Ο ρόλος των ενεργοποιητικών περιοχών του προνευρικού συμπλόκου Daughterless/Scute στη μεταγραφική ρύθμιση της νευρογένεσης

Abstract

The peripheral nervous system of Drosophila melanogaster is a very good model system for the study of cell differentiation and pattern formation. Sensory organ precursor (SOP) specification is triggered by the activity of a group of basic helix-loop-helix transcription factors the so called proneural activators, whose expression endows ectodermal regions with neural potential. Achaete/ Scute (Ac/Sc) proteins are among the proneural activators and they act as heterodimers with the the ubiquitously expressed bHLH protein Daughterless (Da). The activity of the proneural complex is antagonized by the Enhancer of split (E(spl)) proteins which belong to a different bHLH subclass, the so called bHLH-Orange proteins. Both proneural and bHLH-O proteins have conserved structures and functions in nervous system development across the metazoans. Previous studies have shown that the E(spl) proteins interact directly with the proneural proteins and their partner Da. More specifically, the E(spl) interact with Scute activation domain (ScTAD) via their bHLH domain and with the N- terminus of Daughterless via their orange domain. In this work we analysed the role of Daughterless in peripheral neurogenesis. Our studies revealed that Daughterless has two activation domains in the N terminus. The AD1 domain and the LH domain. We analyzed the role played by the activation domains of the Da/Sc complex in peripheral neurogenesis. Whereas Da and Sc are each necessary for the development of external sensory organs (bristles), none of the three AD's is strictly required. Nevertheless, the simultaneous deletion of AD1 and LH potently inhibits neurogenesis, despite the presence of ScTAD and residual transcriptional activity of the complex. We also found that the AD1 domain is the interacting domain with the E(spl). Therefore, besides the well-documented role of providing a heterodimerization partner for Sc, Da serves two more functions: (a) it provides essential AD's for the activation of proneural target genes and (b) it contributes (via AD1) to the ability to recruit the E(spl) proneural antagonists.

Το περιφερικό νευρικό σύστημα της Drosophila melanogaster είναι ιδανικό σύστημα-μοντέλο για την μελέτη της κυτταρικής διαφοροποίησης και του σχηματισμού προτύπου. Η επιλογή του προδρόμου κυττάρου του αισθητηρίου οργάνου (ΠΑΟ), καθορίζεται από τη δράση μίας ομάδας bHLH μεταγραφικών παραγόντων, τους ονομαζόμενους προνευρικούς ενεργοποιητές, των οποίων η έκφραση προσδίδει στα κύτταρα του εκτοδέρματος την δυνατότητα να ακολουθήσουν τη νευρική τύχη. Τέτοιοι προνευρικοί ενεργοποιητές είναι οι πρωτεΐνες Achaete/ Scute (Ac/Sc) που δρουν σαν ετεροδιμερή με την ομοιόμορφα εκφραζόμενη bHLH πρωτεΐνη Daughterless (Da). Τη δράση του προνευρικού συμπλόκου ανταγωνίζονται οι πρωτεΐνες Enhancer of split (E(spl)) που ανήκουν στην κατηγορία των bHLH-Orange μεταγραφικών παραγόντων. Τόσο οι προνευρικές όσο και οι bHLH-Orange πρωτεΐνες έχουν συντηρημένες δομές και λειτουργίες στην ανάπτυξη του νευρικού συστήματος στα μετάζωα. Προηγούμενες μελέτες υπέδειξαν ότι οι E(spl) αλληλεπιδρούν άμεσα με τις προνευρικές πρωτεΐνες και τη Da. Πιο συγκεκριμένα, οι E(spl) αλληλεπιδρούν με την ενεργοποιητική περιοχή της Sc (ScTAD) μέσω της bHLH περιοχής τους και με την αμινοτελική περιοχή της Da μέσω της περιοχής orange. Στην παρούσα εργασία αναλύσαμε το ρόλο της Da στην περιφερική νευρογένεση. Οι μελέτες μας υπέδειξαν ότι το αμινοτελικό τμήμα της Da διαθέτει δύο ενεργοποιητικές περιοχές, την AD1 και τη LH περιοχή. Αναλύσαμε το ρόλο των ενεργοποιητικών περιοχών του προνευρικού συμπλόκου Da/Sc στην περιφερική νευρογένεση. Ενώ οι Da και Sc είναι και οι δύο απαραίτητες για την ανάπτυξη των εξωτερικών αισθητηρίων οργάνων (σμηρίγγων), καμία από τις τρεις ενεργοποιητικές περιοχές δε φαίνεται να είναι απόλυτως απαραίτητη για αυτή τη δράση. Παρ’όλα αυτά, η ταυτόχρονη αφαίρεση των δύο ενεργοποιητικών περιοχών της Da εμποδίζει τη διαδικασία της νευρογένεσης παρά την ύπαρξη της ScTAD και μιας ελάχιστης ενεργοποιητικής δράσης από αυτό το σύμπλοκο. Διαπιστώσαμε επίσης ότι η AD1 περιοχή είναι και περιοχή αλληλεπίδρασης με τις E(spl). Όλα τα παραπάνω κάνουν ξεκάθαρο ότι η Da εκτός από τον καλά εδραιωμένο της ρόλο σαν παρτενέρ του Sc, έχει δύο ακόμα λειτουργίες: α) παρέχει σημαντικές ενεργοποιητικές περιοχές για την ενεργοποίηση των γονιδίων στόχων των προνευρικών πρωτεϊνών και β) συμβάλλει μέσω της AD1 περιοχής στη στρατολόγηση των E(spl) προνευρικών ανταγωνιστών.