Genetische Mechanismen der dorsoventralen Musterbildung im embryonalen Gehirn von Drosophila

In Vertebraten und Insekten ist während der frühen Entwicklung des zentralen Nervensystems (ZNS), welches sich aus dem Gehirn und dem ventralen Nervensystem (VNS) zusammensetzt, die Unterteilung des Neuroektoderms (NE) in diskrete Genexpressions-Domänen entscheidend für die korrekte Spezifizierung neuraler Stammzellen. In Drosophila wird die Identität dieser Stammzellen (Neuroblasten, NB) festgelegt durch die positionellen Informationen, welche von den Produkten früher Musterbildungsgene bereitgestellt werden und das Neuroektoderm in anteroposteriorer (AP) und dorsoventraler (DV) Achse unterteilen. Die molekulargenetischen Mechanismen, welche der DV-Regionalisierung zugrunde liegen, wurden ausführlich im embryonalen VNS untersucht, sind für das Gehirn jedoch weitestgehend unverstanden. rnIm Rahmen dieser Arbeit wurden neue Erkenntnisse bezüglich der genetischen Mechanismen gewonnen, welche die frühembryonale Anlage des Gehirns in DV-Achse unterteilen. So konnte gezeigt werden, dass das cephale Lückengen empty spiracles (ems), das Segmentpolaritätsgen engrailed (en), sowie der „Epidermal growth factor receptor“ (EGFR) und das Gen Nk6 homeobox (Nkx6) für Faktoren codieren, die als zentrale Regulatoren die DV Musterbildung in der Gehirnanlage kontrollieren. Diese Faktoren interagieren zusammen mit den ebenso evolutionär konservierten Homöobox-Genen ventral nervous system defective (vnd), intermediate neuroblasts defective (ind) und muscle segment homeobox (msh) in einem komplexen, regulatorischen DV-Netzwerk. Die im Trito (TC)- und Deutocerebrum (DC) entschlüsselten genetischen Interaktionen basieren überwiegend auf wechselseitiger Repression. Dementsprechend sorgen 1) Vnd und Ems durch gegenseitige Repression für eine frühe DV-Unterteilung des NE, und 2) wechselseitige Repression zwischen Nkx6 und Msh, als auch zwischen Ind und Msh für die Aufrechterhaltung der Grenze zwischen intermediärem und dorsalem NE. 3) Sowohl Ind als auch Msh sind in der Lage, die Expression von vnd zu inhibieren. Ferner konnte gezeigt werden, dass Vnd durch Repression von Msh als positiver Regulator von Nkx6 fungiert. Überdies beeinflusst Vnd die Expression von ind in segment-spezifischer Art und Weise: Vnd reprimiert ind-Expression im TC, sorgt jedoch für eine positive Regulation von ind im DC durch Repression von Msh. Auch der EGFR-Signalweg ist an der frühen DV-Regionalisierung des Gehirns beteiligt, indem er durch positive Regulation der msh-Repressoren Vnd, Ind und Nkx6 dazu beiträgt, dass die Expression von msh auf dorsales NE beschränkt bleibt. Ferner stellte sich heraus, dass das AP-Musterbildungsgen ems die Expression der DV-Gene kontrolliert und umgekehrt: Ems ist für die Aktivierung von Nkx6, ind und msh in TC und DC erforderlich ist, während Nkx6 und Ind zu einem späteren Zeitpunkt benötigt werden, um ems im intermediären DC gemeinsam zu reprimieren. Überdies konnte gezeigt werden, dass das Segmentpolaritätsgen en Aspekte der Expression von vnd, ind und msh in segment-spezifischer Art und Weise reguliert. En reprimiert ind und msh, hält jedoch vnd-Expression im DC aufrecht; im TC wird En benötigt, um die Expression von Msh herunter zu regulieren und somit die Aktivierung von ind dort zu ermöglichen.rnrnZusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass AP Musterbildungsfaktoren in umfangreichen Maß die Expression der DV Gene im Gehirn (und VNS) kontrollieren. Ferner deuten diese Daten darauf hin, dass sich das „Konzept der ventralen Dominanz“, welches für die DV-Musterbildung im VNS postuliert wurde, nicht auf das genregulatorische Netzwerk im Gehirn übertragen lässt, da Interaktionen zwischen den beteiligten Faktoren hauptsächlich auf wechselseitiger (und nicht einseitiger) Repression basieren. Zudem scheint das Konzept der ventralen Dominanz auch für das VNS nicht uneingeschränkt zu gelten, da in dieser Arbeit u.a. gezeigt werden konnte, dass dorsal exprimiertes Msh in der Lage ist, intermediäres ind zu reprimieren. Interessanterweise ist gegenseitige Repression von Homöodomänen-Proteinen im sich entwickelnden Neuralrohr von Vertebraten weit verbreitet und darüberhinaus essenziell für den Aufbau diskreter DV-Vorläuferdomänen, und weist insofern eine große Ähnlichkeit zu den in dieser Arbeit beschriebenen DV-Musterbildungsvorgängen im frühembryonalen Fliegengehirn auf.rn

Suche nach Zielgenen des T-Box-Transkriptionsfaktors Optomotor-blind aus Drosophila melanogaster

Zusammenfassung:rnrnDas Ziel der Arbeit bestand darin mehr über die Funktion des T-Box Transkriptionsfaktors Omb zu erfahren. Dm omb ist der nächste Verwandte zu Hs Tbx2/3, die wegen ihrer Rolle bei verschiedenen Krebsarten für die Entwicklung neuer Therapien bedeutsam sind. rnIn drei, von Herrn Pflugfelder hergestellten, omb Allelen l(1)omb282, l(1)omb12, l(1)omb15 wurden neue Mutationen kartiert. Dabei handelt es sich um zwei missense-Mutationen und eine Stopmutation. Sie betreffen Aminosäurereste, die in allen T-Box Proteinen konserviert sind und daher vermutlich lebenswichtige Proteinabschnitte betreffen. In EMSA Versuchen konnte gezeigt werden, dass die missense-Mutationen die DNA-Bindung des Omb-T Proteins verhindern.rnFür die Suche nach Omb Zielgenen wurden Gene und phylogenetisch konservierte TBE-Genabschnitte auf ihre Regulation durch Omb getestet. Dabei wurde das Expressionsmuster von Genen mitels in situ und das Muster von enhancer getriebener β-Gal Expression histochemisch oder durch Immunfärbung von wildtypischen und l(1)omb15 Larven des dritten Stadiums verglichen. rnUpstream der mirr Transkriptionseinheit wurde ein cis-regulatorisches TBE-Fragment identifiziert, das ein Aktivitätsmuster in Flügelimaginalscheiben zeigte, welches dem von Mirr nahe kommt. Sowohl ein Omb Verlust als auch die Mutation der TBE Sequenz führten zu einer ähnlichen ektopischen Aktivierung des Fragments, was auf eine Abhängigkeit von Omb hinweist. rnIn der intronischen Sequenz von inv wurde ebenfalls ein TBE-Fragment entdeckt, das eine β-Gal-Aktivität in Flügelscheiben des späten L3 Stadiums anterior der A/P Grenze zeigte. Diese Expression könnte sich mit der späten für en/inv beschriebenen Expression (Blair, 1992) decken. Immunfärbungen bestätigten, dass der Verlust dieser Aktivität in omb0 tatsächlich durch den Verlust von Omb hervorgerufen wird und nicht durch eine Entwicklungsverzögerung der Larven verursacht wird.rnSchließlich wurde durch die Reparatur von TBX Expressionsvektoren eine Konstruktreihe (Legler, 2010) fertiggestellt, mit deren Hilfe die Auswirkungen einer Überexpression auf die Zellmotilität in Drosophila untersucht werden kann. Das soll helfen den Einfluss von TBX Proteinen auf die Invasivität von Krebszellen zu verstehen.rn

Segmentale Musterbildung in der terminalen Abdominalregion des zentralen Nervensystems von Drosophila melanogaster

In dieser Arbeit wurden Mechanismen der Musterbildung in der terminalen Abdominalregion des Zentralnervensystems von Drosophila melanogaster untersucht. Dazu wurden zunächst die Anzahl der angelegten Neuromere und das Muster der dort lokalisierten neuralen Stammzellen (Neuroblasten) analysiert. Dabei zeigte sich, dass sowohl die Größe der Neuromere, als auch die Anzahl an Neuroblasten von anterior nach posterior sukzessiv abnimmt, wobei keine geschlechtsspezifischen Unterschiede in der Anzahl der vorhandenen Neuroblasten festgestellt werden konnten. Durch die Kombination einer Vielzahl von molekularen Markern war es anschließend möglich, die Identität aller Neuroblasten in diesem Bereich aufzuklären und in einer Karte zusammenzutragen. Sie weisen alle eine serielle Homologie zu Neuroblasten in weiter anterior gelegenen Segmenten auf. Des Weiteren wurde die embryonale Identität der geschlechtsspezifischen Neuroblasten untersucht und deren postembryonalen mänchenspezifischen Zellstammbäume charakterisiert. Diese detaillierten Beschreibungen bildeten die Grundlage für die funktionelle Analyse von geschlechts- und segmentspezifischen Faktoren, die zur Musterbildung in dieser Region des Zentralnervensystems beitragen. So konnte gezeigt werden, dass die weibliche Isoform von doublesex den programmierten Zelltod der geschlechtsspezifischen Neuroblasten induziert, während die männliche Isoform diesen verhindert. Das Hox-Gen Abdominal-B zeigt relativ milde Effekte auf das Überleben dieser Neuroblasten, was darauf hindeutet, dass weitere Faktoren benötigt werden, um diesen Prozess in segmentspezifischer Weise zu kontrollieren. Die Funktion von Hox-Genen wurde ferner im Hinblick auf die abgeleitete Morphologie der terminalen Neuromere untersucht. Es konnte herausgefunden werden, dass die regulatorische Isoform von Abdominal-B auf mehreren Ebenen wirkt: Sie beeinflusst die Zusammensetzung bestimmter Zellstammbäume durch Modifikation von Zelldeterminationsprozessen und durch die Kontrolle des programmierten Zelltods. Außerdem unterdrückt sie die Bildung einer spezifischen Subpopulation von Neuroblasten. Allerdings benötigt Abdominal-B.r die Co-Expression des ParaHox-Gens caudal, um sein gesamtes Potenzial bezüglich der Suppression dieser Neuroblasten zu entfalten. Die vorliegende Arbeit hat somit erste Einblicke in die geschlechtsspezifische und segmentspezifische Spezifizierung der terminalen Abdominalregion des Zentralnervensystems von Drosophila auf Ebene des Neuroektoderms, der daraus hervorgehenden Neuroblasten und deren Tochterzellen gewährt. Die vollständige und detailgetreue Beschreibung des Neuroblasten-Musters und der postembryonalen männchenspezifischen Zellstammbäume hat zudem attraktive Modellsysteme für zukünftige Untersuchungen etabliert, an denen sich weitere Mechanismen der Musterbildung im Zentralnervensystem analysieren lassen.

Analyse der temporären Neuroblastenbildung und der segmentalen Spezifizierung des Neuroblasten 6-4 im embryonalen zentralen Nervensystem von Drosophila melanogaster

Die vorliegende Arbeit gewährte neue Einblicke in zwei fundamentale Vorgänge der frühen Neurogenese von Drosophila melanogaster. Der erste Teil untersuchte die zeitliche Spezifizierung der Neuroblastenidentitäten. Durch die Expression verschiedener Gene entlang der Dorsoventral- und der Anterioposteriorachse wird ein kartesisches Koordinatensystem aufgebaut, indem ein Neuroblast (NB), der in einem bestimmten Quadranten entsteht, eine spezifische Identität erhält. Die Delamination der NBs erfolgt in fünf Segregationswellen, wobei in jeder Welle die gleiche Population NBs gebildet wird. In dieser Arbeit konnte nun gezeigt werden, dass es nicht nur einen räumlichen, sondern auch einen zeitlichen Aspekt bei der Entstehung der NBs gibt: So zeigten Transplantationsexperimente, dass sowohl im frühen als auch im späten Neuroektoderm extrinsische induktive Signale an der Spezifizierung der Neuroblastenidentität beteiligt sind. Die Natur dieser Signale bleibt noch unklar. Allerdings stellen die Segmentpolaritätsgene aufgrund ihrer dynamischen Expression eine potenzielle Kandidatengruppe dar. Der zweite Teil beschäftigte sich mit der segmentalen Spezifizierung der Neuroblasten. Für diesen Prozess zeigten frühere Genexpressionsstudien, dass NBs, die zwar an korrespondierenden Positionen innerhalb des kartesischen Systems, aber in unterschiedlichen Segmenten gebildet werden, die gleichen Genexpressionsmuster aufweisen und fast identische Zellstammbäume hervorbringen. Einige dieser seriell homologen NBs generieren jedoch segmentspezifische Zellstammbäume – ein solches Beispiel ist der NB6-4, der als Modellsystem benutzt wurde. Für die thorakale Variante dieses NBs konnte ich zeigen, dass die Homöotischen Gene zur Spezifizierung nicht notwendig sind – thorakales Schicksal ist eine Grundidentität. Diese wird in abdominalen Segmenten jedoch durch die Funktion der Homöotischen Gene abdominal-A (abd-A) und Abdominal-B (Abd-B) in abdominales Schicksal transformiert. Dieser segmentale Unterschied wird durch die Regulation des Zellzyklusgens CycE bewerkstelligen. Genauer: CycE ist notwendig, um neurogliales Schicksal in thorakalen Segmenten zu generieren und ausreichend, dieses Schicksal ebenfalls in abdominalen Segmenten zu erzeugen. Eine direkte Inhibierung der Expression von CycE durch Abd-A in abdominalen Segmenten führt dagegen zu einer differenziellen Expression von CycE im neuronalen thorakalen Anteil des Zellstammbaums. Weiterhin konnten in einem Enhancerelement, das für die Expression von CycE im Nervensystem verantwortlich ist, mehrere Bindestellen für Abd-A und Abd-B gefunden werden. Die gewonnen Daten legen – in Verbindung mit bereits bekannten Ergebnissen – den Schluss nahe, dass diese neuronspezifizierende Funktion von CycE unabhängig von seiner Rolle im Zellzyklus ist.

Activation of a protease cascade involved in patterning the Drosophila embryo

Dorsoventral patterning of the Drosophila embryo is initiated by a ventralizing signal. Production of this signal requires the serine proteases Gastrulation Defective (GD), Snake, and Easter, which genetic studies suggest act sequentially in a cascade that is activated locally in response to a ventral cue provided by the pipe gene. Here, we demonstrate biochemically that GD activates Snake, which in turn activates Easter. We also provide evidence that GD zymogen cleavage is important for triggering this cascade but is not spatially localized by pipe. Our results suggest that a broadly, rather than locally, activated protease cascade produces the ventralizing signal, so a distinct downstream step in this cascade must be spatially regulated to restrict signaling to the ventral side of the embryo.

Independent determination of symmetry and polarity in the Drosophila eye.

In each facet of the Drosophila compound eye, a cluster of photoreceptor cells assumes an asymmetric trapezoidal pattern. These clusters have opposite orientations above and below an equator, showing global dorsoventral mirror symmetry. However, in the mutant spiny legs, the polarization of each cluster appears to be random, so that no equator is evident. The apparent lack of an equator suggests that spiny legs+ may be involved in the establishment of global dorsoventral identity that might be essential for proper polarization of the photoreceptor clusters. Alternatively, a global dorsoventral pattern could be present, but spiny legs+ may be required for local polarization of individual clusters. Using an enhancer trap strain in which white+ gene expression is restricted to the dorsal field, we show that white+ expression in spiny legs correctly respects dorsoventral position even in facets with inappropriate polarizations; the dorsoventral boundary is indeed present, whereas the mechanism for polarization is perturbed. It is suggested that the boundary is established before the action of spiny legs+ by an independent mechanism.

Role of glycogen synthase kinase 3 beta as a negative regulator of dorsoventral axis formation in Xenopus embryos.

The dorsoventral axis is established early in Xenopus development and may involve signaling by Wnts, a family of Wnt1-protooncogene-related proteins. The protein kinase shaggy functions in the wingless/Wnt signaling pathway, which operates during Drosophila development. To assess the role of a closely related kinase, glycogen synthase kinase 3 beta (GSK-3 beta), in vertebrate embryogenesis, we cloned a cDNA encoding a Xenopus homolog of GSK-3 beta (XGSK-3 beta). XGSK-3 beta-specific transcripts were detected by Northern analysis in Xenopus eggs and early embryos. Microinjection of the mRNA encoding a catalytically inactive form of rat GSK-3 beta into a ventrovegetal blastomere of eight-cell embryos caused ectopic formation of a secondary body axis containing a complete set of dorsal and anterior structures. Furthermore, in isolated ectodermal explants, the mutant GSK-3 beta mRNA activated the expression of neural tissue markers. Wild-type XGSK-3 beta mRNA suppressed the dorsalizing effects of both the mutated GSK-3 beta and Xenopus dishevelled, a proposed upstream signaling component of the same pathway. These results strongly suggest that XGSK-3 beta functions to inhibit dorsoventral axis formation in the embryo and provide evidence for conservation of the Wnt signaling pathway in Drosophila and vertebrates.

Variations on a theme: diversification of cuticular hydrocarbons in a clade of cactophilic Drosophila

Background: We characterized variation and chemical composition of epicuticular hydrocarbons (CHCs) in the seven species of the Drosophila buzzatii cluster with gas chromatography/mass spectrometry. Despite the critical role of CHCs in providing resistance to desiccation and involvement in communication, such as courtship behavior, mating, and aggregation, few studies have investigated how CHC profiles evolve within and between species in a phylogenetic context. We analyzed quantitative differences in CHC profiles in populations of the D. buzzatii species cluster in order to assess the concordance of CHC differentiation with species divergence. Results: Thirty-six CHC components were scored in single fly extracts with carbon chain lengths ranging from C(29) to C(39), including methyl-branched alkanes, n alkenes, and alkadienes. Multivariate analysis of variance revealed that CHC amounts were significantly different among all species and canonical discriminant function (CDF) analysis resolved all species into distinct, non-overlapping groups. Significant intraspecific variation was found in different populations of D. serido suggesting that this taxon is comprised of at least two species. We summarized CHC variation using CDF analysis and mapped the first five CHC canonical variates (CVs) onto an independently derived period (per) gene + chromosome inversion + mtDNA COI gene for each sex. We found that the COI sequences were not phylogenetically informative due to introgression between some species, so only per + inversion data were used. Positive phylogenetic signal was observed mainly for CV1 when parsimony methods and the test for serial independence (TFSI) were used. These results changed when no outgroup species were included in the analysis and phylogenetic signal was then observed for female CV3 and/or CV4 and male CV4 and CV5. Finally, removal of divergent populations of D. serido significantly increased the amount of phylogenetic signal as up to four out of five CVs then displayed positive phylogenetic signal. Conclusions: CHCs were conserved among species while quantitative differences in CHC profiles between populations and species were statistically significant. Most CHCs were species-, population-, and sex-specific. Mapping CHCs onto an independently derived phylogeny revealed that a significant portion of CHC variation was explained by species' systematic affinities indicating phylogenetic conservatism in the evolution of these hydrocarbon arrays, presumptive waterproofing compounds and courtship signals as in many other drosophilid species.

rst Transcriptional Activity Influences kirre mRNA Concentration in the Drosophila Pupal Retina during the Final Steps of Ommatidial Patterning

Background: Drosophila retinal architecture is laid down between 24-48 hours after puparium formation, when some of the still uncommitted interommatidial cells (IOCs) are recruited to become secondary and tertiary pigment cells while the remaining ones undergo apoptosis. This choice between survival and death requires the product of the roughest (rst) gene, an immunoglobulin superfamily transmembrane glycoprotein involved in a wide range of developmental processes. Both temporal misexpression of Rst and truncation of the protein intracytoplasmic domain, lead to severe defects in which IOCs either remain mostly undifferentiated and die late and erratically or, instead, differentiate into extra pigment cells. Intriguingly, mutants not expressing wild type protein often have normal or very mild rough eyes. Methodology/Principal Findings: By using quantitative real time PCR to examine rst transcriptional dynamics in the pupal retina, both in wild type and mutant alleles we showed that tightly regulated temporal changes in rst transcriptional rate underlie its proper function during the final steps of eye patterning. Furthermore we demonstrated that the unexpected wild type eye phenotype of mutants with low or no rst expression correlates with an upregulation in the mRNA levels of the rst paralogue kin-of-irre (kirre), which seems able to substitute for rst function in this process, similarly to their role in myoblast fusion. This compensatory upregulation of kirre mRNA levels could be directly induced in wild type pupa upon RNAi-mediated silencing of rst, indicating that expression of both genes is also coordinately regulated in physiological conditions. Conclusions/Significance: These findings suggest a general mechanism by which rst and kirre expression could be fine tuned to optimize their redundant roles during development and provide a clearer picture of how the specification of survival and apoptotic fates by differential cell adhesion during the final steps of retinal morphogenesis in insects are controlled at the transcriptional level.

Functional characterization of the sciarid BhC4-1 core promoter in transgenic Drosophila

Background: Core promoters are cis-regulatory modules to which bind the basal transcriptional machinery and which participate in the regulation of transcription initiation. Although core promoters have not been extensively investigated through functional assays in a chromosomal context, the available data suggested that the response of a given core promoter might vary depending on the promoter context. Previous studies suggest that a (-57/+40) fragment constitutes the core promoter of the BhC4-1 gene which is located in DNA puff C4 of the sciarid fly Bradysia hygida. Here we tested this (-57/+40) fragment in distinct regulatory contexts in order to verify if promoter context affects its core promoter activity. Results: Consistent with the activity of a core promoter, we showed that in the absence of upstream regulatory sequences the (-57/+40) fragment drives low levels of reporter gene mRNA expression throughout development in transgenic Drosophila. By assaying the (-57/+40) fragment in two distinct regulatory contexts, either downstream of the previously characterized Fbp1 enhancer or downstream of the UAS element, we showed that the BhC4-1 core promoter drives regulated transcription in both the germline and in various tissues throughout development. Furthermore, the use of the BhC4-1 core promoter in a UAS construct significantly reduced salivary gland ectopic expression in third instar larvae, which was previously described to occur in the context of the GAL4/UAS system. Conclusions: Our results from functional analysis in transgenic Drosophila show that the BhC4-1 core promoter drives gene expression regardless of the promoter context that was assayed. New insights into the functioning of the GAL4/UAS system in Drosophila were obtained, indicating that the presence of the SV40 sequence in the 3' UTR of a UAS construct does not preclude expression in the germline. Furthermore, our analysis indicated that ectopic salivary gland expression in the GAL4/UAS system does not depend only on sequences present in the GAL4 construct, but can also be affected by the core promoter sequences in the UAS construct. In this context, we propose that the sciarid BhC4-1 core promoter constitutes a valuable core promoter which can be employed in functional assays in insects.

Gene Expression Noise in Spatial Patterning: hunchback Promoter Structure Affects Noise Amplitude and Distribution in Drosophila Segmentation

Positional information in developing embryos is specified by spatial gradients of transcriptional regulators. One of the classic systems for studying this is the activation of the hunchback (hb) gene in early fruit fly (Drosophila) segmentation by the maternally-derived gradient of the Bicoid (Bcd) protein. Gene regulation is subject to intrinsic noise which can produce variable expression. This variability must be constrained in the highly reproducible and coordinated events of development. We identify means by which noise is controlled during gene expression by characterizing the dependence of hb mRNA and protein output noise on hb promoter structure and transcriptional dynamics. We use a stochastic model of the hb promoter in which the number and strength of Bcd and Hb (self-regulatory) binding sites can be varied. Model parameters are fit to data from WT embryos, the self-regulation mutant hb(14F), and lacZ reporter constructs using different portions of the hb promoter. We have corroborated model noise predictions experimentally. The results indicate that WT (self-regulatory) Hb output noise is predominantly dependent on the transcription and translation dynamics of its own expression, rather than on Bcd fluctuations. The constructs and mutant, which lack self-regulation, indicate that the multiple Bcd binding sites in the hb promoter (and their strengths) also play a role in buffering noise. The model is robust to the variation in Bcd binding site number across a number of fly species. This study identifies particular ways in which promoter structure and regulatory dynamics reduce hb output noise. Insofar as many of these are common features of genes (e. g. multiple regulatory sites, cooperativity, self-feedback), the current results contribute to the general understanding of the reproducibility and determinacy of spatial patterning in early development.

Recombinant rabies virus glycoprotein synthesis in bioreactor by transfected Drosophila melanogaster S2 cells carrying a constitutive or an inducible promoter

S2 cell populations (S2AcRVGP2K and S2MtRVGP-Hy) were selected after transfection of gene expression vectors carrying the cDNA encoding the rabies virus glycoprotein (RVGP) gene under the control of the constitutive (actin) or inductive (metallothionein) promoters. These cell populations were cultivated in a 1 L bioreactor mimicking a large scale bioprocess. Cell cultures were carried out at 90 rpm and monitored/controlled for temperature (28 degrees C) and dissolved oxygen (10 or 50% air saturation). Cell growth attained similar to 1.5-3 x 10(7) cells/mL after 3-4 clays of cultivation. The constitutive synthesis of RVGP in S2AcRVGP2K cells led to values of 0.76 mu g/10(7) cells at day 4 of culture. The RVGP synthesis in S2MtRVGP-Hy cell fraction increased upon CuSO(4) induction attaining specific productivities of 1.5-2 mu g/10(7) cells at clays 4-5. RVGP values in supernatant as a result of cell lysis were always very low (<0.2 mu g/mL) indicating good integrity of cells in culture. Overall the RVGP productivity was of 1.5-3 mg/L. Our data showed an important influence of dissolved oxygen on RVGP synthesis allowing a higher and sustained productivity by S2MtRVGP-Hy cells when cultivated with a DO of 10% air saturation. The RVGP productivity in bioreactors shown here mirrors those previously observed for T-flasks and shaker bottles and allow the preparation of the large RVGP quantities required for studies of structure and function. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

The effect of the dibenzylbutyrolactolic lignan (-)-cubebin on doxorubicin mutagenicity and recombinogenicity in wing somatic cells of Drosophila melanogaster

The dibenzylbutyrolactolic lignan (-)-cubebin was isolated from dry seeds of Piper cubeba L (Piperaceae). (-)-Cubebin possesses anti-inflammatory, analgesic and antimicrobial activities. Doxorubicin (DXR) is a topoisomerase-interactive agent that may induce single- and double-strand breaks, intercalate into the DNA and generate oxygen free radicals. Here, we examine the mutagenicity and recombinogenicity of different concentrations of (-)-cubebin alone or in combination with DXR using standard (ST) and high bioactivation (HB) crosses of the wing Somatic Mutation And Recombination Test in Drosophila melanogaster. The results from both crosses were rather similar. (-)-Cubebin alone did not induce mutation or recombination. At lower concentrations, (-)-cubebin statistically reduced the frequencies of DXR-induced mutant spots. At higher concentrations, however, (-)-cubebin was found to potentiate the effects of DXR, leading to either an increase in the production of mutant spots or a reduction, due to toxicity. These results suggest that depending on the concentration, (-)-cubebin may interact with the enzymatic system that catalyzes the metabolic detoxification of DXR, inhibiting the activity of mitochondria! complex 1 and thereby scavenging free radicals. Recombination was found to be the major effect of the treatments with DXR alone. The combined treatments reduced DXR mutagenicity but did not affect DXR recombinogenicity. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Intrinsically bent DNA sites in the Drosophila melanogaster third chromosome amplified domain

Bent DNA sites promote the curvature of DNA in both eukaryotic and prokaryotic chromosomes. Here, we investigate the localization and structure of intrinsically bent DNA sites in the extensively characterized Drosophila melanogaster third chromosome DAFC-66D segment (Drosophila amplicon in the follicle cells). This region contains the amplification control element ACE3, which is a replication enhancer that acts in cis to activate the major replication origin ori-beta. Through both electrophoretic and in silico analysis, we have identified three major bent DNA sites in DAFC-66D. The bent DNA site (b1) is localized in the ACE3 element, whereas the other two bent DNA sites (b2 and b3) are localized in the ori-beta region. Four additional bent DNA sites were identified in the intron of the S18 gene and near the TATA box of the S15, S19, and S16 genes. The identification of DNA bent sites in genomic regions previously characterized as functionally relevant for DNA amplification further supports a function for DNA bent sites in DNA replication in eukaryotes.