Regulation of expression of the cell adhesion molecule Echinoid and its effect on the actin cytoskeleton during Drosophila melanogaster development

Abstract

Echinoid (Ed) is a homophilic cell adhesion molecule previously implicated in the regulation of the actin cytoskeleton during the development of Drosophila melanogaster. In the ovary, borders between populations of follicle cells that express Ed and those that lack Ed are associated with localized contractile actomyosin structures that function in the normal morphogenesis of this epithelium. Such contractile actomyosin structures also assemble at the borders of ed mutant follicle cell clones, which develop smooth interfaces with surrounding Ed-expressing cells. In the embryo, a differential Ed-expression border between the embryonic epidermis and the amnioserosa is likewise associated with a contractile actomyosin cable.Since Ed protein becomes asymmetrically localized in Ed-expressing cells that are adjacent to cells without Ed, a model for Ed function has been proposed in which the planar polarized distribution of Ed induces actomyosin cable assembly at interfaces of differential Ed expression. However, such localized actomyosin cable formation could also be explained by an alternative model in which Ed acts as a negative regulator of actomyosin assembly at interfaces where it is localized. Here, I investigate these two alternative models for Ed function in the regulation of the actin cytoskeleton by analyzing ed mutant clones in the ovary. By analyzing the effect of ed mutant clone size on apical area of ed mutant cells I provide evidence that apical area of ed mutant cells is affected by actomyosin contractility generated at clone borders, consistent with the hypothesis that actomyosin assembly is induced by the asymmetric distribution of Ed in cells surrounding ed clones. I also present data that suggest that the actomyosin component F-actin is enriched at the borders of ed mutant clones relative to interfaces between ed mutant cells or between Ed-expressing cells, consistent with the hypothesis that asymmetric distribution of Ed induces actomyosin cable assembly at this site. However, my analysis also reveals that F-actin accumulates at interfaces between ed mutant cells at higher than levels at interfaces between Ed-expressing cells. Therefore, this finding suggests a potential role for Ed in the negative regulation of actomyosin.Since the upstream factors that establish the differential expression of Ed between the embryonic epidermis and amnioserosa during dorsal closure are unknown, I also investigated the transcription factor Grainyhead (Grh) as a candidate regulator of Ed expression in the embryo. I found that although ectopic expression of Grh is sufficient to induce the ectopic expression of Ed in the amnioserosa, grh function is not required for the normal expression of Ed in the embryonic epidermis or in the ovary. These findings suggest that other factors are responsible for the regulation of Ed in the ovary and the embryo, and for the establishment of differential Ed expression interfaces in these tissues.Echinoid (Ed), une molécule d'adhésion homophilique, a précédemment été impliquée dans la régulation du cytosquelette d'actine durant le développement chez la drosophile (Drosophila melanogaster). Dans l'ovaire, des structures contractiles d'actomyosine sont associées à la frontière entre les cellules folliculaires exprimant Ed et celles n'exprimant pas Ed. Ces structures ont une fonction au cours de la morphogénèse de l'épithélium folliculaire ovarien normal. Une telle structure contractile d'actomyosine est aussi visible à la limite entre les clones de cellules folliculaires mutantes pour ed et les cellules folliculaires normales de l'épithélium, créant ainsi une délimitation lisse entre les deux populations de cellules. Dans l'embryon, une expression différentielle endogène d'Echinoid est aussi retrouvée entre les cellules épidermiques et les cellules de l'amniosérose, menant à l'assemblage d'un câble contractile d'actomyosine. Dans les cellules exprimant Ed adjacentes à celles n'exprimant pas Ed, la protéine Ed sera asymétriquement localisée, d'où le modèle proposé pour la fonction d'Echinoid où la distribution polarisée plane d'Ed induit l'assemblage d'un câble d'actomyosine à l'interface d'une expression différentielle d'Ed. Toutefois, le modèle alternatif propose que la protéine Echinoid agisse comme un régulateur négatif sur l'assemblage d'un câble d'actomyosine aux interfaces où elle est localisée. Le projet présenté ici étudie ces deux modèles alternatifs par l'analyse des clones de cellules mutantes pour ed dans l'ovaire. L'analyse de l'effet de la taille des clones de cellules mutantes pour ed sur l'aire apicale de ces cellules mutantes démontre que cette aire apicale est affectée par la contraction du câble d'actomyosine généré à la frontière du clone de cellules mutantes. Ceci est cohérent avec l'hypothèse voulant que l'assemblage du câble d'actomyosine soit induit par une distribution asymétrique d'Ed dans les cellules entourant un clone de cellules mutantes pour ed. De plus, les données révèlent que l'actine F, un composant du câble d'actomyosine, est enrichi à la frontière entre les cellules mutantes pour ed et les cellules de type normal exprimant Ed par rapport aux différents interfaces entre ces cellules elles-mêmes. Ceci appuie l'hypothèse que la distribution asymétrique d'Ed induit l'assemblage d'un câble d'actomyosine à cet endroit. Toutefois, l'analyse révèle également que l'actine F s'accumule aux interfaces entre les cellules mutantes pour ed à des niveaux plus élevés qu'aux interfaces entre les cellules exprimant Ed. Ce résultat suggère un rôle probable pour Ed dans la régulation négative du câble d'actomyosine.Les facteurs impliqués en amont pour établir une expression différentielle d'Ed entre les cellules épidermiques et les cellules de l'amniosérose durant l'étape de fermeture dorsale de l'embryon sont encore inconnus. Le facteur de transcription Grainyhead (Grh) a ainsi été évalué comme candidat à la régulation de l'expression d'Ed dans l'embryon. Bien qu'une expression ectopique de Grh est suffisante pour induire l'expression d'Ed dans les cellules de l'amniosérose, la fonction de Grh n'est pas requise pour l'expression normale d'Ed dans les cellules épidermiques embryonnaires ou dans l'ovaire. Ces résultats suggèrent que d'autres facteurs soient responsables de la régulation d'Echinoid dans l'ovaire et dans l'embryon ainsi que pour l'établissement d'une expression différentielle d'Ed dans ces tissus