Dissecting signaling pathways that control glia migration in the developing Drosophila retina

Abstract

The function of a complex nervous system relies on an intricate interaction between neurons and glial cells. However, as glial cells are generally born distant from the place where they settle, molecular cues are important to direct their migration. Glial cell migration is important in both normal development and disease, thus current research in the laboratory has been focused on dissecting regulatory events underlying that crucial process. With this purpose, the Drosophila eye imaginal disc has been used as a model. In response to neuronal photoreceptor differentiation, glial cells migrate from the CNS into the eye disc where they act to correctly wrap axons. To ensure proper development, attractive and repulsive signals must coordinate glial cell migration. Importantly, one of these signals is Bnl, a Fibroblast Growth Factor (FGF) ligand expressed by retinal progenitor cells that was suggested to act as a non-autonomous negative regulator of excessive glial cell migration (overmigration) by binding and activating the Btl receptor expressed by glial cells. Through the experimental results described in chapter 3 we gained a detailed insight into the function of bnl in eye disc growth, photoreceptor development, and glia migration. Interestingly, we did not find a direct correlation between the defects on the ongoing photoreceptors and the glia overmigration phenotype; however, bnl knockdown caused apoptosis of eye progenitor cells what was strongly correlated with glia migration defects. Glia overmigration due to Bnl down-regulation in eye progenitor cells was rescued by inhibiting the pro-apoptotic genes or caspases activity, as well as, by depleting JNK or Dp53 function in retinal progenitor cells. Thus, we suggest a cross-talk between those developmental signals in the control of glia migration at a distance. Importantly, these results suggest that Bnl does not control glial migration in the eye disc exclusively through its ability to bind and activate its receptor Btl in glial cells. We also discuss possible biological roles for the glia overmigration in the bnl knockdown background. Previous results in the lab showed an interaction between dMyc, a master regulator of tissue growth, and Dpp, a Transforming Growth Factor-β important for retinal patterning and for accurate glia migration into the eye disc. Thus, we became interested in understanding putative relationships between Bnl and dMyc. In chapter 4, we show that they positively cooperate in order to ensure proper development of the eye disc. This work highlights the importance of the FGF signaling in eye disc development and reveals a signaling network where a range of extra- and intra-cellular signals cooperate to non-autonomously control glial cell migration. Therefore, such inter-relations could be important in other Drosophila cellular contexts, as well as in vertebrate tissue development.

A interação precisa entre neurónios e células da glia é fundamental para a função do sistema nervoso. Contudo, como estas são, frequentemente, produzidas em locais distantes de onde desempenham a sua função, sinais molecular são importantes para direccionar a sua migração. A migração da glia está envolvida tanto no desenvolvimento do sistema nervoso como em doenças, pelo que é interesse do laboratório compreender mecanismos regulatórios subjacentes a este processo biológico. Com este propósito, o disco imaginal do olho de Drosophila tem sido usado como modelo. Em resposta à diferenciação dos foto-receptores neuronais, as células da glia migram do sistema nervoso central para o disco do olho onde são responsáveis por organizar espacialmente os axónios. Para garantir o desenvolvimento correcto deste processo, sinais atractivos e repulsivos coordenam a migração da glia. Um destes sinais é Bnl, um ligando da via Fibroblast Growth Factor (FGF), expresso pelas células progenitoras dos foto-receptores. Foi sugerido que este ligando actua como um regulador não-autónomo negativo da migração de glia por se ligar e activar o receptor Btl expresso em glia. Os nossos resultados experimentais representam um novo contributo no conhecimento da função de bnl no crescimento do disco do olho, no desenvolvimento dos foto-receptores e na migração da glia. Interessantemente, não foi descoberta uma relação directa entre defeitos nos foto-receptores e o fenótipo de exagerada migração da glia; contudo, o knockdown de bnl causou a morte por apoptose de células progenitoras do olho, o que se revelou fortemente relacionado com os defeitos na migração da glia. A exagerada migração da glia devido à depleção de Bnl nas células progenitoras do olho foi corrigida através da inibição tanto de genes pró-apoptóticos, como da actividade de caspases, assim como, através da depleção da função de JNK ou Dp53 nas células progenitoras de retina. Desta forma, nós sugerimos uma inter-comunicação coordenada entre estes sinais inter-celulares no controlo, à distancia, da migração da glia. Para além disso, estes resultados hipotetizam que Bnl não controla a migração da glia no disco do olho exclusivamente através da sua capacidade de se ligar e activar o receptor Btl nas células da glia. Não menos importante, nós também discutimos possíveis razões biológicas para o excesso de migração de glia quando Bnl é depletado. Resultados obtidos anteriormente no laboratório mostraram uma interacção entre dMyc, uma regulador chave de crescimento tecidular, e Dpp, um Transforming Growth Factor-β importante tanto na formação da retina como na exacta migração da glia no disco do olho. Assim sendo, surgiu interesse em compreender possíveis relações entre Bnl e dMyc. Aqui, nós mostramos que este sinais cooperam positivamente de forma a assegurar o correcto desenvolvimento do disco do olho. Este trabalho realça a importância da sinalização activada por FGF no desenvolvimento do disco do olho e revela uma rede de sinalização onde uma variedade de sinais extra- e intra-celulares cooperam para, não autonomamente, controlarem a migração da glia. Esta inter-comunicação entre sinais biológicos pode ser importante noutros contextos celulares em Drosophila, assim como no desenvolvimento de tecidos em vertebrados.