Characterization of the role of Drosophila JAK/STAT signalling in cellular proliferation
| dc.contributor.corporatename | Kassel, Universität, FB 18, Naturwissenschaften, Institut für Biologie | |
| dc.contributor.referee | Schäfer, Mireille A. (Prof. Dr.) | |
| dc.contributor.referee | Jäckle, Herbert (Prof. Dr.) | |
| dc.date.accessioned | 2006-06-12T08:53:12Z | |
| dc.date.available | 2006-06-12T08:53:12Z | |
| dc.date.examination | 2005-12-22 | |
| dc.date.issued | 2006-01-10 | |
| dc.description.everything | Diese Arbeit entstand am Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie, Göttingen. | ger |
| dc.format.extent | 33664545 bytes | |
| dc.format.mimetype | application/pdf | |
| dc.identifier.uri | urn:nbn:de:hebis:34-3305 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/123456789/3305 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights | Urheberrechtlich geschützt | |
| dc.rights.uri | https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/ | |
| dc.subject | JAK | ger |
| dc.subject | STAT | ger |
| dc.subject | Proliferation | ger |
| dc.subject | Signalisierung | ger |
| dc.subject | Zellzyklus | ger |
| dc.subject | JAK | eng |
| dc.subject | STAT | eng |
| dc.subject | proliferation | eng |
| dc.subject | signalling | eng |
| dc.subject | cell cycle | eng |
| dc.subject.ddc | 570 | |
| dc.subject.swd | Signaltransduktion | ger |
| dc.subject.swd | Taufliege | ger |
| dc.title | Characterization of the role of Drosophila JAK/STAT signalling in cellular proliferation | eng |
| dc.type | Dissertation | |
| dcterms.abstract | Der Janus Kinase / signal transducer and activator of transcription (JAK/STAT) Signal- transduktionsweg wird für viele Entwicklungsvorgänge benötigt und spielt eine zentrale Rolle bei der Hämatopoese und bei der Immunantwort. Obwohl der JAK/STAT-Signalweg in den vergangenen Jahren Gegenstand intensiver Forschung war, erschwert die Redundanz des Signalwegs bei Wirbeltieren genetische Untersuchungen zur Identifizierung derjenigen Mechanismen, die den JAK/STAT-Signalweg regulieren. Der JAK/STAT-Signaltransduktionsweg ist evolutionär konserviert und ebenfalls bei der Taufliege Drosophila melanogaster vorhanden. Im Gegensatz zu Wirbeltieren ist der Signaltransduktionsweg von Drosophila weniger redundant und beinhaltet folgende Hauptkomponenten: den Liganden Unpaired (Upd), den Transmembranrezeptor Domeless (Dome), die einzige JAK-Tyrosinkinase Hopscotch (hop), sowie den Transkriptionsfaktor STAT92E. In der vorliegenden Arbeit wird die Rolle des JAK/STAT-Signalwegs bei der zellulären Proliferation mithilfe der Modellsysteme der Flügel- und der Augen-Imaginalscheiben von Drosophila charakterisiert. "Loss-of-function"- und "Gain-of-function"-Experimente zur Verminderung beziehungs-weise Erhöhung der Signalaktivität zeigten, dass der JAK/STAT-Signalweg eine Rolle bei der zellulären Proliferation der Flügel-Imaginalscheiben spielte, ohne die Zellgröße oder Apoptose zu verändern. Bei der Flügelentwicklung während des zweiten und des frühen dritten Larvalstadiums war die Aktivität des JAK/STAT-Signalwegs sowohl notwendig für die zelluläre Proliferation als auch hinreichend, um Überproliferation anzutreiben. Allerdings änderte sich während der späten dritten Larvalstadien die JAK/STAT-Signalaktivität, sodass endogene STAT92E-Mengen einen anti-proliferativen Effekt im gleichen Gewebe aufwiesen. Weiterhin reichte die ektopische Aktivierung des JAK/STAT-Signalwegs zu diesem späten Entwicklungszeitpunkt aus, um die Mitose zu inhibieren und die Zellen in der Phase G2 des Zellzyklus zu arretieren. Diese Ergebnisse legen den Schluss nahe, dass der JAK/STAT-Signalweg sowohl pro-proliferativ in frühen Flügelscheiben als auch anti-proliferativ zu späten Stadien der Flügelscheiben-Entwicklung wirken kann. Dieser späte anti-proliferative Effekt wurde durch einen nicht-kanonischen Mechanismus der STAT92E-Aktivierung vermittelt, da späte hop defiziente Zellverbände im Vergleich zu Wildtyp-Zellen keine Veränderungen im Ausmaß der zellulären Proliferation aufwiesen. Ferner konnte gezeigt werden, dass eine während der Larvalstadien exprimierte dominant-negative und im N-Terminus deletierte Form von STAT92E (?NSTAT92E) nicht für den anti-proliferativen Effekt verantwortlich ist. Diese Tatsache ist ein weiteres Indiz dafür, dass das vollständige STAT92E den späten anti-proliferativen Effekt verursacht. Um Modulatoren für die von JAK/STAT vermittelte zelluläre Proliferation zu identifieren, wurde ein P-Element-basierter genetischer Interaktions-Screen in einem sensibilisierten genetischen Hintergrund durchgeführt. Insgesamt wurden dazu 2267 unabhängige P-Element-Insertionen auf ihre Wechselwirkung mit der JAK/STAT-Signalaktivität untersucht und 24 interagierende Loci identifiziert. Diese Kandidaten können in folgende Gruppen eingeordnet werden: Zellzyklusproteine, Transkriptionsfaktoren, DNA und RNA bindende Proteine, ein Mikro-RNA-Gen, Komponenten anderer Signaltransduktionswege und Zelladhäsionsproteine. In den meisten Fällen wurden mehrere Allele der interagierenden Kandidatengene getestet. 18 Kandidatengene mit übereinstimmend interagierenden Allelen wurden dann zur weiteren Analyse ausgewählt. Von diesen 18 Kandidaten-Loci wurden 7 mögliche JAK/STAT-Signalwegskomponenten und 6 neue Zielgene des Signalwegs gefunden. Zusammenfassend wurde das Verständnis um STAT92E verbessert. Dieses Protein hat die gleiche Funktion wie das STAT3-Protein der Wirbeltiere und treibt die zelluläre Proliferation voran. Analog zu STAT1 hat STAT92E aber auch einen anti-proliferativen Effekt. Ferner wurden 24 mögliche Modulatoren der JAK/STAT-Signalaktivität identifiziert. Die Charakterisierung dieser Wechselwirkungen eröffnet vielversprechende Wege zu dem Verständnis, wie JAK/STAT die zelluläre Proliferation reguliert und könnte bei der Entwicklung von neuartigen therapeutischen Targets zur Behandlung von Krebskrankheiten und Entwicklungsstörungen beitragen. | ger |
| dcterms.abstract | The Janus kinase / signal transducer and activator of transcription (JAK/STAT) cascade is required for multiple developmental processes and plays a central role in haematopoietic development and immune responses. Although the JAK/STAT pathway has been a major focus of research, the redundancy observed in the vertebrate system makes genetic approaches difficult to identify mechanisms regulating JAK/STAT pathway activity. The JAK/STAT pathway and its role during development has been evolutionarily conserved and is present in the fruit fly Drosophila melanogaster. By contrast to vertebrates, the pathway in Drosophila is less redundant and includes the main components: the ligand Unpaired (Upd), transmembrane receptor Domeless (Dome), a single JAK tyrosine kinase Hopscotch (Hop), and STAT92E, the transcription factor. The present study was undertaken to characterize the role of JAK/STAT signalling in cellular proliferation, using the Drosophila wing and eye imaginal disc as model systems. Using loss- and gain-of-function clonal analysis, we observed that JAK/STAT pathway activity was implicated in cellular proliferation of wing imaginal disc cells without altering cell size or apoptosis. During second and early third instar wing development the pathway was both necessary for cellular proliferation and sufficient to drive over-proliferation. However, by late third instar stages the JAK/STAT pathway activity changed such that endogenous levels of STAT92E exerted a pronounced anti-proliferative effect in the same tissue. In addition, ectopic activation of JAK/STAT signalling at this late developmental time point was sufficient to inhibit mitosis and cause cells to arrest in the G2 phase of the cell cycle. This implies that, JAK/STAT signalling functions both pro-proliferative in early wing discs, and anti-proliferatively, in late stages of wing disc development. This late anti-proliferative effect was mediated via a non-canonical mechanism of STAT92E activation, as late hop loss-of-function mutant clones did not show any changes in the level of cellular proliferation compared to wild type cells. Furthermore, we found that the N-terminal truncated form of STAT92E (?NSTAT92E), which is expressed during larval life and shown to act as a dominant negative was not responsible for the anti-proliferative effect. Further suggesting that the full-length STAT92E protein to be responsible for the late anti-proliferative effect. In order to identify modulators of JAK/STAT mediated cellular proliferation, a P-element based genetic interaction assay was performed in a sensitized background. A total of 2267 independent P-element insertions were screened for their interaction with JAK/STAT pathway activity and 24 interacting loci were identified. These candidate genes were classified as: cell cycle proteins, transcription factors, DNA and RNA binding proteins, a micro RNA gene, members of other signal transduction pathways and cell adhesion proteins. Where available, multiple alleles for the candidate interacting genes were tested, and based on the consistency of interaction observed, 18 candidate genes were selected for further analysis. Of these 18 candidate loci, we identified 7 potential JAK/STAT pathway components and 6 novel downstream pathway target genes. Overall, we have advanced our understanding of Drosophila STAT92E, which functions much like vertebrate STAT3 to promote cellular proliferation and also acts anti-proliferatively, analogous to vertebrate STAT1. Also, we have identified 24 potential modifiers of JAK/STAT pathway activity. Characterization of these interactions opens promising avenues towards understanding how JAK/STAT regulates cellular proliferation, and may aid in the development of novel therapeutic targets to treat cancers and developmental defects. | eng |
| dcterms.accessRights | open access | |
| dcterms.creator | Mukherjee, Tina |