Analysis of the specification of the abdominal leucokinergic neurons in the central nervous system of Drosophila melanogaster

Abstract

The central nervous system (CNS) exhibits by far more cellular diversity than any other organ, and it has become an excellent model to study cell fate specification. However, little is known about the specification of a particular set of neurons. Here, we have focused on the study of the mechanisms underlying the specification of the abdominal leucokinergic neurons (ABLKs), located in the ventral nerve cord of Drosophila CNS and characterized by the expression of the neuropeptide Leucokinin (Lk). They form a group of 14 cells, one per hemineuromere, in the abdominal segments (A1-­¿7). First, by a combination of different molecular markers and lineage tracing experiments, we have identified neuroblast 5-­¿5A as the progenitor which gives rise to ABLKs. Besides, we have found that these neurons are specified in a Castor/Grainy-­¿head (Cas/Grh) temporal window. Second, we found that both postmitotic cells, the ABLK and its sibling cell, are equally competent to activate Lk expression, but are fated to die unless Notch signalling gets activated in one of them and represses the apoptotic programme. Third, we performed a genetic screen to identify genes involved in ABLKs specification. We found nab, klumpfuss (klu), squeeze (sqz), jumeaux, knirps and teashirt. We have also observed that the number of ABLKs increased during pupal stages, reaching an average of 10 in four-­¿day-­¿old adults. By lineage-­¿tracing experiments, we concluded that the ABLKs observed in adults corresponded to the embryonic ABLKs (eABLKs) plus the additional ones that were generated during the larval neurogenesis; we named them postembryonic ABLKs (pABLKs). Then, we discovered that pABLKs came from the ventrolateral postembryonic NB (vl pNB) and concluded that the embryonic NB5-­¿5A and the vl pNB were the very same neuroblast. Lastly, we studied the role of Hox genes in the segment-­¿specific appearance of ABLKs, and found that Ultrabithorax and Abdominal-­¿A are redundantly required to specify them; and that Abdominal-­¿B represses the expression of Lk in abdominal segment 8 during embryogenesis, whereas it does so in A5-­¿8 during the postembryonic neurogenesis El sistema nervioso central (SNC) posee mayor diversidad celular que ningún otro órgano, es por ello que se ha convertido en un excelente modelo para el estudio de la especificación celular. En este trabajo, nos hemos centrado en el estudio de los mecanismos implicados en la especificación de las neuronas leucokinérgicas abdominales (ABLKs), localizadas en la cuerda nerviosa ventral del SNC de Drosophila, y caracterizadas por la expresión del neuropéptido Leucokinina (Lk). Estas neuronas forman un grupo de 14 células, una por hemineurómero, en los segmentos abdominales A1-­¿7. Primero, mediante experimentos de colocalización de varios marcadores moleculares y análisis de linaje, hemos identificado al neuroblasto (NB) 5-­¿5 abdominal (A) como el progenitor que da lugar a las ABLKs. Además, estas neuronas se especifican en una ventana temporal Castor/Grainy-­¿head (Cas/Grh). Segundo, hemos encontrado que las dos células postmitóticas, la ABLK y su célula hermana, son igualmente competentes para activar la expresión de Lk, pero están destinadas a morir por apoptosis a menos que activen la ruta de señalización de Notch y ésta inhiba el programa apoptótico. Tercero, realizamos una búsqueda para identificar genes implicados en la especificación de las ABLKs, y encontramos a los genes nab, klumpfuss (klu), squeeze (sqz), jumeaux (jumu), knirps (kni) y teashirt (tsh). Asimismo, observamos que el número de ABLKs aumentaba durante los estadios pupales, alcanzando una media de 10 neuronas en adultos de cuatro días de edad. Mediante experimentos de linaje, concluímos que las ABLKs presentes en adultos correspondían a las ABLKs embrionarias (eABLKs) además de otras generadas durante la neurogénesis larvaria; a las cuales denominamos por tanto, ABLKs postembrionarias (pABLKs). Posteriormente, descubrimos que las pABLKs provenían del NB postembrionario ventrolateral (pNB vl), y concluímos que el NB5-­¿5A embrionario y el pNB vl eran el mismo neuroblasto. Por último, estudiamos el papel de los genes Hox en la definición del patrón segmental de las ABLKs, e identificamos la implicación de los genes del complejo Bithorax (Bx-­¿C). Hemos encontrado que Ultrabithorax (Ubx) y Abdominal-­¿A (Abd-­¿A) se requieren de manera redundante en este proceso, mientras que Abdominal-­¿B (Abd-­¿B) reprime la expresión de Lk en el segmento abdominal 8 durante la neurogénesis embrionaria, y en los segmentos A5-­¿8 durante la neurogénesis larvaria