The regulatory landscape of Drosophila imaginal disc regeneration

Abstract

One of the most important questions in regenerative biology is how and when genes change expression to trigger regeneration programs. Resetting of gene expression patterns during injury responses is shaped by the coordinated action of genomic regions that integrate the activity of multiple sequence-specific DNA binding proteins. Using genome-wide approaches to interrogate chromatin function we identify the regulatory elements governing tissue recovery in Drosophila imaginal discs, which show a high regenerative capacity after genetically induced cell death. Our findings indicate a global co-regulation of gene expression as well as the existence of a regeneration program driven by different types of regulatory elements. Novel enhancers acting exclusively in the damaged tissue cooperate with enhancers co-opted from other tissues and developmental stages, and with endogenous enhancers that show increased activity after injury. These enhancers host binding sites for regulatory proteins, including a core set of conserved transcription factors that regulate regeneration across metazoans.

Una de les preguntes més freqüents en el camp de la biologia regenerativa és com i quan els gens poden canviar els seus patrons d’expressió per accionar els programes gènics requerits a la regeneració. Durant la resposta al dany, els patrons d’expressió dels gens son re-iniciats, en part, gràcies a la funció coordinada de regions genòmiques reguladores. Aquestes, integren l’activitat de diferents proteïnes d’unió a seqüències específiques de l’ADN. Mitjançant l'ús de tècniques d’anàlisi massiva hem interrogat la funció de la cromatina i hem identificat les regions reguladores encarregades de dur a terme la regeneració dels discos imaginals de Drosophila. Aquests són estructures primordials que presenten una elevada capacitat regenerativa rere la inducció de mort cel·lular per ablació genètica. Els nostres resultats indiquen que durant la regeneració hi ha co-regulació de l’expressió gènica i que els programes regeneratius són orquestrats per diferents classes de regions reguladores. Els novel enhancers actuen exclusivament durant la regeneració i cooperen amb enhancers reclutats d’altres teixits o estadis del desenvolupament, així com amb enhancers endògens que presenten una elevada accessibilitat en resposta al dany. Els tres tipus d’elements reguladors presenten seqüències específiques per proteïnes d’unió l’ADN, incloent un set de factors de transcripció que no només es troba conservat però també requerit a la regeneració a través dels metazoas.