follicular epithelium reduces the operculum size. Thus, SnoN acts as a transcriptional repressor of operculum fate genes. The intracellular Dpp inhibitors, brinker (brk) and daughters against dpp (dad) act together with snoN to regulate the Dpp readout in the follicular epithelium. Loss of function clones for brk, show that brk acts as a transcriptional repressor of operculum fate genes. Interestingly, loss of function clones of the extracellular Dpp inhibitor short gastrulation (sog) lead to a posterior expansion of the dorsal appendage fate indicating that in contrast to its role in the embryo Sog limits the diffusion of Dpp within the follicular epithelium. Like the Dpp pathway, the EGF pathway induced by Grk is modulated by several genes which themselves are targets of both pathways. In particular, the activation of rhomboid (rho) leads to a secondary amplification of the EGF signal which is thought to play an important role in follicle cell patterning. By performing clonal analysis for rho, we disprove this hypothesis and show that that a graded activity of Grk itself is sufficient to induce different dorsal fates and that the amplification is not essential for defining the midline fate.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    In Drosophila erfolgt die Musterbildung der Follikelzellen, welche die sich entwickelnde Oozyte umgeben, durch induktive Signale. Zwei zentrale Signalwege wirken zusammen, um in dem dorsal-anterioren Follikelepithel Zellen zu spezifizieren, die das Operculum und die dorsalen Anhänge bilden. Eines der Signale wird durch den TGF-ß/BMP ähnlichen sezernierten Liganden Decapentaplegic (Dpp) bereitgestellt. Dpp bildet einen Morphogengradienten entlang der anteriorposterioren Achse des Follikelepithels aus. Hohe Dpp-Konzentrationen werden für die Bildung des Operculums, mittlere für die Bildung der dorsalen Anhänge benötigt. Das zweite Signal wird durch den EGF/TGF-alpha ähnlichen Liganden Gurken (Grk) bereitgestellt, der von der Oozyte lokal sezerniert wird und einen Konzentrationsgradienten entlang der dorsoventralen Achse ausbildet. Hohe Grk Konzentrationen induzieren Operculumzellen in dorsalen Positionen, mittlere Konzentrationen induzieren dorsale Anhänge in mehr lateralen Positionen. Mit Hilfe klonaler Analysen wurde gezeigt, dass Grk in Abwesenheit von Dpp keine der dorsalen Zellschicksale im Follikelepithel induzieren kann. Dpp wirkt also als Kompetenzfaktor für das Grk-Signal. In dieser Funktion begrenzt Dpp die anteriorposteriore Reichweite des dorsalisierenden Grk-Signals. Die ektopische Expression beider Liganden führt zu einer Expansion des dorsalen Follikelzellschicksals entlang beider Achsen. Im Extremfall ist es möglich, das gesamte Follikelepithel über der Ooyzte mit Ausnahme der posterioren Follikelzellen in Operculum zu transformieren. Der Dpp-Gradient und seine Wirkung auf die Expression von Zielgenen im Follikelepithel werden durch mehrere Inhibitoren reguliert, die selbst Zielgene des Dpp-Signalwegs und meist auch des EGF-Signalwegs sind. Hieraus ergibt sich ein komplexes Rückkopplungs-netzwerk. Als neue Inhibitoren in Drosophila wurden Homologe der Ski-Familie untersucht, die in Vertebraten als transkriptionelle Kofaktoren der TGF-ß Kaskade wirken. snoN mutante Weibchen legen Eier mit einem vergrößerten Operculum während die Missexpression von snoN im gesamten Follikelepithel die Größe des Operculums reduziert. snoN wirkt also als ein Repressor des Operculumzellschicksals. Die intrazellulären Dpp Inhibitoren brinker (brk) und daughters against dpp wirken mit snoN zusammen, um die Zielgenregulation durch den Dpp-Gradienten zu modulieren. In brk mutanten Follikelzellklonen kommt es zu einem Verlust des Zellschicksals der dorsalen Anhänge und zu einer Ausdehnung des Operculumschicksals. Interessanterweise hat auch der extrazelluläre Dpp-Inhibitor short gastrulation (sog) einen Einfluss auf die Musterbildung der dorsalen Follikelzellen. sog mutante Zellklone führen zu einer posterioren Expansion der dorsalen Anhänge. Vermutlich schränkt sog anders als im Embryo die Diffusion von Dpp im Follikelepithel ein. Ähnlich wie der Dpp-Signalweg wird auch der durch Grk aktivierte EGF-Signalweg durch zahlreiche Faktoren moduliert, die von Zielgenen beider Signalwege kodiert werden. Insbesondere führt die Aktivierung von rhomboid zu einer sekundären Amplifikation des EGF-Signals. Durch klonale Analyse konnte aber gezeigt werde, dass im Unterschied zu früheren Modellvorstellungen dieser Amplifikationsprozess keinen entscheidenden Einfluss auf die Musterbildung im Follikelepithel hat. Im Bereich der durch Dpp festgelegten Kompetenzzone ist der Grk-Gradient alleine in der Lage die unterschiedlichen dorsoventralen Zellschicksale im Follikelepithel festzulegen.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Shravage, Bhupendra V.bhupendra.shravage@uni-koeln.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-17341
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Drosophila, Oogenese, Dpp, Grk, snoNGerman
    Drosophila, Oogenesis, Dpp, Grk, snoNEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Entwicklungsbiologie
    Language: English
    Date: 2006
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 07 February 2006
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 03 May 2006 14:30:47
    Referee
    NameAcademic Title
    Roth, SiegfriedProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1734

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