Análisis de la especificación de las neuronas Va en la Cuerda Nerviosa Ventral de Drosophila melanogaster
Author
Gabilondo Olmedo, HugoAdvisor
Benito Sipos, JonathanEntity
UAM. Departamento de Biología MolecularDate
2014-06-18Subjects
Neuronas - Tesis doctorales; Genes - Tesis doctorales; Drosophilas - Tesis doctorales; Sistema nervioso - Tesis doctorales; Biología y Biomedicina / BiologíaNote
Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Biología Molecular. Fecha de lectura: 18-06-2014Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.
Abstract
Durante el desarrollo embrionario, cada una de las células originadas a partir de los
progenitores neurales, conocidos como neuroblastos (NB), adquiere un destino celular
concreto que responde a diferentes requerimientos funcionales y estructurales, como los
establecidos a lo largo del eje Antero-Posterior (A-P) del individuo. La familia de genes Hox
interviene de manera decisiva en el desarrollo de las estructuras morfológicamente diferentes
encontradas a lo largo del eje A-P, incluyendo la diferenciación de los linajes de NBs.
Para profundizar en el conocimiento de los mecanismos involucrados en este proceso, se ha
estudiado el desarrollo del sistema de neuronas Va, una serie de neuronas homologas creadas
por NBs homólogos en segmentos diferentes. Dichas neuronas se originan en estadios
tempranos en todos los segmentos de la Cuerda Nervioso Ventral (CNV) como neuronas
equivalentes, pero posteriormente sufren 4 procesos de especificación distintos determinados
por la acción, aparentemente post-mitótica, de los genes Hox. La actuación de Abd-B provoca
la apoptosis de las neuronas de los segmentos A5-A7. En los segmentos torácicos, las neuronas
dejan de ser localizables a partir de estadio 15 tardío, y Antp determina su destino
desconocido. Las neuronas Va de los segmentos A2-A4 expresan el neuropéptido Capability
(Capa) (Va-Capa) bajo la influencia del gen abd-A, mientras que Ubx determina la expresión de
Alatostatina-A (Ast-A) y la Hormona Diurética 31 (DH31) en el segmento A1 (Va-DH31). Se trata
por tanto del primer caso en el que la acción de los genes Hox determina 4 destinos celulares
diferentes a partir de una serie de neuronas homólogas, 2 de los cuales resultan ser destinos
peptidérgicos.
Para finalizar, se ha llevado a cabo un screening genético en el que se han identificado varios
genes implicados en la correcta especificación de las neuronas Va-Capa. Entre ellos se
encuentran scribbler (sbb) y dachshund (dac), que resultan imprescindibles para la muerte
celular dirigida por Abd-B de las neuronas Va de los segmentos A5-A6. Además, se describe
cómo el factor de transcripción Klumpfuss resulta esencial en el proceso de división asimétrica
de la Célula Madre Ganglionar (CMG), diferenciando el destino de las neuronas Va que
expresan Capa (Va-Capa) y del de sus neuronas hermanas que sufren apoptosis. En mutantes
klu, se producen dos neuronas de tipo Notch-OFF, que expresan Capa, en vez de una de tipo
Notch-OFF y otra Notch-ON.
Además de incrementar el conocimiento sobre los procesos de especificación neural, a través
de esta tesis se ha perfilado el sistema de las neuronas Va como un valioso modelo con el que
llevar a cabo futuras investigaciones sobre importantes aspectos del desarrollo de la CNV de
Drosophila. During embryogenesis, cells of the Central Nervous System (SNC) are generated from neural
progenitors, called neuroblasts (NB). Different functional and structural requirements, as those
found along the anteroposterior axis (A-P) of the individual, are endowed by specific cellular
fates acquired by each neuron. The Hox gene family plays a key role in the development of
morphologically distinct structures along the A-P axis, including the differentiation of diverse
NBs lineages.
To gain insights into the underlying mechanisms involved in this process, this thesis focuses on
the Va neuronal system, which includes a series of homologous neurons which originate from
homologous NBs at different segments of the Ventral Nerve Cord (CNV). Initially, during the
early stages of the development, these neurons appear in all segments as equivalent cells, but
subsequently undergo 4 different specification processes, determined by the action of the Hox
genes through apparently post-mitotic mechanisms. In this scenario, the Abdominal-B gene
(Abd-B) induces apoptosis in the A5 -A7 segments. The Va neurons in the thoracic segments
cannot be traced from late stage 15 onwards, and Antp gene determines its unknown fate. The
Va neurons in the A2 -A4 segments express the neuropeptide Capability (Capa; Va-Capa
neurons) under the abd-A gene influence, whereas Allatostatine -A (Ast -A) and Diuretic
Hormone 31 (DH31; Va-DH31 neurons) are expressed in the A1 segment due to the action of
Ubx. Thus, this system represents the first case in which the action of Hox genes determines 4
different cell fates from a series of homologous neurons, 2 of which are peptidergic.
Furthemore, a targeted genetic screening was conducted to identify genes involved in the
specification of Va- Capa neurons. Among the candidate genes, scribbler (sbb) and dachshund
(dac) were shown to be essential for the programmed cell death triggered by Abd-B in the A5-
A6 segments. In addition, the transcription factor Klumpfuss was identified as an essential
element in the asymmetric division of the Ganglion Mother Cell (GMC), acting to differentiate
between the Va-Capa neurons and their siblings, which undergo apoptosis. This role of
Klumpsfuss explains why klu mutants exhibit two Notch-OFF type neurons, which express
Capa, instead of one Notch-OFF and its respective Notch-ON sibling cell.
Beyond increasing the knowledge about the process of neural specification, this thesis has
portrayed the Va neuronal system as a valuable model to explore important aspects of the
development of the CNV in Drosophila.
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