Μελέτη της ανάπτυξης του τραχειακού συστήματος της Drosophila melanogaster

Τα επιθήλια αποτελούν δομικές και λειτουργικές μονάδες πολυάριθμων ιστών. Εμπλέκονται σε φυσιολογικές διεργασίες και προστατεύουν τον οργανισμό από την εισβολή παθογόνων, λειτουργώντας ως φραγμοί διαπερατότητας. Το αναπνευστικό σύστημα των εντόμων αποτελείται από δίκτυο επιθηλιακών αγωγών που μεταφέρουν οξυγόνο στα επιμέρους όργανα. Για τον εντοπισμό νέων γονιδίων που εμπλέκονται στην ανάπτυξη του αναπνευστικού συστήματος της Drosophila και ειδικότερα στο σχηματισμό του τραχειακού φραγμού διαπερατότητας, πραγματοποιήθηκε γενετική διαλογή μεταλλαγμένων στελεχών. Ταυτοποιήθηκε το γονίδιο Btk29A ως σημαντικό για τη μορφογένεση των ΟΑΣ, και τη λειτουργία του τραχειακού φραγμού διαπερατότητας. Το Btk29A κωδικοποιεί για μια Tec κινάση τυροσίνης, συντηρημένη στα σπονδυλωτά και στα ασπόνδυλα. Στόχος της παρούσας μελέτης ήταν η αποσαφήνιση του ρόλου του Btk29A στο αναπνευστικό σύστημα της Drosophila. Ανάλυση της έκφρασης του Btk29A αποκάλυψε πως εκφράζεται στα κύτταρα της τραχείας και των ΟΑΣ. Τα ΟΑΣ συνδέουν την τραχεία με το περιβάλλον. Αποτελούνται από τον αναπνευστικό θάλαμο και το στιγματοφόρο. Τα κύτταρα των δυο επιμέρους τμημάτων εκφράζουν Btk29A. Σε Btk29A μεταλλαγμένα έμβρυα, τα ΟΑΣ είναι κοντύτερα από αυτά των αγρίου τύπου εμβρύων και εμφανίζουν μη φυσιολογικό σχήμα. Παρατήρηση των ΟΑΣ με in vivo μικροσκοπία, αποκάλυψε πως τα κύτταρα του αναπνευστικού θαλάμου δεν ολοκληρώνουν την εγκόλπωση που είναι αναγκαία για τη μορφογένεσή τους, με τα πιο οπίσθια κύτταρα να παραμένουν στην επιφάνεια. Για καλύτερη ανάλυση του φαινοτύπου, εξετάσθηκαν παράμετροι που εμπλέκονται στην εγκόλπωση των συγκεκριμένων κυττάρων: σύσφιξη της κορυφαίας μεμβράνης, κυτταρικό σχήμα, οργάνωση του κυτταροσκελετού και ενεργότητα της Rho1GTPase. Καμία από τις παραπάνω παραμέτρους δεν επηρεάζεται σε Btk29A μεταλλαγμένα έμβρυα. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκαν πειράματα διάσωσης φαινοτύπου βασισμένα στην ιστοειδική έκφραση του Btk29A μέσω του συστήματος UAS-GAL4. Επαναφορά της έκφρασης της Btk29A στα κύτταρα του αναπνευστικού θαλάμου δε διασώζει την ανώμαλη μορφογένεση των ΟΑΣ. Ο φαινότυπος διασώζεται με επαναφορά της Btk29A στα κύτταρα του στιγματοφόρου. Συνεπώς, η εγκόλπωση των κυττάρων του αναπνευστικού θαλάμου είναι πιθανό να ρυθμίζεται κυτταρικά μη αυτόνομα μέσω δράσης της Btk29A στα κύτταρα του στιγματοφόρου. Παρατήρηση του στιγματοφόρου με in vivo μικροσκοπία, αποκάλυψε πως η Btk29A είναι σημαντική για τις ανακατατάξεις των κυττάρων αυτών. Η σωστή ρύθμιση των ανακατατάξεων συμβάλει στη φυσιολογική τοποθέτηση των κυττάρων του αναπνευστικού θαλάμου και την ολοκλήρωση της εγκόλπωσης τους. Το αναπνευστικό σύστημα των Btk29A μεταλλαγμένων στελεχών χαρακτηρίζεται και από διατάραξη του τραχειακού φραγμού διαπερατότητας. Η μορφολογία της τραχείας δεν επηρεάζεται. Εξετάσθηκε η δομή και η μοριακή σύσταση των Διαφραγματικών Συνδέσεων (ΔΣ), που είναι σημαντικές για το σχηματισμό και τη διατήρηση των επιθηλιακών φραγμών διαπερατότητας. Ανάλυση των ΔΣ της τραχείας δεν αποκάλυψε ανωμαλία στη δομή και τον εντοπισμό των πρωτεϊνών που τις συνιστούν. Συνεπώς, η διατάραξη του φραγμού διαπερατότητας δεν είναι αποτέλεσμα διατάραξης των ΔΣ. Η παρούσα μελέτη προσφέρει νέες πληροφορίες για τη δράση της Btk29A στο αναπνευστικό σύστημα της Drosophila και επισημαίνει τη σημασία των αλληλεπιδράσεων που αναπτύσσονται μεταξύ των οργάνων για τη σωστή ανάπτυξη και λειτουργία τους.