Study and characterization of the Drosophila wg(1)-enhancer in development, regeneration and tumorigenesis

Abstract

[eng] Enhancers are the master regulators of gene expression. Genes rely on them to be differentially expressed in different tissues, developmental time points or contexts. In recent years, it has been reported that although there are enhancers specific for development, many developmental enhancers are “reused” in regeneration and tumorigenesis. One of these enhancers is wg1, the first ever allele described of wg. wg1 encodes an enhancer that has been described to participate in the development of the wing disc and its deletion induces the emergence of completely functional adult flies that only lack wings. Furthermore, recent reports have shown that wg1 is also involved in regeneration and tumorigenesis. However, a controversy exists among the authors on whether wg1 contributes to the three processes. Moreover, the lack of a proper characterization of wg1 makes it difficult to understand how wg1 may differently contribute to these different processes. Hence, the main aim of this thesis is to characterize wg1 and to understand how it performs its functions differentially in development, regeneration and tumorigenesis. In this thesis, we have identified a highly robust regulatory mechanism that ensures the specification and growth of the wing not only during normal development but also under stress conditions. We have narrowed down the long wing-specific enhancer to a 1.8-kb-long enhancer comprising two highly conserved regulatory modules that act in a redundant manner to guarantee the expression of Wingless (Wg) and the specification of the wing. In later stages, the same modules are reused in the injured tissue to trigger Wg and Wnt6 expression and allow regeneration. Besides, the same enhancer is aberrantly used in CIN-induced tumours to drive the expression of Wg and Wnt6 and drive the tumoral overgrowth. Furthermore, we have unveiled that the enhancer mediates these two activities through the use of distinct molecular mechanisms. Whereas Hedgehog, EGFR and JAK/STAT signalling regulate Wg expression in early primordia, JNK activation in injured tissues induce Wg expression to promote compensatory proliferation while driving tissue overgrowth in tumoral tissues. In addition, in the regenerative tissue, we have detected the presence of a cell population with enlarged nuclei and resistance to cell death inputs. Assessing different hallmarks of senescent we have been able to conclude that these cells are senescent and persist along the regeneration. Besides, we have shown that the establishment of the cell cycle arrest in the senescent population is independent of p53.

[cat] Els potenciadors són els principals reguladors de l’expressió genètica. Els gens depenen d’aquests per ser expressats diferencialment en diferents teixits, punts del desenvolupament o contextos. En els últims anys s’ha vist que tot i que hi ha potenciadors específics per al desenvolupament, molts d’ells són “reutilitzats” en regeneració i càncer. Un d’aquests potenciadors és wg1, el primer al·lel descrit de wg. wg1 conté un potenciador que s’ha descrit que participa en el desenvolupament del disc d’ala i que de fet, la seva deleció indueix l’aparició de mosques adultes completament funcionals que només els hi manquen les ales. A més, informes recents han demostrat que el wg1 també està implicat en regeneració i càncer. No obstant això, existeix controvèrsia entre els autors sobre si wg1 contribueix realment als tres processos. A més a més, la manca d’una caracterització adequada de wg1 dificulta entendre com aquest pot contribuir de manera diferent en els tres processos. Per tant, l’objectiu principal d’aquesta tesi és caracteritzar wg1 i entendre com realitza les seves funcions de forma diferent en el desenvolupament, la regeneració i en els tumors. En aquesta tesi, hem identificat un mecanisme regulador molt sòlid que garanteix l’especificació i el creixement de l’ala no només durant el desenvolupament normal, sinó també en condicions d’estrès. Hem reduït el potenciador específic de l’ala a una seqüència d’1,8 kb de llarg que comprèn dos mòduls reguladors altament conservats que actuen de manera redundant per garantir l’expressió de Wingless (Wg) i l’especificació de l’ala. En etapes posteriors els mateixos mòduls es reutilitzen en el teixit lesionat per activar l’expressió Wg i Wnt6 i permetre la regeneració. A més, el mateix potenciador s’utilitza de manera aberrant en tumors CIN per induir l’expressió de Wg i Wnt6 e impulsar el creixement tumoral. A més a més, hem descobert que wg1 executa aquestes dues activitats mitjançant l’ús de diferents mecanismes moleculars. Mentre que la senyalització de Hedgehog, EGFR i JAK/STAT regula l’expressió de Wg en etapes primerenques, l’activació de JNK en teixits lesionats indueix l’expressió de Wg per promoure la proliferació compensatòria mentre que en el teixit tumoral promou el sobrecreixement del teixit. Per últim, en el teixit regeneratiu hem detectat la presència d’una població cel·lular de nuclis grans resistent als senyals de mort cel·lular. Avaluant diferents marcadors associats a la senescència hem pogut concloure que aquestes cèl·lules són senescents i que persisteixen al llarg de la regeneració. A més, hem demostrat que l’establiment de l’aturada del cicle cel·lular en la població senescent és independent de p53.