Regulació de la metamorfosi en insectes hemimetàbols i holometàbols. Caracterització funcional del gen E93 i del procés de sumoilació

• Autores: Enric Ureña Sala
• Directores de la Tesis: E. Capilla (dir. tes.), David Martín Casacuberta (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2013
• Idioma: catalán
• Tribunal Calificador de la Tesis: Jordi Casanova Roca (presid.), Josep Planas Vilarnau (secret.), Maria Rosa Barrio Olano (voc.)
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Biología de insectos (entomología)
      • Desarrollo de los insectos
      • Fisiología de los insectos
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TDX  Dipòsit Digital de la UB 
• Resumen

  • La maduració sexual dels animals està controlada per hormones. En els insectes alats aquesta maduració es coneix amb el nom de metamorfosi, i pot anar acompanyada d¿una completa reorganització de la majoria d¿òrgans i estructures juvenils (insectes holometàbols), o bé limitar-se a uns pocs teixits, principalment les ales i la genitàlia (insectes hemimetàbols). La metamorfosi dels insectes holometàbols (metamorfosi completa), que va aparèixer fa uns 300 milions d¿anys a partir d¿insectes hemimetàbols (metamorfosi incompleta), ha fet que aquest grup animal assolís un gran èxit evolutiu, ja que la diferent morfologia entre les formes juvenils i adultes els permet explotar hàbitats diferents i no competir entre elles. En tots els insectes els canvis metamòrfics estan controlats per dues hormones, la 20-hidroxiecdisona (20E) i l¿hormona juvenil (HJ). La 20E s¿encarrega d¿induir les transicions entre les diverses mudes i estadis del desenvolupament, mentre que l¿HJ modula la naturalesa d¿aquestes transicions. La present tesi doctoral pretén aprofundir en el coneixement de la regulació molecular de la metamorfosi mitjançant l¿estudi del procés de sumoilació, per una banda, i de la funció del gen E93 de l¿altra. Per fer-ho s¿han utilitzat tres models d¿insectes: la panerola Blattella germanica (hemimetàbol), l¿escarabat Tribolium castaneum (holometàbol basal) i la mosca Drosophila melanogaster (holometàbol modificat). La sumoilació és una modificació posttraduccional que consisteix en la unió de manera reversible d¿una proteïna petita, anomenada Sumo (de l¿anglès Small Ubiquitin-like MOdifier), a una proteïna diana. Aquesta unió comporta la modificació de les propietats de la proteïna diana canviant-ne la conformació, la localització subcel¿lular, la capacitat d¿interacció amb altres proteïnes o la capacitat d¿unió al DNA (en el cas dels factors de transcripció), entre d¿altres. En els insectes, l¿estudi del procés de sumoilació s¿havia centrat fins ara en l¿holometàbol D. melanogaster, on s¿ha vist que és imprescindible per a l¿inici de la metamorfosi. En aquesta tesi doctoral s¿ha descrit la funció d¿aquest procés en el desenvolupament postembrionari d¿un insecte molt més basal, B. germanica. Aquesta panerola té dos paràlegs Sumo, BgSumo1 i BgSumo3, mentre que D. melanogaster en té tan sols un, Smt3. Aquest fet permetia, doncs, estudiar l¿evolució funcional de la sumoilació en els insectes, i com aquesta funció està distribuïda en animals amb dos proteïnes Sumo. Així, mitjançant la tècnica de l¿RNA d¿interferència in vivo, s¿ha comprovat que la sumoilació és essencial per a la supervivència durant el desenvolupament postembrionari de B. germanica. A més, s¿ha vist que el paràleg BgSumo1 és necessari per a que es doni correctament la muda imaginal, per a la transducció del senyal de la 20E durant aquesta muda i per a la proliferació de l¿epiteli fol¿licular de l¿oòcit basal. D¿altra banda, s¿ha comprovat que diversos receptors nuclears que conformen la via de senyalització de la 20E, imprescindible per a l¿inici de la metamorfosi, són capaços de sumoilar-se en condicions in vitro. La segona part del treball se centra en l¿estudi funcional del factor de transcripció E93. Aquest, descrit prèviament en D. melanogaster com el responsable de la transmissió del senyal de la 20E en el procés de mort cel¿lular programada durant la metamorfosi, s¿ha comprovat en aquesta tesi que actua de regulador molt més general dels processos metamòrfics. Així, s¿expressa fortament durant el període metamòrfic en els tres models estudiats (B. germanica, T. castaneum i D. melanogaster), i la seva absència bloqueja aquest procés. En l¿hemimetàbol B. germanica, la manca de BgE93 durant el darrer estadi nimfal provoca la formació de nimfes supernumeràries, que mai assoleixen l¿estadi adult. En l¿holometàbol basal T. castaneum, per altra banda, l¿absència de TcE93 impedeix la diferenciació adulta que es dóna durant la fase pupal i provoca la muda a un segon estadi pupal supernumerari. Finalment, en l¿holometàbol modificat D. melanogaster també provoca un bloqueig general de la metamorfosi. A més, en aquests tres insectes E93 s¿encarrega de reprimir l¿expressió dels factors de transcripció Broad i Krüppel homolog-1, la presència dels quals impedeix la diferenciació adulta durant el darrer estadi juvenil dels insectes. Per tot això, aquest treball ha pogut descriure el factor de transcripció E93 com l¿especificador adult dels insectes alats, pas essencial per avançar en el coneixement de la regulació de la metamorfosi i en l¿estudi de l¿aparició de la metamorfosi completa a partir d¿insectes hemimetàbols.