Análisis del proceso de regeneración in situ en los discos imaginales de Drosophila melanogaster

Resum

RESUMEN Existen muchos animales que muestran una gran capacidad para regenerar tejidos e incluso órganos completos. Cuáles son los procesos celulares y genéticos que controlan esta capacidad es uno de los problemas más interesantes de la biología del desarrollo. Los discos imaginales de Drosophila melanosgaster son un sistema modelo idóneo para estudiar este proceso. El método clásico para estudiar la regeneración en Drosophila ha sido la realización de cultivos "in vitro" o ¿in vivo¿ de tejidos en regeneración. Una de las desventajas de estos métodos, es que es imposible reproducir las condiciones fisiológicas que se producen durante el desarrollo normal. Además, el tipo de manipulación al que se ven sometidos los discos provoca un estrés severo a éstos, que da lugar a distintas respuestas celulares no asociadas a la regeneración, como incremento de muerte celular o una parada temporal de la división. Recientemente, ha sido desarrollado un método ¿no-quirúrgico¿ para la inducción de muerte celular masiva en regiones concretas de los discos de forma temporal, después de la cual, se puede analizar el proceso de recuperación de los mismos. Esta técnica imita algunos aspectos de la ablación microquirúrgica, aunque hay diferencias importantes entre estos dos métodos. Por ejemplo, la sobreexpresión de un inductor de muerte celular no es suficiente para matar todas las células del territorio diana, de manera que co-existen células vivas con células muriendo que pueden intercambiar señales. En esta tesis presentamos una nueva técnica que hemos desarrollado para eliminar una parte del disco imaginal del ala dentro de la larva, sin necesidad de romper la cutícula. De esta forma, podemos estudiar el proceso regenerativo en las condiciones fisiológicas en las que ocurre el desarrollo. Usando este método hemos analizado diferentes aspectos de la regeneración de los discos imaginal de ala de Drosophila melanogaster. Los resultados presentados en este trabajo indican que durante las primeras etapas de la regeneración del disco de ala, además de la formación del blastema, se da un proceso de reorganización de tejido y patrón, independiente de proliferación celular, que puede afectar a grandes territorios del disco. Durante este proceso, se altera la expresión de genes de patrón y se pierden temporalmente marcadores de destino celular. Este proceso inicial se asemeja en algunos aspectos a la regeneración que sigue un modelo morfaláctico. Por otro lado, nuestros resultados sugieren que la función de Wingless (Wg) es prescindible durante las primeras etapas de la regeneración. La expresión de Wg es regulada por una bajada de actividad de la ruta de Notch, cuyo papel en el disco de ala es fundamental para el crecimiento de ésta y una correcta formación del patrón. Por último, hemos analizado si la expresión temporal ectópica de miembros de distintas rutas de señalización que se activan en el borde de la herida tras la amputación eran suficientes para reproducir los efectos que suceden durante la regeneración . SUMMARY Many animals have the capacity of regenerate tissues or even a complete body part. Understand the mechanism by which this process is regulated is one of the most interesting problems in developmental biology. The imaginal discs of Drosophila melanogaster are a suitable model system for studying this process. A standard approach to study regeneration in Drosophila has been by performing in vitro or in vivo culture of the regenerating structures. One of the disadvantages of this approach is that the regeneration does not occur under physiological conditions. In addition, disc extraction and transplantation into the host causes severe stress to the discs, which induces cell death. Recently, a nonsurgical method has been developed for inducing tissue damage and regeneration in Drosophila by inducing apoptosis in specific domains of the discs for a specific period of time, after which the discs can recover. This tissue damage technique mimics some aspects of microsurgical ablation, although there are important differences between these two methods. For instance, the overexpression of a cell-death inducer is not sufficient to kill all of the cells in the targeted regions, thus, dying cells may co-exist with living cells. In this study we have developed a new method to study regeneration using Drosophila imaginal discs as a model. With this system it is possible to remove a section of the disc ¿in situ¿. This method allows us to study disc regeneration in its normal developmental context. Furthermore, it is possible to study whether the process of regeneration affects the final size and pattern of the adult wings. Using this method we have addressed, and revisited, different aspects of the regenerative process that have so far remained unclear, such as the role of cell proliferation during the early stages of regeneration. The results presented in this work suggest that disc regeneration can be divided into different phases: wound healing, dedifferentiation, that caused temporary loss of markers of cell fate commitment, and pattern reorganisation. We provide evidences indicating that these processes can proceed even in the absence of cell proliferation. In addition, we have investigated the role of wg during regeneration, and our results indicate that the function of Wg is dispensable during the early stages of regeneration and its expression is down-regulated as a consequence of a reduction in Notch signalling. Palabras claves de búsqueda: Regeneración, Drosophila, remodelación, patrón, discos imaginales, proliferación.