Crecimientoy metabolismo: la regulación y la vía de la insulina desde la mosca de la fruta, Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster, la mosca de la fruta, es un organismo genético modelo que en años recientes se ha usado exitosamente para estudiar el control del metabolismo y el crecimiento. A pesar de poseer algunas diferencias con las vías de señalización homólogas a las de los vertebrados, las semejanzas son profundas y claras. En D. melanogaster, la vía de la insulina, homóloga a la de los vertebrados, regula tanto el metabolismo como el crecimiento del organismo a través de un receptor membranal único. A su vez, esta vía –que conjunta lo que en vertebrados es la vía de la insulina y la de los péptidos parecidos a la insulina- está regulada por la ingesta de nutrientes (carbohidratos y proteínas) y por el control hormonal (hormona del crecimiento, ecdisona, upd2, hormona adipocinética, Ilp8). En consecuencia, normalmente se obtiene un crecimiento adaptable a las condiciones nutricionales que influye, como en los vertebrados, en el promedio de vida y en la capacidad reproductiva con un tamaño típico y una diferenciación armónica, a tono con el bauplandel organismo. Por el contrario las mutaciones y desviaciones dan por resultado partes desproporcionadas, menor capacidad reproductiva, y disminución tanto del tamaño como de la proliferación, y hasta la muerte

Crecimiento y Metabolismo: La regulación y la vía de la Insulina desde la Mosca de la Fruta, Drosophila melanogaster

AbstractThe fruit fly Drosophila melanogaster is a model genetic organism that has recently been used with great success in the study of metabolism and growth controls. In spite of several differences with vertebrates, commonalities are many and extensive. In flies, the insulin pathway, homologous to the vertebrate pathway, regulates metabolism, growth, and proliferation through a single, common membrane receptor. This pathway, jointly taking over the functions exerted by vertebrate insulin and insulin-like peptides, is regulated by nutrient levels (dietary carbohydrates and proteins), and by hormonal control (juvenile hormone, ecdysone, upd2, adipokinetic hormone, Ilp8). This means that normally growth, size, and harmony of body parts are adapted to the nutritional status, influencing life expectancy and reproduction, and resulting in the wild type in reaching typical adult sizes and proportions, as expected from the bauplan. Mutations and deviations normally end up in disproportionate growth of body parts, overall reduced size and reproduction, and, ultimately, death.Drosophila melanogaster, la mosca de la fruta, es un organismo genético modelo que en años recientes se ha usado exitosamente para estudiar el control del metabolismo y el crecimiento. A pesar de poseer algunas diferencias con las vías de señalización homólogas a las de los vertebrados, las semejanzas son profundas y claras. En D. melanogaster, la vía de la insulina, homóloga a la de los vertebrados, regula tanto el metabolismo como el crecimiento del organismo a través de un receptor membranal único. A su vez, esta vía –que conjunta lo que en vertebrados es la vía de la insulina y la de los péptidos parecidos a la insulina- está regulada por la ingesta de nutrientes (carbohidratos y proteínas) y por el control hormonal (hormona del crecimiento, ecdisona, upd2, hormona adipocinética, Ilp8). En consecuencia, normalmente se obtiene un crecimiento adaptable a las condiciones nutricionales que influye, como en los vertebrados, en el promedio de vida y en la capacidad reproductiva con un tamaño típico y una diferenciación armónica, a tono con el bauplan del organismo. Por el contrario las mutaciones y desviaciones dan por resultado partes desproporcionadas, menor capacidad reproductiva, y disminución tanto del tamaño como de la proliferación, y hasta la muerte

La ubiquitinación: un sistema de regulación dinámico de los organismos

Regulation of genetic expression occurs at different levels, from transcriptional control to post-translational modification of proteins. Ubiquitination is one such late process, where target proteins are labeled covalently on a lysine residue with one or more ubiquitin moieties. Ubiquitin itself is a small protein. This mechanism is evolutionarily conserved, present to some degree in bacteria. In eukaryotes, it is organized around three conserved enzymes: E1, an activation enzyme, E2 a conjugation enzyme, and E3, a ligation enzyme. This last class is by far the most diverse, being the main one conferring specificity by guiding E2-ubiquitin complexes to appropriate targets. Depending on the activation domain they possess, there are three classes of E3 enzymes: RING-finger, HECT, and U-box. Ubiquitination can signal different outcomes, yet the most studied one is protein degradation via the 26S proteasome. Studying ubiquitination in whole organisms, especially genetic model organisms, confers many advantages, chief among them being the possibility of recording responses of neighboring groups of cells, whether directly affected or not, by the process.La regulación de la expresión génica ocurre a distintos niveles, desde el control de la transcripción hasta las modificaciones post-traduccionales que sufren las proteínas. Entre estas últimas se encuentra el mecanismo de ubiquitinación, consistente en la adición de una o varias moléculas de ubiquitina, una proteína pequeña, de manera covalente a proteínas blanco en residuos de lisina. Esto ocurre mediante un mecanismo conservado evolutivamente a rasgos generales desde las bacterias y que en eucariontes consta de tres enzimas: E1 de activación, E2 de conjugación y E3 de ligación. En particular, esta última define en buena medida la especificidad de la reacción, dirigiendo las E2-ubiquitina a las proteínas blanco. Las E3 se dividen en tres clases, dependiendo del dominio activo que posean: RING finger, HECT o U-box. La ubiquitinación puede tener varias consecuencias, aunque la más estudiada es la degradación por el proteasoma 26S de las proteínas marcadas. Estudiar el fenómeno de ubiquitinación en organismos genéticos modelo como la mosca de la fruta confiere muchas ventajas, entre las que se cuenta poder analizar las consecuencias de la función en el organismo completo. Esto permite, entre otras cosas, observar si existen o no relaciones entre células vecinas en el proceso

La ubiquitinación: un sistema de regulación dinámico de los organismos

La regulación de la expresión génica ocurre a distintos niveles, desde el control de la transcripción hasta las modificaciones post-traduccionales que sufren las proteínas. Entre estas últimas se encuentra el mecanismo de ubiquitinación, consistente en la adición de una o varias moléculas de ubiquitina, una proteína pequeña, de manera covalente a proteínas blanco en residuos de lisina. Esto ocurre mediante un mecanismo conservado evolutivamente a rasgos generales desde las bacterias y que en eucariontes consta de tres enzimas: E1 de activación, E2 de conjugación y E3 de ligación. En particular, esta última define en buena medida la especificidad de la reacción, dirigiendo las E2-ubiquitina a las proteínas blanco. Las E3 se dividen en tres clases, dependiendo del dominio activo que posean: RING finger, HECT o U-box. La ubiquitinación puede tener varias consecuencias, aunque la más estudiada es la degradación por el proteasoma 26S de las proteínas marcadas. Estudiar el fenómeno de ubiquitinación en organismos genéticos modelo como la mosca de la fruta confiere muchas ventajas, entre las que se cuenta poder analizar las consecuencias de la función en el organismo completo. Esto permite, entre otras cosas, observar si existen o no relaciones entre células vecinas en el proceso

<i>acal</i> is a Long Non-coding RNA in JNK Signaling in Epithelial Shape Changes during Drosophila Dorsal Closure

<div><p>Dorsal closure is an epithelial remodeling process taking place during Drosophila embryogenesis. JNK signaling coordinates dorsal closure. We identify and characterize <i>acal</i> as a novel negative dorsal closure regulator. <i>acal</i> represents a new level of JNK regulation. The <i>acal</i> locus codes for a conserved, long, non-coding, nuclear RNA. Long non-coding RNAs are an abundant and diverse class of gene regulators. Mutations in <i>acal</i> are lethal. <i>acal</i> mRNA expression is dynamic and is processed into a collection of 50 to 120 bp fragments. We show that <i>acal</i> lies downstream of raw, a pioneer protein, helping explain part of raw functions, and interacts genetically with <i>Polycomb. acal</i> functions in trans regulating mRNA expression of two genes involved in JNK signaling and dorsal closure: <i>Connector of kinase to AP1 (Cka)</i> and <i>anterior open (aop). Cka</i> is a conserved scaffold protein that brings together JNK and Jun, and <i>aop</i> is a transcription factor. Misregulation of <i>Cka</i> and <i>aop</i> can account for dorsal closure phenotypes in <i>acal</i> mutants.</p></div

<i>acal</i> expression is required in the lateral epidermis during DC.

<p>(A) <i>acal</i> expression in wild type and mutant embryos during DC stages, as determined by qPCR. Means of three independent experiments run twice, +/− SEM. Student’s t test was used to assess significance. (B) Targeted ectodermal (<i>69B-gal 4</i> driver) and lateral epidermis (<i>pnr-gal 4</i> driver) expression of wild type <i>acal</i> in <i>acal</i> mutants. Only dead embryos are classified, mutants surviving embryogenesis constitute the remaining percentage to amount to a hundred percent (open space above bars). (B’-B’’’) are examples of <i>acal^5/5; 69B>acal</i> embryos with no cuticular phenotype, wild type in appearance (B’), with a dorsal open phenotype (B’’), or with an anterior open phenotype (B’’’). Compared with <i>acal^5/5</i> mutants, the cuticular phenotypes are the same, but they differ significantly in the abundance (expression of <i>acal</i> significantly reduces the number of mutant embryos that die and that have cuticular phenotypes). In these and following experiments, cuticular phenotypes do not change, unless otherwise stated. No new cuticular phenotypes are found; thus, examples are not depicted in all figures. Numbers analyzed: <i>acal^5/5,UAS-acal/+</i> = 240, <i>acal^5/5;69B-gal4/+</i> = 441, <i>acal^5/5;69B>acal</i> = 237, <i>acal^5/5;pnr-gal4/+</i> = 435, <i>acal^5/5;pnr>acal</i> = 130. Statistical significance was calculated using chi square tests. (C) Quantification of in situ hybridization shown in (D) in stage 13 embryos (<i>acal^5/5</i>, n = 10; <i>yw</i>, n = 6). <i>acal</i> mutants have significantly lower expression levels in lateral epithelia; chi square test. (D) <i>acal</i> in situ hybridization in embryos throughout embryonic development. Wild type embryos are <i>yw</i>, and mutant is <i>acal^5/5</i>. Arrows indicate expression in the lateral epidermis and arrowheads point to expression in the central nervous system. Sense (negative) controls are also shown. Insets show boxed areas in stages 13, 15, and 17 embryos. See also <a href="http://www.plosgenetics.org/article/info:doi/10.1371/journal.pgen.1004927#pgen.1004927.s002" target="_blank">S2 Fig.</a></p

Molecular and genetic characterization of <i>acal</i> mutants.

<p>(A-L) Cuticular analysis of DC defects. In all figures, embryos are shown in a lateral view, with dorsal up and anterior left. Arrowheads show extent of cuticular holes. (A) Wild type cuticle. (B-D) <i>bsk¹</i> (JNK), <i>Cka¹</i>, and <i>aop¹</i> mutant phenotypes. (E-L) <i>acal</i> mutants. (M-M’’) Schematic representation of the <i>acal</i> locus. (M) Deficiencies used to map <i>acal</i> mutants to the intergenic region between <i>lola</i> and <i>psq</i> (for simplicity, other genes are not depicted). Boxed area in (M) is amplified in (M’). (M’) The genomic rescue construct,<i>178D09</i>, spans the full <i>acal</i> genomic region, <i>CR45135</i>, and a small part of <i>lola</i> 5’. Boxed area in (M’) is amplified in (M’’). (M’’) Parental insertion <i>P{KG09113}</i> for <i>acal¹</i> and <i>acal²</i> and insertion site of <i>acal⁶</i> are shown. Molecular lesions of <i>acal¹</i> and <i>acal²</i> are highlighted in bold. A putative poly-adenylation site is also depicted. Primer pairs numbers and amplicons used to sequence mutant alleles are also depicted. (N) A genomic rescue transgene significantly suppresses <i>acal</i> DC mutant phenotypes. Only mutant embryos with cuticle defects are shown, mutants surviving embryogenesis are not depicted (and constitute the open space above bars to amount to a hundred percent). In this and all figures, unless noted, mutant embryos were selected by lack of GFP expression, present in control embryos (possessing balancer chromosomes that express GFP). Number of animals analyzed: <i>acal^1/1</i> = 217, <i>acal^1/1;178D09</i> = 314, <i>acal^2/2</i> = 192, <i>acal^2/2;178D09</i> = 159. Chi square tests were used to assess significance. (O) Similarity tree of <i>acal</i> homologs among some sequenced Drosophilids. Bootstrap values are shown. Further genetic characterization is shown in <a href="http://www.plosgenetics.org/article/info:doi/10.1371/journal.pgen.1004927#pgen.1004927.s001" target="_blank">S1 Fig.</a></p

<i>raw</i> and <i>acal</i> act together to counteract JNK signaling.

<p>(A) Wild type cuticle. (B) Cuticle phenotype of <i>raw</i> mutant embryo. (C) Genetic interaction between <i>raw²</i> and <i>acal⁵</i> mutants. <i>raw</i>-like phenotype is depicted in (B). In <i>raw^+/+; acal^5/5</i> mutants a small percentage survives embryogenesis, and constitute the open space above the bar to amount to a hundred percent total. Number of animals analyzed: <i>raw^+/+,acal^5/5</i> = 391, <i>raw^2/+,acal^5/5</i> = 139, <i>raw^2/2,acal^+/+</i> = 366, <i>raw^2/2,acal^5/+</i> = 152, <i>raw^2/2,acal^5/5</i> = 208. Significance was assessed with chi square tests. (D-E) <i>acal</i> in situ hybridization in <i>raw²</i> mutants (n = 45; D) and heterozygous siblings (n = 106; E). Arrow in (E) points to decreased <i>acal</i> expression in the lateral epidermis. See also <a href="http://www.plosgenetics.org/article/info:doi/10.1371/journal.pgen.1004927#pgen.1004927.s005" target="_blank">S5 Fig.</a> (F-I) Scanning electron micrographs of dorsal views of adult thoraces, anterior is up. Scale bars are 100 μm. (F) <i>UAS-acal/+</i> control, (G) <i>pnr-gal4/+</i> control, and (H) over-expression of two <i>UAS-acal</i> copies. The white box in (H) is amplified in (I), depicting distances (red lines) measured to determine the thoracic cleft index, using anterior dorso-central (ADC) and posterior dorso-central (PDC) bristles as references (see <a href="http://www.plosgenetics.org/article/info:doi/10.1371/journal.pgen.1004927#sec004" target="_blank">Materials and Methods</a>). (J) Percentage change of thoracic cleft index for different experimental conditions. Mean of 15 flies +/− SEM. Significance was calculated using ANOVA and Bonferroni correction.</p