Drosophila - Severo Ochoa - Universidad Autónoma de Madrid

Jefe de Línea /
Group Leader:
Isabel Guerrero
Mecanismos de señalización
en el desarrollo
Signaling mechanisms
in development
A5
Publicaciones
Publications
Resumen de investigación
Research summary
Sánchez, L., Gorfinkiel, N. and Guerrero, I. (2005). Sex Determination
and the Development of the Genital Disc. In: Gilbert, L: I:, Iatrou, K
and Gil, S. S. (eds). Comprehensive Molecular Insect Science.
Elsevier BVR. Vol I. Chapter I.
Postdoctorales /
Postdoctoral:
Isabel Rodríguez
Luis Quijada
Ainhoa Callejo
Aphrodite Bilioni
Becarios Predoctorales /
Predoctoral Fellows:
Javier Sierra
Elvira Benítez
Alicia Rosales
Técnicos de Investigación /
Technical Assistance:
Carmen Ibáñez
Estudiantes de licenciatura /
Undergraduated Students:
Mª Jesús Delgado
Biología del Desarrollo Developmental Biology
Una cuestión fundamental en biología del desarrollo es
cómo las células precursoras de un tejido u órgano pueden
recibir e interpretar la información posicional que
determinará su destino celular. Las moléculas de secreción
perteneciente a las familias de TGF-beta, Wnt y Hedgehog
(Hh) actúan como morfógenos en muchos contextos
celulares, es decir, emanan desde focos localizados y
forman gradientes extracelulares que, a su vez, determinan
el destino celular de forma dependiente de la
concentración. Nuestro grupo está interesado en el estudio
de los mecanismos moleculares de señalización de estos
morfógenos. En los últimos años hemos dedicado una
mayor atención a Hh, debido a su gran importancia en
enfermedades humanas. Así, alteraciones en la
señalización de Hh dan lugar a varios tipos de
malformaciones en humanos, siendo causa también del
desarrollo de tumores, tales como los carcinomas de
células básales (BCC) y los meduloblastomas, jugando,
además, un papel importante en la progresión de otros tipos
de tumores y en los procesos regenerativos.
La proteína Hh, por ser una molécula altamente modificada
por lípidos, se encuentra normalmente asociada a
membranas; a pesar de ello, Hh es capaz de migrar y
programar a células muy alejadas de su fuente de
producción. En este contexto, recientemente nuestro grupo
ha identificado y caracterizado el gen shifted (shf) como un
nuevo gen que se requiere para la distribución de Hh fuera
de la célula. Shf es un factor de secreción que podría
conferir la especificad de los heparán sulfato
proteoglicanos de la matriz extracelular para la retención y
difusión de Hh. Además, hemos observado que las
modificaciones lipídicas de Hh se requieren para la
interacción de Hh con algunos componentes de la matriz
extracelular (como los Heparán Sulfato Proteoglicanos y
Shf) y para la correcta interacción de Hh con su receptor
Patched. Recientemente, hemos encontrado que Patched
actúa como no sólo como receptor de Hh sino como un
receptor de partículas lipoproteicas (LDLR). Actualmente,
estamos analizando por un lado la relación que tiene el
metabolismo energético con la vía de Hh y por otro el
mecanismo por el que Hh unido a lipoproteínas se secreta y
se mueve en el espacio extracelular.
A key issue in developmental biology is how cells in a
developing field acquire the positional information that will
determine their fate. Secreted signaling molecules of the
TGF-beta, Wnt, and Hedgehog (Hh) families have been
shown to play essential roles in cell fate specification during
development. In many developmental contexts, they act as
morphogens that emanate from localized sources and form
extracellular gradients, which differentially regulate cell fates
in a concentration-dependent manner. Our group is
interested to study the function of these three morphogens
in Drosophila development with higher input in the molecular
and cellular mechanisms of Hh signaling because its
implications in human diseases. Thus, Hh pathway, which
has been previously identified in Drosophila, is affected in
different congenital malformations and also plays a key role
in development and progression of various malignant
tumors and in the regenerative processes.
Hh is a molecule highly modified by lipids and despite being
associated with membranes, it is able to migrate and to
program cells far away from its site of production. To
investigate the Hh spreading mechanism, we characterized
Shifted (Shf) as a new component in the Drosophila Hh
pathway. We show that Shf is required for Hh stability and for
lipid-modified Hh spreading. Shf is a secreted factor, which
interacts both with Hh and the Heparan sulfate
proteoglycans (HSPG), leading us to suggest that Shf could
provide HSPG specific for Hh. In addition, we have
observed that lipid modifications on Hh are required for
proper interaction with the extracellular matrix components
for Hh spreading and for correct recognition of the Patched
receptor. More recently, we have found that Ptc is acting also
as a receptor of lipoprotein particles. Presently, we are
analyzing the relationship of the lipid metabolism with the Hh
pathway and also the implication of lipids and
Apolipoproteins in Hh secretion and spreading.
Quijada, L., Callejo, A., Torroja, C. and Guerrero, I. (2005). The
Patched receptor: switching on/off the Hedgehog signaling pathway.
In: Ruiz i Altaba, A (ed). Hedgehog-Gli Signaling and Human Disease.
Landes Bioscience publishers.
Gorfinkiel, N., Sierra, J., Callejo, A., Ibánez, C. and Guerrero I. (2005).
The Drosophilaortholog of the human Wnt inhibitor factor Shifted
controls the diffusion of lipid-modified Hedgehog. Dev Cell. 8, 241-253.
Torroja, C., Gorfinkiel, N. and Guerrero, I. (2005).
Mechanisms of Hedgehog gradientformation and interpretation.
J Neurobiol. 64, 334-356.
Callejo, A., Torroja, C., Quijada, L. and Guerrero, I. (2006).
Hedgehog lipid modifications are required for Hedgehog stabilization
in the extracellular matrix. Development. 133, 471-483.
Callejo, A., Quijada, L. and Guerrero, I. (2006). Immunocytochemistry
and detecting tagged Hedgehog components for functional analysis.
Methods in Cell Biology. The Humana Press, Inc., NJ, USA.
Patentes
Patents
Modelo animal, no humano, para la identificación de compuetos
farmaceúticos reguladores de la vía de Hedgehog. Solicitud de
Patente de Invención 200602497 (30 sep 2006). Oficina Española
de Patentes y marcas (CSIC-Ministerio de Educación y Ciencia).
Organizador de congresos
Meeting organizer
ELSO meeting, Molecular Biology in Development. September 1-4
(2005), Dresden, Germany. EMBO conference in Hedgehog-Gli
signaling in development and stem cells. September 30.
October 4 (2006), Rome, Italy.
CBM 2005/2006
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Figura 1. Ptc como receptor de Lipoproteínas. La expresión temporal (14
horas) de Patched, el receptor de Hh, en el compartimento dorsal del disco
de ala induce la internalización de Lipophorinas (Lp) (apolipoproteinas de
Drosophila). Se puede observar una co-localización en vesículas
endocíticas de Ptc, Hh y Lp.
Figure 1. Ptc as a LDLR. Transient ectopic expression (14 hours) of
Patched, the Hh receptor, in the wing imaginal disc induces the
internalization of Lipophorins (Lp) (the Drosophila apolipoproteins). Ptc, Hh
and Lp are found in the same endocytic vesicles.
Figura 2. Modelo de formación del gradiente morfogenético de Hedgehog.Para la formación del gradiente morfogenético de Hh, Hh con sus
modificaciones lipídicas (Hh-Np) se empaqueta como partícula lipoproteica e interacciona con los componentes de la matriz extracelular,
Shifed/DmWIF y los Heparan sulfato proteoglycanos (HSPG). Hh sin sus modificaciones lipídicas (Hh-N) al no empaquetarse como partícula
lipoproteica y no interaccionar con los componentes de la matriz extracelular forma un gradiente mucho mas extendido. Tanto en mutantes para
Shf como para los HSPG, en los que se pierde la proteína Shf, Hh no puede difundir.
Figure 2. Diagram of Hh gradient formation. Lipid-modified Hh (Hh-Np) is packaged as a lipoprotein particle to spread through the extracellular
matrix. For a correct spreading, Hh interacts with the extracellular matrix components, Shifted/DmWIF and the HSPG. Hh without lipid
modifications (Hh-N) shows an extended gradient because Hh is not appropriated packaged as a lipoprotein particle and does not interact with
the extracellular matrix components. Hh spreading is blocked either in shf or in HSPG mutants, in which Shf/DmWIF protein is lost.
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