Función de Ihog, Boi, Dally y DmWif en la formación del gradiente morfogenético de Hedgehog en el disco imaginal de ala de Drosophila: análisis de la divergencia funcional de los factores Wif-1 humano y de Drosophila

Abstract

La vía de señalización de Hedgehog (Hh) es de crucial importancia en el desarrollo de numerosos organismos, estando fuertemente conservada desde Drosophila hasta humanos. Alteraciones en la vía han sido relacionadas con diversas patologías, estando su desregulación implicada en diferentes tipos de cáncer. Hh actúa como un morfógeno desencadenando distintas respuestas en función del gradiente de concentración que reciben las células. Una de las cuestiones más interesantes en biología del desarrollo es conocer cómo se establecen los gradientes morfogenéticos, ya que estos son los que determinan el grado de respuesta de la célula ante una determinada señal. En esta Tesis Doctoral se ha empleado el disco imaginal de ala de Drosophila melanogaster como modelo de estudio ya que esta estructura de carácter epitelial constituye un paradigma en el estudio de los mecanismos de señalización celular durante el desarrollo. El primer objetivo de esta Tesis Doctoral fue intentar entender cómo las distintas proteínas presentes, tanto en la membrana plasmática de las células productoras de Hh, como en la matriz extracelular (MEC) participan en el establecimiento del gradiente morfogenético de Hh. Los resultados obtenidos demuestran que las interacciones de Hh con las proteínas transmembrana de la familia de las inmunoglobulinas Ihog y Boi, con el glipicano Dally y con el factor difusible DmWif son esenciales para la correcta formación del gradiente de Hh. En líneas generales se puede concluir que Ihog, Boi y Dally favorecen la retención de Hh en las células productoras, mientras que DmWif contrarresta este efecto favoreciendo su movilidad o liberación. La interacción entre estas proteínas en la estequiometria apropiada establece la formación precisa del gradiente de Hh. Por otro lado, basándonos en nuestra hipótesis de que el gradiente de Hh se forma a través de la parte basolateral del epitelio del disco de ala se sugiere que, para la correcta secreción, la proteína Hh que se externaliza en la parte apical del epitelio se retiene por Dally y Boi, lo que promueve su reinternalización para salir a continuación por la parte basolateral del epitelio. En la segunda parte de esta Tesis Doctoral se estudió la divergencia funcional existente entre las proteínas Wif-1 de Drosophila (DmWif) y humana (WIF1). Pese a la gran conservación evolutiva entre ambas proteínas, la primera participa como un factor esencial dentro de la vía de Hh, mientras que la humana se ha caracterizado como un represor de la vía de Wnt. Ambas formas están constituidas por un dominio WIF (WD) y por cinco repeticiones de dominios EGF. Mediante la generación de proteínas quiméricas que intercambiaban los dominios de las formas humana y de Drosophila, se analizó la función de dichos dominios durante el desarrollo del ala. Se observó que mientras que el WD es el responsable de la discriminación entre Hh o Wnt, los EGFs parecen ser importantes para la interacción de estas proteínas con los glipicanos Dally y Dally-like. A pesar de ello, los resultados parecen concordar con la hipótesis de que el sinergismo entre WD y EGFs daría lugar a la conformación estructural necesaria para la correcta interacción tanto con el morfógeno como con los glipicanos.

The Hedgehog (Hh) signaling pathway plays a crucial role in development of numerous organisms, being extremely conserved from Drosophila to humans. Disruptions in the pathway give rise to a variety of congenital disorders while its upregulation is implicated in different types of cancer. One of the most interesting issues in developmental biology is how the morphogenetic gradients are established, because these gradients define the response of receiving cells to different levels of a specific signal. In this Doctoral Thesis the Drosophila melanogaster wing imaginal disc was employed as a model system because this epithelial structure is a paradigm in the study of morphogenetic signals. The first goal of this work was to have a better knowledge of how transmembrane and ECM (Extra cellular matrix) proteins participate in Hh gradient formation. Our results show that interaction between Hh, the immunoglobulin-like proteins Ihog and Boi, the glypican Dally and the diffusible factor DmWif is essential for a proper Hh gradient formation. We conclude that Ihog, Boi and Dally act to promote Hh retention while DmWif counteracts this effect favoring its motility. Therefore, equilibrium between all these factors has to exist to regulate the gradient in a precise manner. In addition, based on our hypothesis that Hh gradient is formed through the basolateral part of the disc epithelium, we suggest that an apical Hh retention promoted by Dally and Boi would facilitate a recycling process previous to Hh basolateral release. In the second part of this Thesis, we analyzed the functional divergence between Drosophila (DmWif) and human (WIF1) Wif-1 proteins. Despite the high evolutionary conservation between these proteins, the first one is implicated in Hh signaling pathway, while the second one has been described as an antagonist of Wnt signaling. Both, DmWif and WIF1, contain a WIF domain (WD) and five EGF repetitions. The analysis of the behavior of the chimeric proteins made by exchanging the WD and EGF domains demonstrates that the WD determines the specificity for Hh or Wnt. We also demonstrate that the EGFs are important for the interaction of Wif-1 proteins with the glypicans Dally and Dally-lyke. Nonetheless, the results of this work support the idea of a synergism between WD and EGF that give rise to the correct interaction with both, the morphogen and the glypicans.