Characterisation of the Hairy and Enhancer of split protein family in sugar metabolism of Drosophila

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201908283368
Title: Characterisation of the Hairy and Enhancer of split protein family in sugar metabolism of Drosophila
Alternative title: Karakterisering av Hairy och Enhancer of split proteinfamiljen i sockerämnesomsättningen i Drosophila
Author: Lamichane, Nicole
Other contributor: Helsingin yliopisto, Bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta
University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Helsingfors universitet, Bio- och miljövetenskapliga fakulteten
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2019
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201908283368
http://hdl.handle.net/10138/305036
Thesis level: master's thesis
Degree program: Genetiikan ja molekulaaristen biotieteiden maisteriohjelma
Master's Programme in Genetics and Molecular Biosciences
Magisterprogrammet i genetik och molekylära biovetenskaper
Specialisation: Solu- ja kehitysbiologia
Cell and Developmental Biology
Cell- och utvecklingsbiologi
Abstract: Over the past years sugar consumption has seen great increases worldwide, together with a rise in the prevalence of metabolic diseases. There is a growing need for a comprehensive characterisation of the genes involved in sugar metabolism, yet the mechanisms by which cells sense and respond to sugars in vivo have remained incompletely understood. Here, I analyse members of a protein family best known for their regulation of differentiation during development with regards to their role in sugar metabolism. The Hairy and Enhancer of Split (HES) protein family are a group of basic helix-loop-helix (bHLH) transcription factors that function as major downstream effectors of the Notch signalling pathway. In mammals, the HES proteins have mostly been studied for their role in cell differentiation, but HES1 has been implicated in metabolic control. Drosophila has several transcription factors belonging to the HES family, including Hairy and seven bHLH transcription factors located in the Enhancer of split complex (E(spl)-C). The E(spl)-C bHLH transcription factors display high homology and are considered to be genetically redundant, and therefore little is known about their individual functions. The other HES family members in Drosophila have not previously been linked to metabolic regulation, but Hairy has been shown to repress the tricarboxylic acid cycle. In light of the findings implicating HES1 and Hairy in the regulation of metabolism, I systematically investigated the role of the HES transcription factors in sugar metabolism. By using the GAL4/UAS system in Drosophila melanogaster, I knocked down gene expression of each of the family members, and raised the flies on diets varying in sugar content to identify possible sugar intolerance phenotypes. Here, I show that knockdown of one of the E(spl)-C bHLH genes led to severe sugar intolerance that affected both survival and organismal growth, but did not alter the levels of circulating carbohydrates and storage lipids as measured with colorimetric assays and lipid staining. Furthermore, I identify the tissues in which this transcription factor functions to provide sugar tolerance. Using analysis of publically available chromatin-immunoprecipitation sequencing data coupled with quantitative RT-PCR, I uncover mTOR target Thor/4E-BP as a putative target gene. Additionally, I show that Hairy is similarly required for complete sugar tolerance, but that the mechanism differs from the E(spl)-C bHLH transcription factor. Hairy binds to and positively regulates expression of genes involved in glycolysis and the pentose phosphate pathway, suggestive of a cooperation with earlier known regulators of sugar sensing. In conclusion, I have shown that only two HES family members are involved in the regulation of sugar metabolism and that their regulatory mechanisms are distinct, implying that the HES family members have more diverse roles than previously assumed.Under de senaste åren har mängden socker som konsumeras globalt stadigt ökat hand i hand med incidensen av sjukdomar anknutna till dysfunktionell ämnesomsättning av sockerarter. Behovet för en grundläggande karaktärisering av gener involverade i sockerintolerans är större än någonsin, men trots det har mycket förblivit oklart angående de mekanismer celler utnyttjar in vivo för att förnimma och reagera på förekomsten av socker. I ett försök att svara på detta behov har jag här undersökt medlemmar av en protein familj, främst känd för deras reglering av differentiering under organismers utveckling, angående den roll de spelar i sockertolerans. Hairy och Enhancer of split (HES) protein familjen är en grupp basiska helix-loop-helix (bHLH) transkriptionsfaktorer som fungerar som viktiga förmedlare av Notch-signalvägen. HES proteinerna har i däggdjur främst blivit forskade i angående deras förmåga att inhibera cellers differentiering, men HES1 har blivit implicerad i reglering av ämnesomsättning. Drosophila har flera transkriptionsfaktorer tillhörande HES familjen, inkluderande Hairy och sju bHLH transkriptionsfaktorer tillhörande Enhancer of split komplexet (E(spl)-K). E(spl)-K bHLH transkriptionsfaktorerna uppvisar hög grad av homologi och har ansetts vara genetiskt överflödiga, och därför är mycket oklart angående deras individuella funktioner. De övriga HES familjemedlemmarna har inte tidigare blivit kopplade till ämnesomsättningsreglering, men Hairy har påvisats inhibera citronsyrecykeln. Med hänsyn till att HES1 och Hairy har blivit implicerade i reglering av ämnesomsättning, utforskade jag systematiskt HES transkriptionsfaktorer angående deras roll i sockerämnesomsättning. Jag utnyttjade UAS-GAL4 systemet i Drosophila melanogaster för att turvis dämpa genexpressionen av alla familjemedlemmar, för att sedan följa med organismernas utveckling i föda innehållande varierande sockermängder för att identifiera möjlig sockerintolerans. Jag påvisar att inhibering av en av E(spl)-K bHLH generna ledde till svår sockerintolerans som påverkade både organismernas överlevnad och tillväxt. Nivåerna av grundläggande metaboliter mättes också genom kolorimetriska analyser och färgning av neutrala lipider, men de förblev opåverkade av inhiberingen. Vidare identifierade jag vävnaderna var denna transkriptionsfaktor behövs för sockertolerans. Genom analys av offentligt tillgänglig sekvenseringsinformation av experiment utförda med kromatin immunoprecipitering, i kombination med kvantitativ RT-PCR, finner jag Thor/4EBP som en potentiell målgen. Dessutom påvisar jag att Hairy likväl är nödvändig för fullständig sockertolerans, men att mekanismen avviker från E(spl)-K bHLH transkriptionsfaktorn. Hairy binder till och reglerar positivt genuttryck av gener involverade i glykolys och pentosfosfatvägen, vilket antyder att Hairy samarbetar med redan kända reglerare av sockeravkänning. Sammanfattningsvis har jag här visat att endast två HES familjemedlemmar är involverade i regleringen av sockerämnesomsättning och att deras regleringsmekanismer är distinkta, vilket antyder att HES familjemedlemmarna har mer specialiserade roller än vad tidigare antagits.
Subject: enhancer of split
Hairy
metabolism
sugar
transcription


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record