Миграцию клеток зародышевой линии в раннем эмбриогенезе Drosophila melanogaster негативно регулируют окружающие соматические клетки

Клеточная миграция – важный морфогенетический процесс, необходимый на разных этапах индивидуального развития и функционирования организма. Инициация и поддержание состояния движения клеток требуют активации множества факторов, участвующих в регуляции транскрипции, преобразованиях сигналов, адгезивных взаимодействиях, модуляциях мембран и цитоскелета. Однако клеточная миграция зависит не только от статуса клеток, способных к активному движению, но и от состояния окружающих клеток, с которыми взаимодействуют движущиеся клетки. Окружающие клетки или матрикс не просто формируют субстрат для перемещения, но могут также участвовать в пространственно-временной регуляции миграции. В настоящее время нет точных представлений о генетических механизмах этой регуляции. Чтобы определить роль клеточного окружения в регуляции индивидуальной клеточной миграции, в настоящей работе мы изучали миграцию клеток зародышевой линии (КЗЛ) в раннем эмбриогенезе Drosophila melanogaster. В норме КЗЛ обособляются на 3-й стадии эмбриогенеза на заднем полюсе эмбриона. Во время гаструляции (6–7-я стадии) КЗЛ в виде консолидированной группы пассивно перемещаются внутрь эмбриона и оказываются в кармане первичной кишки. Далее КЗЛ индивидуализируются, приобретают амебоидную форму, активно перемещаются сквозь эпителий кишки и мигрируют в 5–6-й брюшные сегменты эмбриона, где формируют парные первичные гонады. Мы провели скрининг генов, экспрессирующихся в окружающем КЗЛ эпителии в раннем эмбриогенезе и влияющих на их миграцию. Выявили гены myc, Hph, stat92E, Tre-1 и hop, РНКинтерференция которых приводит к преждевременной активной миграции КЗЛ на 4–7-й стадиях эмбриогенеза. Эти гены можно разделить на две группы: модуляторы активности JAK/STAT сигнального каскада, индуцирующего миграцию в КЗЛ, – гены stat92E, Tre-1, hop, и гены, вовлеченные в морфогенез и поляризацию эпителия, т.е. модифицирующие проницаемость эпителиального барьера, – myc, Hph. Так как снижение количества продуктов каждого из этих генов приводило к преждевременной миграции КЗЛ, то можно сделать вывод, что в норме на ранних стадиях эмбриогенеза соматическое окружение негативно регулирует миграцию клеток зародышевой линии.

1. Aman A., Piotrowski T. Cell migration during morphogenesis. Dev. Biol. 2010;341(1):20-33. DOI 10.1016/j.ydbio.

2. Bae Y.K., Macabenta F., Curtis H.L., Stathopoulos A. Comparative analysis of gene expression profiles for several migrating cell types identifies cell migration regulators. Mech. Dev. 2017;148:40-55. DOI 10.1016/j.mod.2017.04.004.

3. Barros-Becker F., Lam P.Y., Fisher R., Huttenlocher A. Live imaging reveals distinct modes of neutrophil and macrophage migration within interstitial tissues. J. Cell Sci. 2017;130(22):3801-3808. DOI 10.1242/jcs.206128.

4. Dansereau D.A., Lasko P. The development of germline stem cells in Drosophila. Methods Mol. Biol. 2008;450:3-26. DOI 10.1007/978-1-60327-214-8_1.

5. Devreotes P., Horwitz A.R. Signaling networks that regulate cell migration. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2015;7(8):a005959. DOI 10.1101/cshperspect.a005959.

6. Dorogova N.V., Fedorova E.V., Bolobolova E.U., Ogienko A.A., Baricheva E.M. GAGA protein is essential for male germ cell development in Drosophila. Genesis. 2014;52(8):738-751. DOI 10.1002/dvg.22789.

7. Dorogova N.V., Fedorova E.V., Ogienko A.A., Baricheva E.M., Khrushcheva A.S. Role of GAGA factor in Drosophila primordial germ cell migration and gonad development. Russ. J. Dev. Biol. 2016; 47(1):33-40. DOI 10.1134/S1062360416010033.

8. Doronkin S., Djagaeva I., Nagle M.E., Reiter L.T., Seagroves T.N. Dose-dependent modulation of HIF-1alpha/sima controls the rate of cell migration and invasion in Drosophila ovary border cells. Oncogene. 2010;29(8):1123-1134. DOI 10.1038/onc.2009.407.

9. Josten F., Fuss B., Feix M., Meissner T., Hoch M. Cooperation of JAK/ STAT and Notch signaling in the Drosophila foregut. Dev. Biol. 2004;267(1):181-189. DOI 10.1016/j.ydbio.2003.11.016.

10. Kunwar P.S., Sano H., Renault A.D., Barbosa V., Fuse N., Lehmann R. Tre1 GPCR initiates germ cell transepithelial migration by regulating Drosophila melanogaster E-cadherin. J. Cell Biol. 2008;183(1): 157-168. DOI 10.1083/jcb.200807049.

11. Kunwar P.S., Starz-Gaiano M., Bainton R.J., Heberlein U., Lehmann R. Tre1, a G protein-coupled receptor, directs transepithelial migration of Drosophila germ cells. PLoS Biol. 2003;1(3):E80. DOI 10.1371/journal.pbio.0000080.

12. Li J., Xia F., Li W.X. Coactivation of STAT and Ras is required for germ cell proliferation and invasive migration in Drosophila. Dev. Cell. 2003;5(5):787-798. DOI 10.1016/s1534-5807(03)00328-9.

13. Ma X., Huang J., Tian Y., Chen Y., Yang Y., Zhang X., Zhang F., Xue L. Myc suppresses tumor invasion and cell migration by inhibiting JNK signaling. Oncogene. 2017;36:3159-3167. DOI 10.1038/onc.2016.463.

14. Omelina E.S., Baricheva E.M., Oshchepkov D.Y., Merkulova T.I. Analysis and recognition of the GAGA transcription factor binding sites in Drosophila genes. Comput. Biol. Chem. 2011;35:363-370. DOI 10.1016/j.compbiolchem.2011.10.008.

15. Ratheesh A., Belyaeva V., Siekhaus D.E. Drosophila immune cell migration and adhesion during embryonic development and larval immune responses. Curr. Opin. Cell Biol. 2015;36:71-79. DOI 10.1016/j.ceb.2015.07.003.

16. Reig G., Pulgar E., Concha M.L. Cell migration: from tissue culture to embryos. Development. 2014;141(10):1999-2013. DOI 10.1242/dev.101451.

17. Richardson B.E., Lehmann R. Mechanisms guiding primordial germ cell migration: strategies from different organisms. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2010;11(1):37-49. DOI 10.1038/nrm2815.

18. Schumacher L. Collective cell migration in development. Adv. Exp. Med. Biol. 2019;1146:105-116. DOI 10.1007/978-3-030-17593-1_7.

19. Shapouri-Moghaddam A., Mohammadian S., Vazini H., Taghadosi M., Esmaeili S.-A., Mardani F., Seifi B., Mohammadi A., Afshari J.T., Sahebkar A. Macrophage plasticity, polarization, and function in health and disease. J. Cell Physiol. 2018;233(9):6425-6440. DOI 10.1002/jcp.26429.

20. Sheng X.R., Posenau T., Gumulak-Smith J.J., Matunis E., Van Doren M., Wawersik M. Jak-STAT regulation of male germline stem cell establishment during Drosophila embryogenesis. Dev. Biol. 2009;334(2):335-344. DOI 10.1016/j.ydbio.2009.07.031.

21. Silver D.L., Geisbrecht E.R., Montell D.J. Requirement for JAK/STAT signaling throughout border cell migration in Drosophila. Development. 2005;132(15):3483-3492. DOI 10.1242/dev.01910.

22. van Steensel B., Delrow J., Bussemaker H.J. Genomewide analysis of Drosophila GAGA factor target genes reveals context-dependent DNA binding. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003;100(5):2580-2585. DOI 10.1073/pnas.0438000100.