 |
Development and function of the ovarian stem cell niche in Drosophila
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
117010 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Erdélyi, Miklós |
| Title in Hungarian |
A Drosophila petefészek őssejt niche kialakulása és működése |
| Title in English |
Development and function of the ovarian stem cell niche in Drosophila |
| Keywords in Hungarian |
Drosophila, őssejt, niche, sejtkommunikáció |
| Keywords in English |
Drosophila, stem cell, niche, cell communication |
| Discipline |
| Developmental neurobiology (Council of Medical and Biological Sciences) | 50 % | | Ortelius classification: Animal growth | | Stem cell biology (Council of Medical and Biological Sciences) | 30 % | | Epigenetics and gene regulation (Council of Medical and Biological Sciences) | 20 % |
|
| Panel |
Cellular and Developmental Biology |
| Department or equivalent |
Institute of Genetics (HUN-REN Biological Research Centre Szeged) |
| Participants |
Bence, Melinda
Jankovics, Ferenc
Lakatos, Zsanett
|
| Starting date |
2015-09-01 |
| Closing date |
2019-12-31 |
| Funding (in million HUF) |
44.000 |
| FTE (full time equivalent) |
11.06 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Laboratóriumunkban a Drosophila ivarsejtvonal fejlődését szabályozó faktorok azonosítása céljából nagyléptékű RNS interferencián alapuló, reverz genetikai kísérletsorozatot hajtottunk végre. Ennek során azonosítottuk a small ovary gént. A small ovary gén funkcióvesztéses fenotípusa ovárium tumor volt, melyet az ivarsejt őssejtek folyamatos osztódása okozott. Ennek alapján úgy gondoljuk, hogy a small ovary gén biológiai funkciója az őssejt-utódsejtek differenciációjának szabályozása. További részletesebb genetikai vizsgálataink kimutatták, hogy a small ovary gén a testi sejtekben aktív és egy feltételezett transzkripciós faktort kódol. A rendelkezésünkre álló adatok arra utalnak, hogy a small ovary gén az ivarsejt őssejtek környezetét adó niche egyik sejttípusában az ún. escort sejtekben fejti ki differenciációt szabályozó hatását. Pályázatunk fő célkitűzései a következők: a small ovary gén részletes genetikai, sejtbiológiai, biokémiai vizsgálata; a small ovary gén megfelelően módosított változatai segítségével az escort sejtek leszármazásának vizsgálatára; a sejtleszármazási vizsgálatok kiterjesztése az ivarsejt őssejt niche összes sejttípusára; végül annak tesztelése, hogyan befolyásolják az ivarsejtvonal sejtek az őssejt niche kialakulását.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A Drosophila nőstények ováriumában található ivarsejt őssejt niche egyike a legtanulmányozottabb őssejt fejlődést szabályozó rendszereknek, mégis számos a működését és kivakulását érintő alapvető kérdés vár megválaszolásra. Nyitott kérdés, hogy milyen kommunkációs lépések irányítják a niche egyik fontos sejttípusának az escort sejteknek működését. A niche-t alkotó három sejttípus a terminal filament, a cap és az escort sejtek leszármazási viszonyai is teljesen tisztázatlanok. Noha az ivarsejtek és a testi sejtek szoros együttműködésben töltik be biológiai funkciójukat, kevéssé ismert, miként szabályozzák az ivarsejtek a testi eredetű niche sejtek fejlődését és működését. Annak érdekében, hogy új ismereteket szerezzünk a Drosophila nőstény ősivarsejt niche-ének kialakulását és működését illetően a következő kérdéseket kívánjuk megválaszolni. Mi a small ovary gén által kódolt, és az előzetes eredmények alapján escort sejt specifikusnak gondolt fehérje pontos kifejeződési mintázata térben és időben? Részt vesz-e a small ovary gén a szomatikus niche sejtek közötti kommunikációban? A small ovary valóban egy transzkripciós faktort kódol? Részt vesz-e a small ovary gén az escort sejtek fejlődésének irányításában? Mi a terminal filament, cap és escort sejttípusok eredete, milyen leszármazási vonalakat alkotnak? Meg kívánjuk továbbá válaszolni azon kérdést is, milyen szerepe lehet az ivarsejtvonal sejteknek a niche szomatikus eredetű sejtjeinek szabályozásában.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Az őssejtek biológiájának vizsgálata az orvosbiológiai kutatások fő sodorvonalában van. Az utóbbi időben elért eredmények alapján valószínűsíthető, hogy az őssejtek, illetve a belőlük differenciáltatott sejttípusok hamarosan gyógyászati eljárások alapját fogják képezni az ún. regeneratív medicina területén. Az őssejtek rutinszerű alkalmazásához azonban több kulcskérdést kell még tisztázni. Az egyik fejlesztendő terület az in vitro differenciációt irányító faktorok azonosítása és célzott alkalmazása a terápiás igényeknek megfelelő őssejt vonalak előállítása céljából. Az élő szervezetben az őssejtek differenciációját egy jól meghatározott sejtes környezet, a niche irányítja. A különböző niche sejtek őssejt fenntartó és differenciációs faktorokat egyaránt termelnek. A niche sejtek által termelt faktorok azonosításával olyan ismereteket szerezhetünk, melyek kiindulási alapot szolgáltathatnak a terápiás célú, in vitro fejlesztések számára. A niche vizsgálata a bonyolult anatómiai felépítés miatt emlős rendszerekben nehezen kivitelezhető, ezért a könnyen vizsgálható modellszervezetek használata fontos szereppel bír a területen. A Drosophila petefészekben található ősivarsejt niche az egyik legszélesebb körben alkalmazott modell rendszer. Nem túlzás azt állítani, hogy a niche-ek biológiájáról szerzett alapvető ismeretink zöme Drosophila modellen végzett vizsgálatokból ered. Pályázatunk munkatervének gerincét egy, a Drosophila nőstény ősivarsejt niche-ben működő, általunk azonosított transzkripciós faktor részletes jellemzése adja. A pályázat keretében vizsgálni fogjuk továbbá az ivarsejt-testi sejt irányú kommunikáció szerepét a niche formálódásban, valamint végrehajtjuk a legelső sejtleszármazási vizsgálatsort, mellyel a niche összes sejttípusának kialakulását jellemezzük. Azt reméljük, hogy a legjobban ismert őssejt niche modellen végzett kísérleteink más rendszerben is hasznosítható tudományos eredményeket fognak hozni.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A soksejtű szervezetek szöveti egyensúlyát őssejtek biztosítják, melyek egyaránt képesek önmagukhoz hasonló differenciálatlan, valamint differenciálódásra képes utódsejteket létrehozni. Az őssejtek működésükhöz speciális szöveti környezetet, niche-t igényelnek. Az utóbbi időben az őssejtek biológiájáról szerzett ismereteink látványosan bővültek, azonban a niche kialakulását és működését irányító tényezőkről jóval kevesebbet tudunk. A Drosophila petefészekben található ősivarsejt niche az egyik legjobban ismert őssejt környezet. Azonban még ennek a jól ismert rendszernek az esetében is számos alapvető kérdés vár megválaszolásra. Nem tudjuk például a niche-t alkotó sejtek a test mely részéből származtathatók. A niche sejtek közötti, valamint az ivarsejt vonal sejtek és a niche sejtek közötti kommunikáció sok eleme sem ismert még. Egy nagyléptékű genetikai szűrővizsgálat során azonosítottuk a small ovary gént, melynek szerepe lehet a niche fejlődésének és működésének szabályozásában. A gén előzetes jellemzése azt mutatta, hogy a gén valószínűleg a petefészek ősivarsejt niche egyik sejttípusában az escort sejtekben kifejeződő transzkripciós faktort kódol. A pályázat keretében részletesen jellemezni fogjuk a small ovary gént a Drosophila egyedfejlődés során. Ennek érdekében mind meglévő, mind újonnan fejlesztett vizsgálati eszközöket fogjunk használni. A small ovary gént, mint eszközt fogjuk felhasználni sejtkommunikáció, valamint az escort sejtek leszármazási vonalának vizsgálatára. Ezen felül valamennyi niche-formáló sejttípus leszármazási vonalát tisztázni kívánjuk.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
During a large-scale RNAi-based reverse genetic screen and the subsequent genetic analysis, we have identified and preliminarily characterized small ovary, a novel gene involved in Drosophila female germline differentiation. Loss-of-function of the small ovary gene resulted in small-sized stem cell-like ovarian tumours due to permanent proliferation of the germline stem cells. We propose that the biological role of small ovary is to promote the differentiation of the stem cell daughter cells. Further preliminary characterisation revealed that small ovary is a soma-dependent gene and encodes for a putative transcription factor. Based on a careful analysis of the preliminary phenotypic data, we propose that small ovary plays a role specifically in the escort cells, which represent one of the three known cell types of the adult germline stem cell niche. The main aims of the proposed research are the following: to give a detailed genetic, cell biological, and biochemical analysis of small ovary; to utilize the acquired knowledge about small ovary to develop new tools for the investigation of the escort cell lineage; to establish the origin of ovarian stem cell niche; and finally, to investigate the physiological relevance of the germline-to soma signalling.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Though the female GSC niche is one of the best studied niches, some basic questions remain to be answered. Escort cells have a pivotal function within the Drosophila adult GSC niche; nevertheless, they represent a lesser-known cell type of the niche. For instance, soma-to-soma signals regulating escort cell development and function have not been identified yet. There is also a limited knowledge about the genealogy of the three cell types of the niche. Germline cells and somatic cells work in a tight cooperation within the niche, however, it is yet to be established, how germline cells are involved in the regulation of somatic niche cell differentiation and development. To target these issues and to gain new insights into how ovarian niche develops and functions, we will answer the following specific questions: What is the exact spatiotemporal expression pattern of the putative escort cell-specific small ovary? Does small ovary participate in soma-to-soma and soma-to-germline signalling towards the escort cells? Is small ovary involved in the transcription regulation of escort cells? Is small ovary involved in the regulation of the escort cell lineage? In addition, we will investigate the origin of terminal filament and cap cells, the other two cell types of the adult ovarian stem cell niche. We also intend to determine whether germ cells have a role in the regulation of the somatic cell development in the ovary.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Stem cells are in the forefront of biomedical research due to the heightened expectations that in vitro cultured and differentiated stem cells will be routinely used to cure neurodegenerative and heart diseases, diabetes, deafness, or blindness in the not too distant future. One of the main aims of stem cell-based regenerative medicine is to find the appropriate in vitro microenvironments in which the stem cells can be differentiated into the desired cell types. In vivo, the stem cells reside in a well-defined cellular microenvironment, the so-called niche. The niche is composed of different types of cells, which maintain the stem cell fate or promote the differentiation of the stem cell progenies. Identification of the regulators emanating from the niche cells may provide useful initial data for in vitro studies. Owing to their complicated anatomical structures, the identification and analysis of mammalian stem cell niches is extremely difficult. However, studies on stem cell niches of model organisms, such as Drosophila melanogaster, provide valuable information about their general organisation and function. Adult Drosophila ovaries contain germline stem cells enabling the continuous production of gametes throughout the animal’s life. It is not an exaggeration to say that the Drosophila ovarian germline stem cells niche is one of the best known systems and that most of the mechanistic insights into how niches operate have been obtained using it. Our proposed scientific program focuses on a novel transcription factor which is involved in the regulation of the Drosophila germline stem cell niche. We will investigate the soma-to-soma and germline-to soma communication in the niche, and we will perform the first ever lineage analysis of the ovarian niche cells. We hope that the results of our analysis of the best known stem cell niche will provide generalizable knowledge in the field.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
In metazoans, tissue homeostasis is maintained by stem cells, which are characterized by their ability to self-renew and generate differentiating daughter cells. Stem cells reside in specific microenvironments, called niches. Although discoveries of the last decades have improved our understanding of the biology of stem cells, the mechanisms that govern the formation, size, and signalling of the niches remain less well understood. The Drosophila ovarian germline stem cell niche is one of the best studied niches, though some basic questions like what the function of germ cells in niche formation is, what the origin of the niche cells is, or what kind of soma-to-soma signalizations occur during niche development remain to be answered. During a previous large-scale genetic screen, we have isolated small ovary, a novel gene that encodes for a putative transcription factor having a role in germline stem cell niche development and function. Within the frame of the proposed work, we will analyse the putative functions of small ovary throughout the development of Drosophila. To do this, we will use the entire applicable repertoire of Drosophila genetics and molecular biology, and we will also generate and adapt new experimental systems that will allow a better understanding of the biological and molecular functions of small ovary. We will utilize the acquired knowledge about small ovary to develop new tools for the investigation of the escort cell lineage. In addition, we will extend the scope of the lineage analysis to terminal filament and cap cells, the other two cell types of the adult ovarian stem cell niche.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
