Universität zu Köln

Bustos Parra, Victor Manuel (2016). Functional analysis of the role of FOXO in ageing and metabolism in Drosophila melanogaster. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Reduced activity of the highly evolutionarily conserved insulin/insulin-like growth factor signalling pathway (IIS) has been shown to increase lifespan in nematode worms, fruit flies and mice. In both worms and flies the single Forkhead Box-O (FOXO) transcription factor is required for increased lifespan from reduced IIS, and increased FOXO activity itself lengthens life. However, FOXO transcription factors are involved in the regulation of diverse cellular and organismal processes besides ageing, including development and metabolism. It is therefore of crucial importance to understand the molecular mechanisms by which this transcription factor acts to regulate those processes. During my PhD, I used the fruit fly Drosophila melanogaster to investigate how FOXO activity is regulated and tried to dissect the different functions associated with dFOXO. I have generated novel dfoxo-null mutant lines that allow me to reintroduce modified versions of the dfoxo gene. Wild type and C-terminal tagged reinsertion lines seem to have no effect on normal dFOXO function and, hence, were used to better characterize dFOXO regulation in vivo. Next, I generated dfoxo mutant alleles that abolished DNA binding in vivo. dFOXO-DBD mutant flies permitted the separation of dFOXO-functions that are dependent (fecundity, redox stress resistance, and lifespan) or independent (body weight and lipid usage under starvation) of dFOXO-DNA binding. Our results suggest that dFOXO modulates gene expression and autophagy under starvation conditions independent of DNA binding, probably through the interaction with another transcription factor. On the other hand, I generated dfoxo alleles that either mimic or abolish acetylation within conserved lysine residues. Our results indicate that this post-translational modification regulates dFOXO-phosphorylation state. Moreover, dFOXO-acetylation seems to play a crucial role in the response associated with amino acid starvation. However, further studies should identify the mechanisms at play. In conclusion, this PhD thesis describes a gene-editing tool for the dfoxo locus and separates some of the important functions associated with FOXO transcription factors in Drosophila.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Eine verringerte Aktivität des evolutionär hochkonservierten Insulin/Insulin-ähnlichem Wachstumsfaktor-Signalweges (IIS) verlängert die Lebenszeit von Nematoden, Fruchtfliegen und Mäusen. In Nematoden und Fruchtfliegen ist der Forkhead Box-O (FOXO) Transkriptionsfaktor notwendig für den lebensverlängernden Effekt durch verringerten IIS, und auch erhöhte FOXO Aktivität alleine verlängert das Leben. FOXO Transkriptionsfaktoren sind jedoch nicht nur am Alterungsprozess beteiligt, sondern auch an der Entwicklung und dem Stoffwechsel eines Organismus. Daher ist es essentiell zu verstehen, durch welche molekularen Mechanismen der FOXO Transkriptionsfaktor diese Prozesse steuert. In meiner Doktorarbeit habe ich mithilfe der Fruchtfliege Drosophila melanogaster untersucht, wie die Aktivität von FOXO reguliert wird und welche unterschiedlichen Funktionen dFOXO hat. Ich habe neue dfoxo-null Mutanten generiert, mit denen ich unterschiedliche Modifikationen von dfoxo in das Genom inserieren konnte. Insertion des Wildtyp-dFOXOs oder von dFOXO mit FLAG-Tag am C-Terminus hatte keinen Effekt auf die Funktion von dFOXO und wurde verwendet, um die in vivo Funktion von dFOXO zu charakterisieren. Außerdem habe ich dfoxo Allele generiert, die das Binden von dFOXO an DNA in vivo verhindern. Diese Mutanten erlaubten die Separierung von dFOXO Funktionen, die abhängig (Fertilität, Resistenz gegen oxidativen Stress und Lebensspanne) und unabhängig (Gewicht und Lipid-Verbrauch während Hungerperioden) von der Interaktion von dFOXO mit der DNA sind. Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass dFOXO die Genexpression und Autophagie in Hungerperioden unabhängig von der Fähigkeit an DNA zu binden moduliert, vermutlich durch die Interaktion mit einem anderen Transkriptionsfaktor. Zudem habe ich dfoxo Mutanten erzeugt, die Acetylierung an einem konservierten Lysin- Rest imitieren oder verhindern. Unsere Experimente lassen vermuten, dass diese posttranslationalen Modifikationen auch den Phosphorylierungs-Status von dFOXO beeinflussen. Außerdem scheint dFOXO-Acetylierung eine wichtige Rolle in der Antwort auf den Entzug von Aminosäuren zu spielen, jedoch müssen weitere Experimente den verantwortlichen Mechanismus identifizieren. V Zusammenfassend beschreibt diese Doktorarbeit ein neues Genome Editing-Werkzeug zur Modifikation des dfoxo locus und separiert wichtige Funktionen des FOXO Transkriptionsfaktors in Drosophila melanogaster. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Bustos Parra, Victor Manuel vmbustosp@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-78086
Date:	5 September 2016
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language FOXO, ageing, metabolism, starvation, fasting. English
Date of oral exam:	24 October 2016
Referee:	Name Academic Title Partridge, Linda Prof. Dr. Trifunovic, Aleksandra Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/7808