Broad Complex (BRC) is an ecdysone-pathway gene essential for entry into and progression through metamorphosis in D. melanogaster. Mutations of three BRC complementation groups cause numerous phenotypes, including a common suite of morphogenesis defects involving central nervous system (CNS), adult salivary glands (aSG), and male genitalia. Alternative splicing, of a protein-binding BTB-encoding exon (BTBBRC) to one of four tandemly duplicated, DNA-binding zinc-finger-encoding exons (Z1BRC, Z2BRC, Z3BRC, Z4BRC), produces four BRC isoforms. Highly conserved orthologs of BTBBRC and all four ZBRC were found in silico from Diptera, Lepidoptera, Hymenoptera and Coleoptera, indicating that BRC arose and underwent internal exon duplication before the split of holometalolous orders. Five Tramtrack subfamily members were characterized throughout Holometabola and used to root phylogenetic analyses of ZBRC exons, revealing that Z3BRC is the basal member. All four ZBRC domains, including Z4BRC which has no known essential function, are evolving in a manner consistent with selective constraint. Transgenic rescue and immunohistochemistry were used to explore how different BRC isoforms contribute to their shared tissue-morphogenesis functions at the onset of metamorphosis, when BRC is required for CNS reorganization. As predicted, the common CNS and aSG phenotypes were rescued by BRC-Z1 in rbp mutants, BRC-Z2 in br mutants, and BRC-Z3 in 2Bc mutants. However, the isoforms are required at two developmental stages, with BRC-Z2 and -Z3 required earlier than BRC-Z1. Each isoform had a unique expression pattern in the CNS, with no substantial three-way overlap among them. Z4 is strongly expressed in a novel subset of CNS neurons. The most prominent localizations of BRC-Z1, -Z2, -Z3 corresponded with glia, neuroblasts and neurons, respectively. There appears to be a switch from BRC-Z2 in proliferating cells to BRC-Z1 and BRC-Z3 in differentiating cells. The temporal-requirement and spatial-distribution data suggest that BRC-dependent CNS morphogenesis is the result of multicellular interactions among different cell types at different times. BRC-Z1-expressing glia in prepupae may mediate the final steps of CNS morphogenesis. Lastly, BRC is required for migration and programmed cell death of the ring gland, the site of ecdysone and juvenile hormone production. Therefore, BRC may function in ecdysone auto-regulation.

Nosso laboratório investiga os mecanismos moleculares que promovem o estabelecimento de padrões de expressão gênica regulados no desenvolvimento em eucariotos superiores. Como modelo, utilizamos o gene de pufe de DNA BhC4-1, que é amplificado e expresso de modo regulado na glândula salivar e na glândula protorácica no final do quarto estadio larval de B. hygida. Estudos funcionais em D. melanogaster resultaram na identificação de módulos cis-reguladores (MCRs) na região promotora do gene BhC4-1. O MCR de glândula anelar de 67 bp (-253/-187), promove a expressão de BhC4-1-lacZ na glândula anelar a partir do final do desenvolvimento embrionário. O MCR de glândula salivar de 129 bp (-186/-58), dirige a expressão do transgene nas glândulas salivares de prépupas. A glândula anelar é o principal órgão endócrino larval e em D. melanogaster é o resultado da fusão das glândulas protorácicas (responsáveis pela síntese de hormônios esteroides), corpus allatum (síntese de hormônio juvenil) e corpus cardiacum (glândula neuroendócrina). Neste trabalho foram obtidas 12 linhagens independentes transformadas com uma construção que contém o fragmento (-253/+40) do promotor do gene de pufe de DNA BhC4-1 clonado à montante do gene repórter GFP. O genótipo destas linhagens foi validado utilizando-se Southern blots. Inicialmente as 12 linhagens obtidas foram analisadas quanto ao padrão de expressão de GFP em larvas de terceiro estadio e em prépupas 2 horas. Em conjunto, esta análise revelou que o padrão de expressão de GFP é bastante variável nestas linhagens. A análise do padrão de expressão da proteína repórter foi estendida em duas linhagens representativas da série (- 253/+40)/GFP. Nestas linhagens a expressão de GFP é inicialmente detectada na glândula salivar durante o estágio de prépupa e na glândula anelar a partir do terceiro estadio larval. Diferentemente do anteriormente observado em linhagens (-253/+40)/lacZ, nestas linhagens não detectamos a expressão de GFP em tempos do desenvolvimento anteriores ao terceiro estadio larval. Experimentos de interação gênica revelaram que na ausência do fator de transcrição br, a expressão de GFP é mantida na glândula anelar e abolida na glândula salivar de larvas de terceiro estadio. Os resultados dos experimentos de interação gênica corroboram dados anteriores que indicavam que o conjunto de fatores de transcrição que regulam a expressão de BhC4-1-lacZ na glândula anelar é distinto daquele que promove a expressão do gene na glândula salivar. As linhagens obtidas neste trabalho constituem uma ferramenta a ser utilizada na caracterização de fatores de transcrição tecido-específicos que regulam o gene BhC4-1 na glândula anelar e/ou na glândula salivar a partir do final do desenvolvimento larval. / Our laboratory investigates the molecular mechanisms that promote the establishment of developmentally regulated gene expression patterns in metazoans. As a model, we employ the BhC4-1 DNA puff gene, which is amplified and expressed in a regulated manner in the salivary gland and in the prothoracic gland at the end of the fourth larval instar in B. hygida. Functional studies in D. melanogaster resulted in the identification of cis-regulatory modules (CRMs) in the BhC4-1 promoter region. The 67 bp (-253/-187) ring gland CRM drives BhC4-1-lacZ expression in the ring gland from late embryonic development. The 129 bp (-186/-58) CRM salivary gland drives transgene expression in the prepupal salivary glands. The ring gland is the major endocrine organ, and comprises the prothoracic glands (synthesis of ecdysteroid hormones), corpus allatum (synthesis of juvenile hormone) and corpus cardiacum (neuroendocrine gland). In this work, 12 independent lines transformed with a construct containing the BhC4-1 promoter fragment (- 253/+40) cloned upstream of the reporter gene GFP were obtained. The genotype of each line was validated using Southern blots. Initially, the 12 obtained lines were analyzed to investigate the pattern of GFP expression in the third instar larvae and in the 2 hours prepupae. This initial screening revealed that the pattern of GFP expression is highly variable in these lines. The developmental pattern of GFP expression was extended in two representative (- 253/+40)/GFP lines. In these lines, GFP expression is initially detected in the larval and prepupal salivary glands and in ring gland third instar. Differently from previously observed in (-253/+40)/lacZ lines, in these lines we did not detect GFP expression at developmental times prior to the third larval instar. Gene interaction experiments revealed that in the absence of the br transcription factor, GFP expression is maintained in the ring gland and abolished in the salivary gland of third instar larvae. The results of gene interaction experiments corroborate previous data indicating the set of transcription factors that regulate BhC4-1-lacZ expression in the ring gland is distinct from that which promotes gene expression in salivary glands. The lines obtained in this work constitute a tool to characterize the tissue-specific transcription factors that regulate BhC4-1 gene in the ring gland and/or in the salivary gland from the end of the larval development.

Nosso laboratório investiga os mecanismos moleculares que promovem o estabelecimento de padrões de expressão gênica regulados no desenvolvimento em eucariotos superiores. Como modelo, utilizamos o gene de pufe de DNA BhC4-1, que é amplificado e expresso de modo regulado na glândula salivar e na glândula protorácica no final do quarto estadio larval de B. hygida. Estudos funcionais em D. melanogaster resultaram na identificação de módulos cis-reguladores (MCRs) na região promotora do gene BhC4-1. O MCR de glândula anelar de 67 bp (-253/-187), promove a expressão de BhC4-1-lacZ na glândula anelar a partir do final do desenvolvimento embrionário. O MCR de glândula salivar de 129 bp (-186/-58), dirige a expressão do transgene nas glândulas salivares de prépupas. A glândula anelar é o principal órgão endócrino larval e em D. melanogaster é o resultado da fusão das glândulas protorácicas (responsáveis pela síntese de hormônios esteroides), corpus allatum (síntese de hormônio juvenil) e corpus cardiacum (glândula neuroendócrina). Neste trabalho foram obtidas 12 linhagens independentes transformadas com uma construção que contém o fragmento (-253/+40) do promotor do gene de pufe de DNA BhC4-1 clonado à montante do gene repórter GFP. O genótipo destas linhagens foi validado utilizando-se Southern blots. Inicialmente as 12 linhagens obtidas foram analisadas quanto ao padrão de expressão de GFP em larvas de terceiro estadio e em prépupas 2 horas. Em conjunto, esta análise revelou que o padrão de expressão de GFP é bastante variável nestas linhagens. A análise do padrão de expressão da proteína repórter foi estendida em duas linhagens representativas da série (- 253/+40)/GFP. Nestas linhagens a expressão de GFP é inicialmente detectada na glândula salivar durante o estágio de prépupa e na glândula anelar a partir do terceiro estadio larval. Diferentemente do anteriormente observado em linhagens (-253/+40)/lacZ, nestas linhagens não detectamos a expressão de GFP em tempos do desenvolvimento anteriores ao terceiro estadio larval. Experimentos de interação gênica revelaram que na ausência do fator de transcrição br, a expressão de GFP é mantida na glândula anelar e abolida na glândula salivar de larvas de terceiro estadio. Os resultados dos experimentos de interação gênica corroboram dados anteriores que indicavam que o conjunto de fatores de transcrição que regulam a expressão de BhC4-1-lacZ na glândula anelar é distinto daquele que promove a expressão do gene na glândula salivar. As linhagens obtidas neste trabalho constituem uma ferramenta a ser utilizada na caracterização de fatores de transcrição tecido-específicos que regulam o gene BhC4-1 na glândula anelar e/ou na glândula salivar a partir do final do desenvolvimento larval. / Our laboratory investigates the molecular mechanisms that promote the establishment of developmentally regulated gene expression patterns in metazoans. As a model, we employ the BhC4-1 DNA puff gene, which is amplified and expressed in a regulated manner in the salivary gland and in the prothoracic gland at the end of the fourth larval instar in B. hygida. Functional studies in D. melanogaster resulted in the identification of cis-regulatory modules (CRMs) in the BhC4-1 promoter region. The 67 bp (-253/-187) ring gland CRM drives BhC4-1-lacZ expression in the ring gland from late embryonic development. The 129 bp (-186/-58) CRM salivary gland drives transgene expression in the prepupal salivary glands. The ring gland is the major endocrine organ, and comprises the prothoracic glands (synthesis of ecdysteroid hormones), corpus allatum (synthesis of juvenile hormone) and corpus cardiacum (neuroendocrine gland). In this work, 12 independent lines transformed with a construct containing the BhC4-1 promoter fragment (- 253/+40) cloned upstream of the reporter gene GFP were obtained. The genotype of each line was validated using Southern blots. Initially, the 12 obtained lines were analyzed to investigate the pattern of GFP expression in the third instar larvae and in the 2 hours prepupae. This initial screening revealed that the pattern of GFP expression is highly variable in these lines. The developmental pattern of GFP expression was extended in two representative (- 253/+40)/GFP lines. In these lines, GFP expression is initially detected in the larval and prepupal salivary glands and in ring gland third instar. Differently from previously observed in (-253/+40)/lacZ lines, in these lines we did not detect GFP expression at developmental times prior to the third larval instar. Gene interaction experiments revealed that in the absence of the br transcription factor, GFP expression is maintained in the ring gland and abolished in the salivary gland of third instar larvae. The results of gene interaction experiments corroborate previous data indicating the set of transcription factors that regulate BhC4-1-lacZ expression in the ring gland is distinct from that which promotes gene expression in salivary glands. The lines obtained in this work constitute a tool to characterize the tissue-specific transcription factors that regulate BhC4-1 gene in the ring gland and/or in the salivary gland from the end of the larval development.