Az elsődleges immunválasz tokképző reakciójának molekuláris genetikai alapjai Drosophila melanogasterben = The molecular basis of the encapsulation reaction in Drosophila melanogaster

A Drosophila melanogaster paraziták elleni tokképző reakcióját vizsgáltuk az immunsejteken általunk korábban definiált molekulák felhasználásával. Azonosítottuk a paraziták petéit tokba záró lamellocitákon kifejeződő fehérjét kódoló atilla gént. Az Atilla fehérje egy glikozilfoszfatidilinozitol horgonyozó hellyel rendelkező transzmembrán molekula, a Ly6 szupercsalád tagja, az első olyan lipid raftokkal asszociált fehérje, mely Drosophila vérsejtjein fejeződik ki. A Drosophila melanogaster genomjában 24 atilla-szerű gént találtunk. Az atilla gén közelében azonosítottuk a minos inszerciót, mely az atilla gén lamellocita specifikus enhanszerét csapdázva egyedi eszközként szolgál a lamellociták in vivo nyomonkövetésében. A lamellocitákon kifejeződő L4 antigénről megállapítottuk, hogy az a myospheroid gén által kódolt bétaPS integrin. Genetikai sejtvonal jelöléssel azt találtuk, hogy a molekulát kifejező sejtek a tokképző reakció során morfológiai változáson mennek át, lamellocitákká alakulásuk közben elveszítik fagocitáló képességüket, alátámasztva a veleszületett immunitás sejtes elemeinek nagyfokú morfológiai és funkcionális plaszticitását. Az L2 molekula a lamellocita sejtvonal irányban véglegesen elkötelezett sejtekben feltehetőleg az aktinnal képez molekula-komplexet. A Drosophila lárva szesszilis vérsejtjeiről megállapítottuk, hogy funkcionálisan egységes szövetet képeznek, melyből származó sejtek szolgálnak a parazita darázs petéje elleni immunválasz elsődleges forrásául. | Our studies focus on the regulation of cell mediated immunity in Drosophila model organism by the aid of the molecular markers -, in particular the lamellocyte specific L1, L4 and L2 molecules - defined by us previously. The atilla gene - encoding for the L1 protein - is expressed by lamellocytes and their precursors, cells, forming multilayer capsules around parasite eggs. The atilla gene product is a glycosylphosphatidylinositol anchored cell-surface protein, a member of the Ly6 superfamily, the first molecule that has been identified as a cell surface molecule associated with lipid rafts in Drosophila blood cells. We found 24 atilla-like genes in the genome, organized in four clusters. A minos insertion discovered in the neighbourhood of the atilla gene is suitable for in vivo detection of lamellocytes. The L4 protein is an integrin betaPS encoded by the Drosophila myospheroid gene. Our genetic lineage tracing experiments showed that hemocytes expressing L4 undergo marked morphological and functional changes, the observation, that revealed the morphological and functional plasticity of cellular components of the innate immune system in Drosophila. The L2 molecule most likely forms a molecular-complex with actin at the terminal stage of lamellocyte differentiation. These molecular markers also helped us to define the sessile hemocytes as a functional hematopoietic compartment serving as the main source of lamellocytes in the course of the cell mediated immune response

A vérsejtképzés és a veleszületett immunitás funkcionális genomikai analízise Drosophilában = Functional genomic analysis of the hematopoiesis and the innate immunity in Drosophila

A Pályázat adta keretek lehetővé tették a Drosophila melanogaster veleszületett immunitásának vizsgálatában kapott korábbi eredményeink értelmezését, valamint a vizsgálatok új irányokba történő kiterjesztését. Meghatároztuk több, korábban vérsejtantigénként jellemzett molekula kódoló génjét. Jellemeztük több, általunk korábban azonosított Drosophila vérsejtantigén funkcióját, azonosítottunk több, az embrióban, a lárvában és a kifejlett rovarban megnyilvánuló vérsejtantigént, és genomszintű genetikai screent kezdtünk "in vivo", melynek segítségével a vérsejtdifferenciálódást szabályozó géneket azonosítottunk. A vérsejtantigének jellemzése, "in vivo" használható genetikai konstruktok létrehozása és a genetikai screen során kapott előzetes eredmények alapján egy eddig nem azonosított immunológiai kompartmentum létét feltételeztük. | The Grant made possible the assessment and the extension of our earlier results and observations on the innate immunity of Drosophila melanogaster. We identified the coding genes for molecules, identified earlier as blood cell antigens in Drosophila, and determined their function and involvement in the regulation of blood cell development. Furthermore, we identified novel markers for embryonic and larval hemocytes and those of the adult Drosophila. We initiated a genome-wide genetic screen 'in vivo' and identified genes regulating blood cell development. Preliminary results obtained in the course of the genetic screen and the development of genetic constructs allowed us to postulate the presence of a so far unidentified 'niche' for blood cell development in Drosophila

Definition of Drosophila hemocyte subsets by cell-type specific antigens.

We analyzed the heterogeneity of Drosophila hemocytes on the basis of the expression of cell-type specific antigens. The antigens characterize distinct subsets which partially overlap with those defined by morphological criteria. On the basis of the expression or the lack of expression of blood cell antigens the following hemocyte populations have been defined: crystal cells, plasmatocytes, lamellocytes and precursor cells. The expression of the antigens and thus the different cell types are developmentally regulated. The hemocytes are arranged in four main compartments: the circulating blood cells, the sessile tissue, the lymph glands and the posterior hematopoietic tissue. Each hemocyte compartment has a specific and characteristic composition of the various cell types. The described markers represent the first successful attempt to define hemocyte lineages by immunological markers in Drosophila and help to define morphologically, functionally, spatially and developmentally distinct subsets of hemocytes

Sperm-Leucylaminopeptidases are required for male fertility as structural components of mitochondrial paracrystalline material in Drosophila melanogaster sperm

Drosophila melanogaster sperm reach an extraordinary long size, 1.8 mm, by the end of spermatogenesis. The mitochondrial derivatives run along the entire flagellum and provide structural rigidity for flagellar movement, but its precise function and organization is incompletely understood. The two mitochondrial derivatives differentiate and by the end of spermatogenesis the minor one reduces its size and the major one accumulates paracrystalline material inside it. The molecular constituents and precise function of the paracrystalline material have not yet been revealed. Here we purified the paracrystalline material from mature sperm and identified by mass spectrometry Sperm-Leucylaminopeptidase (S-Lap) family members as important constituents of it. To study the function of S-Lap proteins we show the characterization of classical mutants and RNAi lines affecting of the S-Lap genes and the analysis of their mutant phenotypes. We show that the male sterile phenotype of the S-Lap mutants is caused by defects in paracrystalline material accumulation and abnormal structure of the elongated major mitochondrial derivatives. Our work shows that S-Lap proteins localize and accumulate in the paracrystalline material of the major mitochondrial derivative. Therefore, we propose that S-Lap proteins are important constituents of the paracrystalline material of Drosophila melanogaster sperm

A Drosophila melanogaster sejt-közvetítette immunitása = The cell mediated immunity of Drosophila melanogaster

A Projekt keretében a.) a vérsejtmarker panelt in vivo lamellocita markerrel egészítettük ki. b.) a Trol molekulát, az apoptotikus sejteket felismerő receptorként definiáltuk. c.) jellemeztük az immunkompartmentumok funkcióit és meghatároztuk a sejtes elemek eredetét. A vérsejtképző kompartmentumok az embrióban és a lárvában egymástól elhatároltak, míg az immunválasz során valamennyi kompartmentum részt vesz a vérsejtek képzésében. A lamellociták fejlődése több lépésben zajlik a szesszilis szövet kezdeti és fő részvételével. A lamellociták plazmatocita jellegű sejtekből képződnek ezért igazoltnak látjuk, hogy a fagocita sejtek nem terminálisan differenciálódott sejtek, hanem immunindukciót követően lamellocitákká alakulhatnak, mely nagyfokú plaszticitásukat mutatja. d.) immun-modulként jellemezhető génklasztert azonosítottunk Drosophilában és egyéb rovarfajokban. A génklaszter egyes tagjai részt vesznek a mikróbák opszonizálásában, sejthez kötésében és a fagocitózis folyamatában. e.) a sejt közvetítette immunitás eddig ismeretlen formáját találtuk és jellemeztük egyes Drosophila fajokban. A tokképző reakcióban sokmagvú óriássejtek vesznek részt, melyek a gerinces szervezetek egyes granulómáira jellemző óriássejtekhez hasonlítanak. f.) veleszületett immunitás témájú kurzusokat tartottunk és szakdolgozókat valamint Ph.D. hallgatókat foglalkoztatunk a laboratóriumban. | In the framework of the Project we: a.) expanded the hemocyte marker panel with an in vivo lamellocyte marker. b.) defined Trol as a receptor molecule for apoptotic cells on plasmatocytes. c.) characterized the cellular elements of the immune compartments with respect to function and origin. The hematopoietic compartments are separated during the embryonic and larval development however, in the course of the cell mediated immune response all compartments contribute to the development of effector cells. The differentiation of lamellocytes occurs in sequence with the initial and major contribution of the sessile hematopoietic tissue. The lamellocytes differentiate from precursors with the characteristics of plasmatocytes therefore it is proposed that phagocytic cells are not terminally differentiated cells but upon immune stimulation they may become lamellocytes, illustrating their striking plasticity. d.) identified a gene cluster instrumental in cell mediated immunity in Drosophila and in insects, in general. The members of the gene cluster encode proteins apparently involved in binding, opsonization, and phagocytosis of bacteria. e.) found a novel form of the cell mediated immunity of Drosophila species. The encapsulation reaction involves the contribution of multinucleated giant hemocytes resembling to multinuclear giant cells in granuloma formation in vertebrates. f.) ran courses in innate immunity and trained undergraduate and graduate students in the laboratory

A Drosophila melanogaster sejtes immunitása = The cellular immunity of Drosophila melanogaster

A Drosophila sejtközvetítette immunválaszának szabályozását vizsgáltuk valamint molekuláris immunológiai és genetikai ismeretek elsajátítását és projekt építését tettük lehetővé a tudomány iránt érdeklődő diákok és kutatók számára.Adult Drosophila vérsejtjeire, makrofágokra és a lamellocitákra jellemző markereket azonosítottunk.Az L5 antigén a lamellociták differenciálódásának a szuppresszora.A P1 antigénről (Nimród) megállapítottuk, hogy részt vesz a fagocitózisban.A P1 molekula jellegzetes motívumot hordoz (Nim-repeat),mely egy szupercsaládot határoz meg:tagjai a kódoló gén közvetlen környezetében helyezkednek el. Javaslatot tettünk a Nim repeat kialakulásának a modelljére,leírtuk a Nimród szuprcsalád lehetséges evolúcióját.A vérképzést és a vérsejtek funkcióit szabályozó géneket és molekulákat azonosítottunk.Egy epigenetikus regulátorról megállapítottuk,hogy a vérsejtek osztódását,egy mestergénről pedig,hogy a lamellociták differenciálódását szabályozza.RNSi mutánsgyűjteményben a szesszilis szövet kialakulásában résztvevő génterméket azonosítottunk.Megállapítottuk, hogy a lamellociták a szesszilis szövetből származnak,effektorsejtekké történő differenciálódásuk lépései immunológiai markerekkel nyomonkövethetők.Eddig nem ismert sejteket találtunk Drosophila fajokban és a jellemzésükre alkalmas immunológiai markereket azonosítottunk.Az általunk felismert markereket a Drosophila vérsejt-differenciálódását és funkcióit vizsgáló laboratóriumokban rutinszerűen használják. | We studied the regulation cellular immunity of Drosophila and developed a training-unit based on the research and teaching experience of our multidisciplinary team, with a broad interest in molecular immunology. Results: We identified markers for embryonic macrophages, lamellocytes and blood cells of the adult fly. We described the L5 antigen as a suppressor of lamellocyte development. We defined P1 antigen (Nimrod) as a phagocytosis receptor with a structurally and phylogenetically conserved characteristic unit, the Nim repeat. The repeat defines a superfamily with members located in the close proximity of the p1 gene. We suggested a model for the origin of the Nim repeat, and described the possible evolution of the superfamily. We defined an epigenetic regulator of blood cell differentiation and a master gene regulating the development of lamellocytes. We defined the sessile hematopoietic tissue as the source of lamellocytee precursors. We characterized sequential events in lamellocyte development from sessile stem cells to mature lamellocytes by sequential expression of lamellocyte antigens. We found so far undefined cell types in Drosophila species and developed immunological markers for them. The hemocyte markers defined in our laboratory are used worldwide routinely in studies of blood cell development and function in Drosophila

Reduced expression of CDP-DAG synthase changes lipid composition and leads to male sterility in Drosophila

Drosophila spermatogenesis is an ideal system to study the effects of changes in lipid composition, because spermatid elongation and individualization requires extensive membrane biosynthesis and remodelling. The bulk of transcriptional activity is completed with the entry of cysts into meiotic division, which makes post-meiotic stages of spermatogenesis very sensitive to even a small reduction in gene products. In this study, we describe the effect of changes in lipid composition during spermatogenesis using a hypomorphic male sterile allele of the Drosophila CDP-DAG synthase (CdsA) gene. We find that the CdsA mutant shows defects in spermatid individualization and enlargement of mitochondria and the axonemal sheath of the spermatids. Furthermore, we could genetically rescue the male sterile phenotype by overexpressing Phosphatidylinositol synthase (dPIS) in a CdsA mutant background. The results of lipidomic and genetic analyses of the CdsA mutant highlight the importance of correct lipid composition during sperm development and show that phosphatidic acid levels are crucial in late stages of spermatogenesis