Role of Drosophila LPPs in Germ Cell. Migration and Survival

Abstract

Lipids are versatile molecules that, in addition to providing a membrane barrier in cells, also play a pivotal role in regulating important signaling event that affect cell migration and survival. Germ cells in Drosophila migrate during embryogenesis by utilizing a guidance signal provided by the spatio-temporal expression of two related and redundant genes called wunen (wun) and wunen2 (wun2), together called as wunens.wunens encode catalytically active,emebrane bound lipid phosphate phosphatase (LPP) enzames that are expressed by both somatic cells and germ cells. On the basis of genetic and in vitro over-expression studies, it was hypothesized that gradients of lipid phospahtes set up by expression of somatic Wunens guide germ cell migration and that germ cell Wunens are important for detection of lipid phosphate levels. In this thesis, I investigated the role of Wunens in germ cells. Using fluorescent lipid phosphate analogs I demonstrated that germ cells internalize exogenous phosphatidic acid in a dephosphorylation and LPP dependent manner. In a second project I investigated whether Wunen mediated guidance is a contact dependent or an independent process. By substituting the endogenous Wunen expression by various segmentally repeated ectodermal and parasegmental stripes and using Drosophila germ cell behaviour as a readout, I demonstrated the diffusible nature of hte signal and defined its effective range. Thi study demonstrates the ecto-enzyme activity of LPPs in dephosphorylation and internalization of an extracellular lipid phosphate in a functionally relevant cell type at endogenous expression levels. In addition, this study also provides the first quantitative information o fhte effective range of a lipid phosphate signal in vivo which has implications ofr other cell types that migrate in response to extracellular lipid gradients.

Lipide sind vielseitige Moleküle, die, neben ihrer Funktion Membranbarrieren in Zellen herzustellen, auch eine zentrale Rolle in der Regulation von wichtigen Signalvorgängen spielen, welche die Zellmigration und das Überleben der Zelle beeinflussen. Die Keimzellen in Drosophila wandern während der Embryogenese indem sie ein Leitdignal benutzen, das durch die räumlich-zeitliche Expression zweier verwandter und redundanter Genen dereitgestellt wird, genannt wunen (wun) und wunen2 (wun2), zusammen wuenens genannt. wunens codieren katalytisch aktive Membrane-gebundene Lipid-Phosphat-Phosphatasen (lipid phosphate phosphatase, LPP), die von somtischen Zellen und Keimzellen experimiert werden. Anhand von genetischen und in vitro Überexpressions-Studien, wurde angenommen, dass Phospholipid-Gradienten, die von der Expression somatischer Wunens gebildet werden, die Keimzellmigration steuern und dass Wunens in den Keimzellen für die Detektion des Phospholipidlevels wichtig sind. Mit Hilfe von fluoreszierenden Phospholipidanalogen habe ich gezeigt, dass Keimzellen exogene Phosphatidsäure in einer Dephosphorylierungs- und LPP-abhängigen Weise aufnehmen. In einem zweiten Projekt habe ich untersucht, ob die Wunen-vermittelte Steuerung ein kontaktabhängiger oder -unabhängiger Prozess ist. Durch den Ersatz der endogenen Wunen-Expression mittels verschiedener sementären Wiederholungen von ektodermalen und parasegmentäten Streifen und der Verwendung des Drosophila Keimzellverhaltens als messbaren Parameter, habe ich die diffusionsfähige Eigenschaft des Signals und seinen effecktiven Wirkungsbereich aufgezeigt. Diese Studie demonstriert die ekto-enzymale Aktivität von LPPs im Zuge der Dephosphorylierung und Aufnahme von extrazellulären Phospholipiden in einem funktional relevanten Zelltyp und bei endogenen Expressionsleveln. Zusätzlich liefert diese Studie die ersten quantitativen Informationen über den effecktiven Wirkungsbereich eines Phospholipidsignals in vivo, was folglich auch für andere Zelltypen relevant sein könnte, deren Migration als Reacktion auf einen extrazellulären Lipid-Gradienten erfolgt.