ショウジョウバエ卵巣の生殖系幹細胞数は、DPPシグナル伝達を制御する冗長なメカニズムによって調節されています

入手可能な実験データは、生殖器の前端にあるキャップ細胞 (CpC) がショウジョウバエ卵巣の生殖系列幹細胞 (GSC) の環境ニッチを形成しているという仮説を裏付けています。各 GSC は非対称な自己複製分裂を起こし、CpC と結合したままの GSC と、より後方に位置する嚢胞芽細胞 (CB) の両方を生じます。CB は、生殖系列の分化に必要な新規遺伝子、bag of marbles (bam) の発現を上方制御します。BMP2/4 ホモログである Decapentaplegic (Dpp) は、bam 転写を抑制することによってのみ GSC 運命を維持する、高度に局在化したニッチシグナルとして機能すると仮定されています。ここでは、GSC メンテナンスにおける Dpp の役割をさらに検討します。上記のモデルとは対照的に、Dpp 標的遺伝子の近くに挿入されたエンハンサー トラップである Dapp に対する娘 (Dad) が、胚芽内の追加の体細胞で発現されることがわかり、Dpp タンパク質が前胚葉全体に分布している可能性があることが示唆されます。しかし、生殖系列内のDad-lacZ発現はGSCにのみ存在し、CBではより低いレベルであり、生殖細胞におけるDppシグナル伝達を積極的に制限する機構が存在することを示唆している。我々は、Bam の機能の 1 つが、Dpp 受容体活性化の下流で Dpp シグナル伝達をブロックすることであることを実証し、これにより 2 つの遺伝子の作用間に負のフィードバック ループが存在することを確立しました。さらに、bam とユビキチンタンパク質リガーゼ Smurf の二重変異体の女性では、Dpp に応答する生殖細胞の数が、いずれかの単一変異体で観察される数と比較して大幅に増加します。これらのデータは、Cb とその子孫の Dpp シグナル伝達を下方制御するために生殖系列内に作用する、遺伝的に重複するメカニズムが複数存在することを示しており、生殖系列の分化が起こるためには Cb とその子孫が Dpp シグナル伝達に対して抵抗性になる必要がある可能性を高めています。。

The available experimental data support the hypothesis that the cap cells (CpCs) at the anterior tip of the germarium form an environmental niche for germline stem cells (GSCs) of the Drosophila ovary. Each GSC undergoes an asymmetric self-renewal division that gives rise to both a GSC, which remains associated with the CpCs, and a more posterior located cystoblast (CB). The CB upregulates expression of the novel gene, bag of marbles (bam), which is necessary for germline differentiation. Decapentaplegic (Dpp), a BMP2/4 homologue, has been postulated to act as a highly localized niche signal that maintains a GSC fate solely by repressing bam transcription. Here, we further examine the role of Dpp in GSC maintenance. In contrast to the above model, we find that an enhancer trap inserted near the Dpp target gene, Daughters against Dpp (Dad), is expressed in additional somatic cells within the germarium, suggesting that Dpp protein may be distributed throughout the anterior germarium. However, Dad-lacZ expression within the germline is present only in GSCs and to a lower level in CBs, suggesting there are mechanisms that actively restrict Dpp signaling in germ cells. We demonstrate that one function of Bam is to block Dpp signaling downstream of Dpp receptor activation, thus establishing the existence of a negative feedback loop between the action of the two genes. Moreover, in females doubly mutant for bam and the ubiquitin protein ligase Smurf, the number of germ cells responsive to Dpp is greatly increased relative to the number observed in either single mutant. These data indicate that there are multiple, genetically redundant mechanisms that act within the germline to downregulate Dpp signaling in the Cb and its descendants, and raise the possibility that a Cb and its descendants must become refractory to Dpp signaling in order for germline differentiation to occur.