The function of drosophila integrin adhesion complexes in pupal hemocyte migration in vivo

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Biologia Celular e Molecular), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2014

Cell migration is an important biological process which has been intensively studied in the past decades. Numerous techniques, mainly involving two-dimensional cell culture systems, have contributed to dissecting the essential mechanisms underlying this process. However, the development of three-dimensional cell culture and in vivo systems has shown some differences with what was previously believed to be well-established cell migration mechanisms. This suggested that two-dimensional cell motility would be a poor predictor of in vivo behaviour. Drosophila melanogaster is a widely recognized model organism to study developmental and homeostatic processes and has been widely used to investigate cell migration. In this study, I make a detailed characterization of the migration process of small groups of pupal hemocytes that accumulate during larval stages in dorsal sub-epithelium patches, named dorsal patch-hemocytes. I show that integrins and other known nascent adhesion-related proteins such as Rhea, Fermitin 1, Vinculin or Paxillin are crucial for hemocyte migration without affecting polarization in response to environmental cues. I also present evidence for the importance of adhesion maturation-related proteins in hemocyte migration, namely Blistery and Zyxin: depletion of zyxin and blistery leads to a significant increase of cell speed, without affecting the response to a chemotactic cue. I also shed some light on the importance of an optimal integrin/ligand affinity for cell migration in vivo. This is the first report of a systematic analysis using Drosophila melanogaster hemocytes to study adhesion-related proteins and their function in cell migration in vivo. Ultimately, I suggest that the formation and maturation of integrin-containing adhesions are major forces controlling hemocyte migration in vivo.

O processo de migração de células tem sido alvo de inúmeros estudos e avaliações nas últimas décadas. Através de várias técnicas in vitro, nomeadamente técnicas de cultura de células a duas dimensões, foram determinados quais os principais mecanismos que controlam este processo de migração. Entretanto, com o desenvolvimento de técnicas de cultura de células em três dimensões e a crescente utilização de organismos vivos em investigação, foram detectadas algumas incongruências no que se assumira serem mecanismos universais do processo de migração celular. Devido a tais discrepâncias, reconheceu-se que a maioria das técnicas in vitro a duas dimensões não poderia prever de forma correcta todos os aspectos do comportamento das células in vivo. A mosca da fruta, que se denomina cientificamente como Drosophila melanogaster, é um organismo modelo reconhecido para o estudo do desenvolvimento embrionário e da homeostase e com aplicações na investigação do processo de migração celular. Neste trabalho caracterizei detalhadamente o processo de migração de pequenos grupos de hemócitos que se agrupam por baixo do epitélio dorsal de moscas no início do estado de metamorfose (i.e. pupas). Demonstrei que as integrinas e outras moléculas envolvidas na formação de adesões à matriz extracelular, tais como a Talina, a Fermitina 1, a Vinculina ou a Paxilina, são cruciais para o processo de migração de hemócitos in vivo e que a sua depleção não afecta a polarização das células em resposta a sinais vindos do ambiente envolvente. Mostrei ainda que a depleção de proteínas necessárias para a maturação das adesões entre células e matriz extracelular, como a Zixina ou a Tensina, leva a um aumento substancial da velocidade de migração dos hemócitos, não afectando também a sua capacidade de resposta a sinais vindos do meio ambiente. Também analisei a importância da regulação do nível de afinidade de ligação das integrinas aos seus ligantes para a migração. Este estudo é pioneiro na avaliação in vivo da função de moléculas ligadas à adesão de células à matriz extracelular usando hemócitos da Drosophila melanogaster como organismo modelo. Em suma, baseando-me nos resultados obtidos, sugiro que a formação e maturação das adesões contendo integrinas são dois importantes factores no controlo da migração de hemócitos in vivo.