A Systems-level study of giant regulation in Drosophila melanogaster

Abstract

Esta tesis revela la regulación transcripcional del gen gap giant (gt) en el embrión blastodermal de Drosophila por ingeniería inversa: un modelo matemático infiere los mecanismos subyacentes de datos cuantitativos de expresión recopilados en un fondo genético silvestre. El modelo se amolda a mRNA reportero controlado por elementos reguladores en cis (CRE) de gt. Es una herramienta potente para investigar cómo se forma el patrón a nivel molecular por los sitios de unión de factores de transcripción y permite predecir la expresión en cepas mutantes. La presente tesis esclarece la regulación diferencial de dos CRE adyacentes de gt y presenta la primera evidencia experimental de auto-activación de gt mediante mutagénesis de sus elementos reguladores. Tras la optimización de los parámetros en un fondo de tipo silvestre, el modelo predice correctamente los cambios observados en mutantes de Krüppel y tailless. Otras contribuciones reglamentarias sugeridas por el modelo son confirmadas por la evaluación sistemática de los CREs en mutantes

This thesis unravels the transcriptional regulation of the gap gene giant (gt) in the Drosophila blastoderm embryo via a reverse-engineering approach: a mathematical model infers the underlying mechanisms from quantitative expression data collected in the wild-type background. The model is fit to reporter mRNA driven by cis-regulatory elements (CRE) of gt. It is a powerful tool to investigate how the pattern is formed at the molecular level from transcription factor binding sites and it gives us the ability to predict the expression in mutants. This thesis elucidates the differential regulation of two adjacent gt CREs and presents the first experimental evidence for Gt auto-activation via site-directed mutagenesis of its enhancers. After optimizing the parameters in the wild-type background, the model correctly predicts the observed changes in Krüppel and tailless mutants. Other regulatory contributions suggested by the model are confirmed by systematic evaluation of the CREs in mutants