Función de la proteína Furry en el establecimiento del plan corporal de Xenopus laevis

• Autores: Cervino, Ailen Soledad
• Año de publicación: 2021
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Cirio, María Cecilia
• Materia: FURRY; NDR1; MORFOGENESIS; DESARROLLO; XENOPUS; GASTRULACION; PLAN CORPORAL; FURRY; NDR1; MORPHOGENESIS; DEVELOPMENT; XENOPUS; GASTRULATION; BODY PLAN
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

El plan corporal de un animal se elabora durante el desarrollo embrionario temprano y es el resultado de la adquisición de distintos destinos celulares y de movimientos coordinados de gastrulación, que en conjunto establecen los ejes embrionarios y las regiones de las futuras capas germinales: endodermo, ectodermo y mesodermo. El gen FRY microtuble binding protein (fry) codifica para una proteína evolutivamente conservada llamada Furry (Fry) que presenta una amplia variedad de funciones celulares, principalmente asociadas a polarización celular, división celular y morfogénesis. Sin embargo, en vertebrados, poco se conoce sobre su función en estos eventos del desarrollo embrionario. En este trabajo, nos propusimos estudiar la función de la proteína Fry en el establecimiento del plan corporal embrionario, focalizándonos en los movimientos de gastrulación. Empleamos a la rana africana Xenopus laevis, uno de los vertebrados más utilizados para el estudio de vías moleculares involucradas en el establecimiento de los ejes embrionarios y los procesos morfogenéticos que le dan forma al embrión. Esto se debe a las ventajas experimentales únicas del sistema modelo, entre ellas: rápido desarrollo embrionario, gran tamaño de los embriones y células, tolerancia a la extensa manipulación, conservación evolutiva de los procesos celulares y alto grado de conservación genómica con mamíferos. Caracterizamos el patrón de expresión de fry en oocitos y embriones de Xenopus durante la gastrulación, revelando la distribución espacial de su ARNm y sugiriendo un rol de esta proteína en el desarrollo temprano. Mediante ensayos de pérdida de función, demostramos que Fry está involucrada en diversos e importantes eventos durante la embriogénesis de Xenopus. Por un lado, Fry regula la adquisición de destino celular en el organizador dorsal de la gástrula, particularmente en células del mesodermo precordal que darán origen a estructuras anteriores del embrión. Por otro lado, pusimos en evidencia la importancia de esta proteína durante los procesos morfogenéticos que tienen lugar durante la gastrulación, afectando el cierre del blastoporo y la elongación de la línea media dorsal. La pérdida de función de Fry compromete la correcta ejecución de varios movimientos gastrulatorios: la involución del mesodermo axial prospectivo, la extensión convergente del cordamesodermo y la migración colectiva del mesodermo precordal. A nivel celular, Fry regula el movimiento y la morfología polarizada de las células mesodérmicas dorsales, como así también la formación de la matriz extracelular de fibronectina fibrilar, esencial para los movimientos gastrulatorios. Finalmente, teniendo en cuenta que muchas de las funciones previamente descriptas de Fry están relacionadas con su rol como andamiaje y activadora de quinasas de la familia NDR (nuclear Dbf2-related), exploramos la participación de NDR1 en el fenotipo de pérdida de función de Fry. Demostramos que una variante constitutivamente-activa de NDR1 humana es capaz de rescatar parcialmente la ejecución de movimientos gastrulatorios y la elongación eje dorsal en embriones fry-deplecionados, sugiriendo una interacción funcional y un rol evolutivamente conservado de Fry/NDR en morfogénesis. A partir de nuestros resultados, proponemos que Fry posee funciones NDR1-dependientes e independientes durante el desarrollo temprano de Xenopus.
During early development, the animal body plan is elaborated as the result of cellular fate acquisition and coordinated gastrulation movements that establish the embryonic axes and the future germ layers: endoderm, ectoderm and mesoderm. The FRY microtuble binding protein (fry) gene encodes an evolutionarily conserved protein called Furry (Fry) that exhibits a wide variety of cellular functions, mainly associated with cell polarization, cell division, and morphogenesis. However, little is known about its role in these processes during vertebrate embryogenesis. In the present work, we aimed to study the role of Fry protein in the establishment of the embryonic body plan, focusing on the morphogenetic movements of gastrulation. We chose the African clawed frog Xenopus laevis as a model system, which has been one of the most used vertebrate organisms to study molecular pathways involved in embryonic axes establishment and morphogenetic processes that shape the embryo. The unique experimental advantage of this model system include: rapid embryonic development, large embryos and cells size, tolerance to extensive manipulation, evolutionary conservation of cellular processes, and high degree of genomic conservation with mammals. We characterized fry expression pattern in Xenopus oocytes and gastrulating embryos, revealing the spatial distribution of its mRNA and suggesting an important role of this protein in early development. Through loss-of-function assays, we demonstrate that Fry is involved in several important events during Xenopus embryogenesis. Fry regulates cell fate acquisition in the gastrula dorsal organizer, particularly in prechordal mesoderm cells that give rise to anterior head structures. Additionally, Fry regulates morphogenetic processes during gastrulation, affecting blastopore closure and dorsal midline elongation. Fry loss-of-function compromises the correct execution of several gastrulation movements: prospective axial mesoderm involution, chordamesoderm convergent extension and prechordal mesoderm collective migration. At the cellular level, Fry regulates the movement and polarized morphology of dorsal mesodermal cells, as well as the formation of fibronectin extracellular matrix, essential for gastrulation. Finally, considering that many of Fry cellular functions are related to its role as a scaffolding factor and activator of NDR (nuclear Dbf2-related) kinases, we explored the participation of NDR1 in Fry loss-of-function phenotype. We show that a constitutively-active variant of human NDR1 partially rescues the execution of gastrulating movements and dorsal axis elongation in fry-depleted embryos, suggesting a functional interaction and evolutionarily conserved role of Fry/NDR in morphogenesis. Taking together our results, we propose that Fry possesses NDR1- dependent and independent functions during Xenopus early development.
Fil: Cervino, Ailen Soledad. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.