Regulation of the Hedgehog signalling pathway in Drosophila melanogaster

• Auteur / Autrice : Katie Louise Ayers
• Direction : Pascal Therond
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Nice ; 1992-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéoglycanes

Drosophiles

Morphogenèse

Transduction du signal cellulaire

Mots clés libres

Hedgehog

Résumé

Les morphogènes de la famille Hedgehog (Hh) contrôlent la prolifération cellulaire et la différentiation tissulaire au cours de développement des invertébrés et des vertébrés. La dérégulation du morphogène Hh ou des composants de sa voie de signalisation aboutit à des malformations développementales importantes, et à de nombreux cancers. Durant ma thèse j'ai tenté de répondre à plusieurs questions en suspends concernant le mouvement de Hh, sa réception et sa signalisation en utilisant comme modèle le disque imaginal d'aile de Drosophila melanogaster. Le ligand Hh est sécrété à partir d'un groupe de cellule et se propage au tissue environnent pour y déclencher une réponse cellulaire selon un gradient de concentration. Les mécanismes exacts de la propagation du ligand Hh à travers la matrice extracellulaire ne sont pas encore élucidés. Pour résoudre ceci, nous avons analysé le gradient morphogénétique de Hh dans l'épithélium du disque imaginal d'aile en formation. Nous observons deux gradients différents: l'un se situe au niveau du compartiment baso-lateral et est impliqué dans la signalisation à courte distance, l’autre se forme à la surface apicale et est nécessaire pour l'action à longue distance de Hh. En modifiant la quantité de Hh à l’apicale des cellules productrices nous avons démontré qu’il est biologiquement actif. De plus nous avons montré que le glypican Dally stabilise Hh à la surface apicale des cellules et que son clivage (probablement via l'hydrolase Notum) est impliqué dans la propagation du gradient de Hh. Ces résultats aident à la compréhension des mécanismes de propagation du signal Hh. La seconde partie de ma thèse s'est attachée à comprendre la signalisation Hh dans les cellules réceptrices. Nous savions déjà que le glypican Dally et l'hydrolase Notum étaient impliquées. Nous avons donc caractérisé le rôle de ses protéines en montrant qu'elles sont exclusivement impliquées dans l'activation des gènes cibles nécessitant de haut niveau de Hh. De plus Dally apparaît internalisée de façon Ptc-dépendante (le récepteur de Hh). En plus l'activité Notum semble promouvoir l’internalisation de Dally avec Hh, et ainsi augmenter le niveau de signalisation. Nous suggérons que Dally et Notum jouent un rôle important dans la pour le haut niveau de signalisation d’Hh. En absence de Hh, le récepteur Ptc inhibe l'activité de Smoothened (Smo) qui ne peut transmettre le signal dans la cellule. Le mécanisme exact de répression de Ptc sur Smo n'est pas résolu. Cependant, nous avons identifié un nouveau composant, Tow (Target of Wingless), qui agit comme répresseur de la voie Hh en aval de Ptc et en amont de Smo. Ainsi Tow est un lien intéressant pour élucider les mécanismes de répression mis en jeux entre Ptc et Smo. Tow est un nouveau répresseur de la voie qui pourrait représenter l'homologue de Drosophile, d'une famille de protéine encore non caractérisée fonctionnellement.

The Hedgehog (Hh) family of morphogens control cellular proliferation and tissue patterning during organogenesis, in both invertebrates and vertebrates. Deregulation of the Hh morphogen or its signalling pathway can lead to devastating developmental defects, and inappropriate Hh pathway signalling has been implicated in the cause and maintenance of numerous cancers. My thesis has aimed to address several key questions remaining concerning Hh morphogen spreading, reception and signalling, using Drosophila melanogaster, particularly the wing imaginal disc, as a model system. The Hh ligand is secreted from a subset of cell, and spreads to surrounding tissue to turn on its signalling pathway, eliciting a cellular response in a gradient dependant manner. The exact mechanism of Hh spreading through the extracellular matrix has not been apparent. To address this, we have closely monitored the endogenous Hh gradient in the wing imaginal disc. We describe two different Hh gradients, one which is presented at the baso-lateral cell pole and appears to spread short-range, the second which is apical and represents a long range gradient. By augmenting or reducing the levels of Hh presented apically in secreting cells, we have been able to modify this long range gradient, indicating that apically released Hh forms the biologically active gradient. Furthermore, we have demonstrated that the extracellular matrix protein, Dally, regulates apical levels of Hh, and that its release, perhaps by the hydrolase Notum, promotes Hh spreading through the apical plane. These data have filled an important gap in understanding how Hh forms its morphogen gradient. The second part of my thesis has been directed at understanding Hh signalling in the Hh receiving cells. Previous data has suggested a role for the glypican Dally, and hydrolase Notum. Thus, we have characterised the role of these proteins, establishing that they are involved in the activation of high level targets of Hh, but are dispensable for low level signalling. Furthermore, Dally appears to be internalised in a Ptc dependant manner, and regulation by Notum appears to promote this internalisation with Ptc and Hh, thus increasing signalling. We suggest that Dally and Notum play an important role in high level signalling response of Hh receiving cells. In the absence of Hh, the Hh-receptor Patched (Ptc) represses the protein Smoothened (Smo), and turns off all pathway signalling. The exact mechanism of Ptc repression of Smo is still unclear. We have identified a novel pathway protein, Tow (Target of Wingless). On closer inspection, we have found that Tow represses the Hh pathway upstream or at the level of Smo, but downstream of Ptc, thus representing an interesting link between these two proteins. We show that Tow represents the Drosophila member of a previously uncharacterised protein family, and is a novel repressor of the Hh pathway.