Τα τελευταία χρόνια πολλές ερευνητικές ομάδες εστίασαν στην ταυτοποίηση γονιδίων που ενέχονται σε διάφορες βιολογικές διεργασίες και η Δροσόφιλα αποτέλεσε τον ιδανικό οργανισμό-μοντέλο λόγω της διαθεσιμότητας πολλών γενετικών εργαλείων. Η ανάπτυξη της τεχνολογίας της RNA παρεμβολής ευνόησε ιδιαίτερα την ευρείας κλίμακας γενετική ανάλυση στη Δροσόφιλα. Εκμεταλλευόμενοι τα διαθέσιμα εργαλεία πραγματοποιήσαμε μία μελέτη σάρωσης βασισμένη σε RNAi για γονίδια που εμπλέκονται στη μορφογένεση του συστήματος των σωματικών μυών και του επιθηλίου του φτερού της Drosophila melanogaster. Συνολικά, εξετάσαμε 321 γονίδια με συστημική ή ιστοειδική RNAi σιώπηση στο μεσόδερμα ή με συνδυασμό και των δύο και ταυτοποιήσαμε 58 γονίδια άγνωστης λειτουργίας τα οποία χρειάζονται για την ανάπτυξη και ομοιόσταση του εμβρυϊκού/προνυμφικού μυϊκού συστήματος. Περιέργως, στις μισές σχεδόν περιπτώσεις δεν παρατηρήσαμε φαινότυπο θνησιμότητας πλήρους διεισδυτικότητας, γεγονός που υποδεικνύει ότι ο αριθμός των γονιδίων που συμμετέχουν στη συγκεκριμένη διεργασία είναι μεγαλύτερος από αυτόν που έχει προβλεφθεί με βάσει τα αποτελέσματα μίας ευρείας κλίμακας μελέτης σάρωσης με RNAi στο μυϊκό σύστημα που ολοκληρώθηκε πρόσφατα. Επιπλέον, μελετήσαμε 242 γονίδια με ιστοειδική σιώπηση στα επιθήλια και ταυτοποιήσαμε 32, τα οποία είναι απαραίτητα για τη βιωσιμότητα, και 24, τα οποία είναι αναγκαία για τη μορφοποίηση του ενήλικου φτερού. Από τα γονίδια που έδωσαν θετικό αποτέλεσμα επιλέξαμε ένα το οποίο είναι απαραίτητο και για τις δύο διεργασίες, το chd64. Το chd64 κωδικοποιεί μία πρωτεΐνη που αποτελείται από μία δομική περιοχή με ομολογία στις καλπονίνες (CH) και ένα μοτίβο CLIK23 και παρουσιάζει 42% και 43% ταυτότητα με τις τρανσγελίνες 2 και 3 των θηλαστικών αντιστοίχως. Οι τρανσγελίνες συνιστούν μία οικογένεια πρωτεϊνών που εμφανίζουν υψηλό βαθμό συντήρησης και συμμετέχουν στο σχηματισμό δεσμίδων και στη σταθεροποίηση των ινιδίων ακτίνης. Το γονιδίωμα της Δροσόφιλας εμπεριέχει τρεις διαφορετικούς γενετικούς τόπους: CG4694 ή Mp20, CG14996 ή Chd64 and CG5023, σε πλήρη αναλογία με τα γονιδιώματα των θηλαστικών. Τα προκαταρκτικά αποτελέσματα μας έδειξαν ότι από τα γονίδια που κωδικοποιούν τις τρεις τρανσγελίνες της Δροσόφιλας μόνο το Chd64 είναι απαραίτητο για τη βιωσιμότητα και τη σωστή ανάπτυξη των μυϊκών και επιθηλιακών ιστών. Για να μελετήσουμε τη λειτουργία του γονιδίου ήταναπαραίτητο: α) να διερευνήσουμε το πρότυπο έκφρασης του και β) να αξιολογήσουμε τα αποτελέσματα της απώλειας λειτουργίας του σε διαφορετικούς ιστούς. Έτσι, δημιουργήσαμε διαγονιδιακές μύγες που έφεραν τυχαίες ενθέσεις ενός γενωμικού τμήματος του γονιδίου συζευγμένου με GFP που επέτρεπε την παρατήρηση του ενδογενούς προτύπου έκφρασης του γονιδίου σε ζωντανό οργανισμό κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης. Ταυτόχρονα, δημιουργήσαμε ένα αντίσωμα έναντι ολόκληρης της πρωτεΐνης Chd64. Επιπλέον, προμηθευτήκαμε δύο UAS:chd64IR στελέχη και πολλά διαφορετικά GAL4 στελέχη με σκοπό να μελετήσουμε την επίδραση της μειορρύθμισης του chd64 σε διαφορετικούς ιστούς. Τέλος, δημιουργήσαμε δύο ελλείψεις που απομακρύνουν το chd64. Τα δεδομένα που έχουμε ως τώρα δείχνουν ότι το chd64 εκφράζεται έντονα στον εμβρυϊκό/προνυμφικό πεπτικό σωλήνα, στα αιμοκύτταρα, στην τραχεία, στο νευρικό σύστημα, στα περιτραχειακά κύτταρα Inka, στους εμβρυϊκούς δίσκους, στους σιελογόνους αδένες, στην επιδερμίδα και στα τενόντια κύτταρα. Επιπλέον, διαπιστώσαμε έκφραση του γονιδίου στα θυλακοκύτταρα και μισχοειδή κύτταρα των ωοθυλακίων. Σε όλους τους παραπάνω κυτταρικούς τύπους η πρωτεΐνη συσσωρεύεται στο κυτταρόπλασμα και στην περιφέρεια του κυττάρου. Λεπτομερέστερη ανάλυση των μεγάλων κυττάρων των σιελογόνων αδένων έδειξε ότι η πρωτεΐνη εντοπίζεται σε μεβρανικές δομές που αντιστοιχούν στο ενδοπλασματικό δίκτυο και στο φλοιό του κυττάρου, όπου συνεντοπίζεται με την ακτίνη. Οι μελέτες απώλειας λειτουργίας έδειξαν ότι έκφραση του chd64 είναι απαραίτητη για τη βιωσιμότητα και τη μορφολογία ή/και λειτουργικότητα των μαλπιγγιανών σωληναρίων. Συγκεκριμένα, διαπιστώσαμε ότι η αναστολή της ζυγωτικής έκφρασης του γονιδίου οδηγεί σε διόγκωση των μαλπιγγιανών σωληναρίων και σχετίζεται με τη μη φυσιολογική υποκυτταρική κατανομή της DE-καδερίνης. Ωστόσο, ο τρόπος δράσης του γονιδίου στην προαναφερθείσα διαδικασία παραμένει άγνωστος. Η απομάκρυνση της μητρικής προέλευσης Chd64 πρωτεΐνης και η εκτενέστερη εξέταση της διαδικασίας καθορισμού και της πολικότητας των κυττάρων που συγκροτούν τα μαλπιγγιανά σωληνάρια σε αγρίου τύπου και μεταλλαγμένο γενετικό υπόβαθρο με τη χρήση κατάλληλων μαρτύρων θα μας δώσουν νέες πληροφορίες σχετικά με τη λειτουργία του γονίδιου σε ολόκληρο τον οργανισμό. / In the past years many research groups have focused in the identification of genes that are involved in distinct biological processes and Drosophila has provided the ideal model-organism due to the availability of several genetic tools. The introduction of RNAi technology has greatly facilitated the conduction of many large scale genetic analyses in Drosophila. Taking advantage of the available tools we conducted an RNAi-based screen for genes involved in the morphogenesis of the somatic muscle system and wing epithelium of Drosophila melanogaster. Collectively, we tested 321 genes with either systemic or tissue-specific RNAi silencing in the mesoderm or a combination of both and discovered 58 novel genes which are required for proper development and homeostasis of the embryonic/larval muscular system. Surprisingly, in almost half of the cases we did not observe a lethal phenotype of complete penetrance arguing that the number of genes involved in the particular process is greater than the one estimated based on the results of a recently completed genome-wide scale RNAi-based muscle screen. In addition, we tested 242 genes by tissue-specific gene inactivation in the epithelia and identified 32 that are required for adult viability and 24 that are indispensible for proper adult wing morphogenesis. Among our positive hits we selected one that is required for both processes for further examination, namely chd64. Chd64 encodes a protein that consists of a calponin-homology (CH) domain and a CLIK23 motif and exhibits 42% and 43% identity with the mammalian transgelins 2 and 3 respectively. Transgelins comprise a highly conserved family of proteins that have been implicated in the bundling and stabilization of actin filaments. The Drosophila genome bears three distinct loci: CG4694 or Mp20, CG14996 or Chd64 and CG5023 by complete analogy to the mammalian genomes. Our initial results showed that out of the three genes that code for the fly transgelins only chd64 is required for viability and the proper development of muscle and epithelial tissues. In order to gain insight into the function of chd64 it was crucial to: a) explore the expression pattern of the gene and b) evaluate the effects of chd64 loss of function in diverse tissues. Thus, we generated transgenic flies that bear random insertions of a GFP-tagged genomic fragment for the gene that allowed us to visualize the endogenous gene expression pattern in the living organism throughout development. Meanwhile, we developed an antibody against the full-length Chd64 protein. Inaddition, we obtained two different UAS:chd64IR strains and many tissue specific GAL4 strains in order to explore the effects of chd64 knock-down in the specific tissues. Finally we generated two deletions that remove chd64. Our data so far indicate that chd64 is largely expressed in the embryonic/larval gut, hemocytes, trachea, nervous system, peritracheal Inka cells, imaginal discs, salivary glands, epidermis and tendon cells. In addition, we observed chd64 expression in the follicle and stalk cells of egg chambers. In all the above mentioned cell types the protein is accumulated in the cytoplasm and periphery. More detailed analysis using the large salivary gland cells shows that Chd64 is specifically localized in some membranous structures of the cytoplasm corresponding to the ER and in the cell cortex where it colocalises with actin. Our loss of function studies demonstrate that chd64 expression is indispensable for viability and for the normal morphology and/or function of malpighian tubules. We specifically observed that the ablation of chd64 zygotic expression results in the appearance of bloated tubules and is involved in the abnormal subcellular distribution of DE-cadherin. However the mode of the gene’s action in the above mentioned procedure remains unknown. Consequently, we conclude that chd64 exhibits a complicated expression pattern during development and is required for viability. Removal of the maternally derived Chd64 protein and further examination of malpighian tubule cell specification and polarity using specific markers in wild type and mutant backgrounds will provide a novel insight on the gene’s functions in the whole organism.

Η διδακτορική μου διατριβή εστιάζει στη λειτουργική ανάλυση του μοριακού μηχανισμού λειτουργίας της ιντεγκρινο-συνδεόμενης κινάσης (ILK) κατά την ανάπτυξη στη Drosophila. Έγινε διερεύνηση: α) της λειτουργικής συντήρησης της ILK κατά την εξέλιξη, β) του πιθανού ρόλου συγκεκριμένων αμινοξικών μοτίβων στον κυτταρικό εντοπισμό και τη λειτουργία της πρωτεΐνης και γ) των λειτουργικών ιδιοτήτων της ILK όταν είναι ομοιοπολικά συζευγμένη στην πλασματική μεμβράνη. Παράλληλα, αναζητήσαμε νέους λειτουργικούς ρόλους της ILK κατά την ανάπτυξη: α) σε άλλους ιστούς εκτός από το μυϊκό σύστημα και β) στην ωογένεση. Η ILK στο επίπεδο της αμινοξικής αλληλουχίας παρουσιάζει 60% ταυτότητα και 75% ομολογία με την αντίστοιχη πρωτεΐνη των θηλαστικών. Με βάση αυτή την ομολογία, ελέγξαμε την πιθανή φυλογενετική συντήρηση της λειτουργίας της ILK. Για το σκοπό αυτό κατασκευάστηκαν διαγονιδιακά στελέχη που περιείχαν την κωδική περιοχή της ILK του ανθρώπου (hILK) και του ποντικού (mILK) αντίστοιχα. Η ILK του ποντικού και του ανθρώπου ακολουθεί παραπλήσιο πρότυπο υποκυτταρικής κατανομής με την ενδογενή πρωτεΐνη στα μυϊκά κύτταρα Drosophila. Οι δυο ετερόλογες πρωτεΐνες υποκαθιστούν τη λειτουργία της ILK στη Drosophila. Ωστόσο, η ILK του ανθρώπου παρουσιάζει μειωμένη δυνατότητα πρόσδεσης με την parvin της Drosophila. Προκειμένου να διερευνήσουμε το μοριακό μηχανισμό ρύθμισης και δράσης της ILK κατά την ανάπτυξη, ελέγξαμε εάν η φωσφορυλίωση των αμινοξέων S176 και T180 υπεισέρχεται στη ρύθμιση της λειτουργίας της ILK. Σε πειράματα κυτταρικών σειρών έχει δειχθεί ότι στις θέσεις αυτές η φωσφορυλίωση ελέγχει την υποκυτταρική κατανομή της πρωτεΐνης στον πυρήνα. Ωστόσο, αποδείξαμε ότι η πιθανή φωσφορυλίωση στις ισχυρά συντηρημένες θέσεις S176 και T180 δεν είναι απαραίτητη για τον εντοπισμό της ILK στις μυοτενοντικές συνδέσεις και τη λειτουργία της ILK. Ένα άλλο αμινοξικό κατάλοιπο που είναι απαραίτητο για τον εντοπισμό της ILK στις εστιακές θέσεις προσκόλλησης είναι το F436, το οποίο εδράζεται στην τελευταία α έλικα του καρβοξυτελικού λοβού της περιοχής κινάσης. Ο υποκυτταρικός εντοπισμός της ILK και η λειτουργία της δεν επηρεάζονται από τη σημειακή μεταλλαγή F436Α σε αντίθεση με πειράματα σε κυτταρικά μοντέλα. Η σημειακή μεταλλαγή F436A αποδυναμώνει την ικανότητα αλληλεπίδρασης της ILK με την parvin. Εξετάσαμε αν η μεμβρανοδεσμευόμενη ILK μέσω παλμυτυλίωσης ή φαρνεσυλίωσης μπορεί να υποκαταστήσει την απουσία της ενδογενούς, καθώς και εάν μπορεί να προσελκύσει πρωτεΐνες του συνδεοσώματος ανεξάρτητα των ιντεγκρινών. Κατασκευάστηκαν δυο εναλλακτικές μορφές μεμβρανοδεσμευμένης ILK, οι GAP-ILK-GFP και ILK-GFP-HRAS εντοπίζονται με επιτυχία σταθερά στην πλασματική μεμβράνη των εμβρυϊκών μυϊκών κυττάρων. Επίσης, οι GAP-ILK-GFP και ILK-GFP-HRAS υποκαθιστούν πλήρως την ενδογενή ILK σε όλα τα αναπτυξιακά στάδια της ζωής της μύγας. Τέλος, η GAP-ILK-GFP συγκεντρώνει στις ΜΤΣ τα άλλα δυο μέλη του IPP συμπλόκου αλλά και την talin στις ΜΤΣ εμβρύων τελικού σταδίου τόσο αγρίου τύπου όσο και ομοζυγώτων για aPS2. Παράλληλα, μελετήσαμε , τόσο σε γενετικό όσο και σε μοριακό επίπεδο, το ρόλο της ILK στη μορφογένεση του ωοθυλακίου, την οργάνωση και ομοιόσταση του θυλακώδους επιθηλίου κατά τη διάρκεια της ωογένεσης στη Drosophila. Αποσιωπήσαμε την ilk κατασκευάζοντας γενετικά μωσαϊκά αλλά και ιστοειδικά διασωσμένα άτομα. Παρατηρήσαμε ότι η ILK είναι απαραίτητη για τη διαδικασία της ωογένεσης στη μύγα. Η απουσία της ILK προκαλεί διαταραχές στο σχηματισμό των διαθυλιακών μίσχων και ανωμαλία στο διαχωρισμό των νεοσχηματιζόμενων διαδοχικών ωοθυλακίων (σιαμαία ωοθυλάκια). Επίσης, τα πειράματά μας αποκάλυψαν ότι η ILK είναι απαραίτητη για την οργάνωση των ινιδίων ακτίνης κατά τα τελευταία στάδια της ωογένεσης και για την ομοιόσταση του κυτταροσκελετού ακτίνης κατά τον ακραιο-βασικό άξονα του κυττάρου. Ακόμη, η ILK είναι απαραίτητη για την οργάνωση και διατήρηση των βασο-πλευρικών κυτταρικών συνδέσεων στα θυλακιοκύτταρα, αλλά όχι των συνδέσεων ζώνης. Η απουσία της ILK διαταράσσει τον εντοπισμό των ιντεγκρινών στα άκρα των ινιδίων τάσης της ακτίνης στα θυλακιοκύτταρα των τελευταίων σταδίων. Επιπλέον, η ILK συμμετέχει στη ρύθμιση της δυναμικής της F-ακτίνης μειορρυθμίζοντας το Dia και αυξορρυθμίζοντας την profilin. H ILK εμπλέκεται στον έλεγχο της συσταλτότητας των ινιδίων ακτο-μυοσίνης στα θυλακιοκύτταρα των τελευταίων σταδίων, πιθανότατα μέσω της διαταραχής στον υποκυτταρικό εντοπισμό του RhoI, καθώς και μέσω της εκτοπικής συσσώρευσης της μυοσίνης (zipper). Τέλος, η ilk αλληλεπιδρά γενετικά με τη dpak στο επιθήλιο του ωοθυλακίου. Η ΙLK επηρεάζει τον εντοπισμό της dPAK στα θυλακιοκύτταρα τελευταίων σταδίων. Επίσης, η dPAK είναι απαραίτητη για τον εντοπισμό των ιντεγκρινών και της ILK στα άκρα των ινιδίων τάσης της ακτίνης. Ενώ, η απουσία της dpak, όπως και της ilk, διαταράσσoυν την οργάνωση και των ινιδίων τάσης της ακτίνης σε θυλακιοκύτταρα τελευταίων σταδίων. / My thesis is focused on the functional analysis of the molecular mechanism of the integrin-linked kinase (ILK) during development in Drosophila. We studied: a) the functional conservation of ILK in evolution, b) the possible role of specific amino acid motifs in the subcellular localization and function of ILK and c) the functional properties of ILK, when covalently bound to the plasma membrane. Furthermore, we sought new functional roles for ILK during development: a) in other tissues besides muscle system and b) in oogenesis. ILK protein sequence shares 60% identity and 75% similarity with the mammalian ILK. Based on these data, we tested the possible phylogenetic conservation of ILK function. For this purpose, we generated transgenic lines carrying the coding sequence of either human ILK (hILK) or mouse ILK (mILK). The mammalian ILK has localizes similarly to the endogenous protein, in the muscle cells of Drosophila. Both mammalian proteins can substitute for the ILK function in Drosophila. However, human ILK binds to Dparvin with reduced affinity compared to the fly ILK. In order to investigate the molecular mechanism through which ILK regulates and acts during development, we tested whether the phosphorylation on the amino acids S176 and T180 contributes to the regulation of ILK function. It has been shown, in cell culture models, that the phosphorylation on these sites controls the subcellular localization of the protein in the nucleus. However, we proved that the possible pgoshorylation of these highly conserved residues is dispensable for the ILK localization at the muscle attachment sites (MAS) as well as for the function of ILK. Another residue which is necessary to localise ILK at the focal adhesion sites is F436. It is located on the last a helix of the carboxyl-terminal lobe of the kinase-like domain. The subcellular localization and the ILK function are unaffected by the point mutation F436A, in contrast to the experimental data on cell culture models. The point mutation F436A affects the ability of ILK to bind to parvin. We examined, whether membrane-bound ILK, through palmytoylation or farnesylation, is able to substitute the absence of the endogenous ILK, if ii can recruit proteins of the adhesome, independently of integrins. We generated two alternative forms of membrane-bound ILK, GAP-ILK-GFP and ILK-GFP-HRAS, which both localize successfully at the plasma membrane of the embryonic muscle cells. Also, GAP-ILK-GFP and ILK-GFP-HRAS can substitute for the endogenous ILK throughout development. Moreover, GAP-ILK-GFP is able to recruit both PINCH and Parvin, as well as talin at the MAS, in both wild type and aPS2 mutant embryonic muscle cells. Furthermore, we studied, in genetic molecular level, the role of ILK in the morphogenesis of the egg chambers, the organization and the homeostasis during oogenesis in Drosophila. We used two experimental approaches in order to silence ilk: a) we generated genetic mosaics for ilk and b) we used conditionally rescued ilk-/- flies. We observed that ILK is indispensable for the process of oogenesis in the fly. Loss of ILK disrupts the stalk cell formation and the separation of the successive newly formed egg chambers (twin egg chambers). Also, our experiments revealed that ILK is essential for the organization of the actin stress fibers at the late developmental stages of oogenesis and for the homeostasis of the actin cytoskeleton along apico-basal axis of the cell. ILK is indispensable for the organization and the maintenance of the baso-lateral cell junctions in the follicle cells, but not for the adherens junctions. Loss of ILK disrupts the localization of integrins at the tips of the actin stress fibers of the follicle cells at late developmental stages. Moreover, ILK participates in the regulation of the F-actin dynamics by down-regulating Dia and up-regulating profilin. ILK is involved in the control of the contractility of the acto-myosin fibers in the follicle cells at late developmental stages, probably by affecting the subcellular localization of Rho1, and causing ectopic accumulation of myosin (zipper). Finally, ilk interacts genetically with dpak in the follicular epithelium. ILK affects dPAK localization in the follicle cells at late developmental stages. Furthermore, dPAK is essential for the localization of both integrins and ILK at the tips of actin stress fibers. Loss of dpak, similarly to ilk, disrupts the organization of actin stress fibers in follicle cells at late developmental stages.