master thesis final 8 -...

71
Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 1 I. Introduction The ability of eukaryotic cells to assume a variety of shapes and to carry out coordinated and directed movements depends on a complex network of protein filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin filament polymerization drives the protrusive force and shape of migrating cells, as well as the cortical tension necessary for maintaining adhesion contacts between cells and between the cell and its substrate. 1. Actin dynamics and its regulation by actin binding proteins Actin exists in a cell in two main forms: the monomeric globular actin (Gactin), and the polymeric filamentous actin (Factin). Under physiological conditions, ATP bound Gactin incorporates into growing filaments at a fastgrowing barbed (+) end, undergoing thereafter a slow hydrolysis into ADPactin, as actin monomers are shifted along the filament towards the slowgrowing pointed () end 1 . Actin dynamics and structure are controlled by a large variety of Actin Binding Proteins (ABPs), including actin nucleators, depolymerisation factors, actinbundling proteins and actincrosslinking proteins. Furthermore, some ABPs link filaments to the plasma membrane or organelles within the cell, while others use actin filaments as tracks upon which to move vesicles and organelles 24 . 1.1 Actin filament nucleation The nucleation of actin filaments is an energetically unfavourable event, being promoted by certain ABPs, such as the Arp2/3 complex and formins. For instance, the Arp2/3 complex can generate a stable trimer with Gactin along the side of an actin filament, producing a new filament branch 5 (Fig.1). Extensive nucleation occurs mainly at the leading edge of motile cells, where the meshwork of filaments acts as a platform against which actin polymerization can push 6, 7 (Fig.x). The morphology of the membrane protrusion varies according to the growth extent and bundling of the filaments, ranging from filopodia, that arise from long and bundled filaments, to lamellipodia, that rely on a highly branched network of

Upload: others

Post on 18-Jul-2020

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

1

I. Introduction  

 

  The ability of eukaryotic cells  to assume a variety of shapes and  to carry out 

coordinated  and  directed  movements  depends  on  a  complex  network  of  protein 

filaments  that  extends  throughout  the  cytoplasm.  The  extent  and  pattern  of  actin 

filament polymerization drives  the protrusive  force and  shape of migrating  cells, as 

well as the cortical tension necessary for maintaining adhesion contacts between cells 

and between the cell and its substrate.  

 

1. Actin dynamics and its regulation by actin binding proteins 

 

Actin exists in a cell in two main forms: the monomeric globular actin (G‐actin), 

and  the  polymeric  filamentous  actin  (F‐actin).  Under  physiological  conditions,  ATP 

bound G‐actin  incorporates  into growing  filaments at a  fast‐growing barbed  (+) end, 

undergoing thereafter a slow hydrolysis into ADP‐actin, as actin monomers are shifted 

along  the  filament  towards  the  slow‐growing  pointed  (‐)  end  1. Actin  dynamics  and 

structure are controlled by a  large variety of Actin Binding Proteins  (ABPs),  including 

actin  nucleators,  depolymerisation  factors,  actin‐bundling  proteins  and  actin‐

crosslinking proteins. Furthermore, some ABPs link filaments to the plasma membrane 

or organelles within the cell, while others use actin filaments as tracks upon which to 

move vesicles and organelles 2‐4.  

 

1.1 Actin filament nucleation 

The nucleation of actin filaments  is an energetically unfavourable event, being 

promoted by certain ABPs, such as the Arp2/3 complex and formins. For instance, the 

Arp2/3 complex can generate a stable  trimer with G‐actin along  the side of an actin 

filament, producing a new filament branch 5 (Fig.1).   

Extensive nucleation occurs mainly at  the  leading edge of motile cells, where 

the meshwork of  filaments acts as a platform against which actin polymerization can 

push 6, 7 (Fig.x). The morphology of the membrane protrusion varies according to the 

growth extent and bundling of  the  filaments,  ranging  from  filopodia,  that arise  from 

long and bundled filaments, to lamellipodia, that rely on a highly branched network of 

Page 2: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

2

short actin filaments. In general, actin polymerization induced by the Rho‐like GTPases 

Cdc42  and  Rac,  respectively  promotes  the  formation  of  filopodia  and  lamellipodia, 

downstream of the Arp2/3 complex 5. 

 

 

Fig.1 – Actin dynamics  is controlled by a  large array of ABPs. The actin nucleators, such as the Arp2/3 

complex,  promote  de  novo  actin  filament  nucleation  and  branching.  Profilin  sequesters  G‐actin 

monomers,  translocating  them  to  sites  of  active  filament  assembly  and  promoting  prolimerization. 

ADF/cofilin factors severe the actin filaments and promote dissociation of the actin monomers from the 

pointed (‐) end. Capping proteins (CPs) restrict the access to the barbed (+) end, forming a protein cap 

that impedes further addition and loss of actin monomers.  

 

1.2 Actin filament depolymerization and sequestration of actin monomers 

Actin depolymerization  factors also  regulate  the extent and spatial pattern of 

actin polymerization.  For  instance, members of  the ADF/Cofilin  family are  known  to 

dramatically accelerate actin filament turnover in vitro 8, which occurs mainly through 

filament severing and monomer dissociation from the pointed end 9 (Fig.1). Similar to 

the  Arp2/3  complex,  ADF/Cofilin  seems  to  be  regulated  by  the  activity  of  Rho‐like 

GTPases. For instance, Rho and Cdc42 respectively induce the formation of actin stress 

fibers and filopodia 10, 11.  

Page 3: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

3

Besides  ADF/Cofilin,  other  ABPs,  like  the  Cyclase  Associated  Proteins  (CAPs), 

regulate  the  availability of  actin monomers by  sequestering  them  and prevent  their 

incorporation  into  filaments  2,  12. On  the other hand, Profilins  enhance  exchange of 

ADP  for  ATP  on  sequestered  actin  monomers,  thereby  promoting  actin  filament 

polymerization 13. A generally devised model of actin filament ‘tread‐milling’ assumes 

that  filament  turnover  is driven by actin monomer dissociation  through ADF/Cofilin, 

whereas at sites of rapid actin assembly, the pool of ADP‐actin monomers undergoes a 

rapid nucleotide exchange driven by Profilin,  to promote new  incorporation  into  the 

actin filaments 14 (Fig.1).  

 

1.3 Actin filament termination 

  Actin filament termination occurs mainly through the activity of filament end‐

binding proteins,  such as proteins of  the Gelsolin  superfamily and Capping proteins 

(CPs).  For  instance,  gelsolin  is  able  to  dissolve  actin  gels  in  vitro  15,  but  it  is  still 

controversial whether  it  does  so  through  a  severing  or  a  capping  activity  over  the 

actin filaments 16, 17. On the other hand, CPs form a highly conserved αβ heterodimer 

(CP)  that binds  to  the barbed end of actin  filaments,  thereby  forming a protein cap 

that arrests actin polymerization by locally preventing the further addition and loss of 

actin monomers 18 (Fig.1). Functional CP, along with the Arp2/3 complex, support the 

assembly of a dominantly branched network of small actin filaments, giving rise to the 

lamellipodia  of migrating  cells  19(Fig.2). When  capping  of  actin  filaments  by  CP  is 

inhibited,  long actin  filaments can become bundled, giving  rise  to  filopodia  20.(Fig.2) 

Intriguingly, besides having a critical role in the termination of filaments, CP has been 

suggested to mediate actin filament attachment to the plasma membrane 21, 22.  

 

  Although much  is  now  understood  about  how  actin  dynamics  is  regulated, 

most work addressing this issue has been developed in cultured cell lines. Few studies 

have addressed  the  importance of  cytoskeletal dynamics  in  the  regulation of  tissue 

homeostasis  and morphogenesis  in  the  context of  an  intact metazoan organism  23. 

Throughout  this  thesis  I  will  concentrate  on  the  role  of  actin  dynamics  during 

epithelial development of the Drosophila wing imaginal disc. 

Page 4: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

4

 

Fig.2  –  Functional  CPs  and  the  Arp2/3  complex  support  the  assembly  of  a  dominantly  branched 

network of small actin filaments, giving rise to lamelipodia. (b) When the capping of actin filaments is 

inhibited, actin  filaments  can become bundled, giving  rise  to  filopodia. Some molecular  components 

have  been  identified  that  could  inhibit  or  counteract  the  capping  activity:  the  Ena/VASP  family  of 

proteins  seems  to  exhibit  anticapping  and  antibranching  activities  and  PIP2,  CARMIL  and 

Melanotrophin/V‐1 have been proven to bind and block the C‐terminal capping portion of CP, in vitro 24‐27.  

 

2. Epithelial cell‐cell adhesion and polarity  

 

Simple epithelia generally consist of a laterally coherent layer of cells that have 

a distinct apico‐basal polarity, having a apical surface  that borders a  lumen, a  lateral 

surface  that  adheres  to  neighbouring  cells,  and  a  basal  surface  that  adheres  to  the 

extracellular matrix (ECM) or basal lamina 28.  A great variety of epithelia line the walls 

of cavities and channels or, in the case of the epidermis, serve as the outside covering 

of  the  body,  pertaining  a  variety  of  functions,  such  as  the  selective  absorption  of 

Page 5: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

5

solutes,  the  glandular  production  of  hormones,  digestive  enzymes  and  termo‐

regulatory fluids, and serving as a physical and immunological barrier against pathogen 

attack.  

  Epithelial  cells  have  a  polarized  actin  system,  with  a  band  of  filaments 

concentrated  at  the  apical  zonula  adherens  (ZA),  long  actin  filaments  around  the 

basolateral  cortex  and  stress  fibres  localized  at  the  basal  surface.  The  apical  actin 

network supports cell‐cell adhesion through the adherens junctions (AJ), whereas cell‐

matrix adhesion is supported by stress fibre anchoring to hemiadherens junctions 29. 

  Cell‐cell adhesion  is mainly accomplished by  cadherin homophilic  interaction 

between  cells  at  the AJ  30.  In  turn,  the  cytoplasmic  domain  of  cadherins  is  able  to 

interact with  proteins  of  the  armadillo  repeat  family,  such  as  Armadillo/β‐catenin 

(Arm)  and p120‐catenin,  thereby  regulating  actin dynamics  at  adhesive  contacts  31. 

For  instance,  the  cadherin‐β‐catenin  complex  is  thought  to  trap  α‐catenin,  which 

would otherwise compete with the Arp2/3 complex  in binding to the actin filaments 32,  33.   Although  by  no means  clarified,  the  apical  ‘actin  belt’  seems  to  be  of  great 

importance  for  the  establishment  and maintenance  of  cell‐cell  adhesion,  therefore 

assuring proper epithelium development.  

Besides the cadherin complexes, other macromolecular complexes are required 

for the establishment of cell‐cell adhesion. For  instance,  in the subapical region (SAR) 

of  epithelial  cells,  the  Bazooka  (Baz/Par3)/Par6/aPKC  complex  is  required  for 

establishing the AJ, mainly through the recruitment of apical polarity determinants and 

the  Rho‐like GTPases  Cdc42  and  Rac  34‐39.  In Drosophila  epithelial  cells,  the mature 

Par6‐aPKC  complex  drives  the  apical  recruitment  of  the  transmembrane  protein 

Crumbs  (Crb)  and  its  cytozolic  associates,  Stardust  (Sdt)  and  Discs  Lost/DPatJ  (Dlt), 

whose activity  is required  to  further recruit and concentrate sparsely distributed DE‐

cadherin  into  the AJ  40,  41  (Fig.3).  Thus, mutants  for  components of  the Crb polarity 

complex fail to develop a normal AJ, with DE‐cadherin being diffusely distributed and 

with apical and basolateral membrane markers overlapping each other 42, 43.   

Functional  regions  of  Crb  residing  in  its  cytoplasmic  tail  assure  the  correct 

biogenesis of the AJ and the establishment of apical‐basal polarity 41, 44.  In particular, 

the  cytosolic  tail  of  Crb  interacts  with  moesin,  an  ERM  protein  that  tethers  the 

complex  to  the  actin  cytoskeleton  45.  Interestingly,  in  Drosophila,  expression  of 

Page 6: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

6

cytoplasmic truncated versions of Crb  leads to  loss of proper DE‐cad distribution and 

consequent multilayering of simple epithelia 44.This phenotype seems to be  linked to 

the ability of the Crb complex to repress the activity of Discs‐large (Dlg), Scribble (Scrib) 

and Lethal giant larvae (Lgl) 46, 47(Fig.3). These proteins form the septate junction (SJ) in 

Drosophila, being the functional equivalent to the vertebrates’ tight junction, although 

being  localized below  the AJ.  Importantly,  the SJ  constitutes  the paracellular barrier 

and restricts the localization of apical polarity determinants, such as Crb (Fig.3). When 

mutated,  the components of  the SJ cause epithelial cells of Drosophila  to aberrantly 

distribute Crb and DE‐Cadherin. As a result, epithelial cells become unpolarized, giving 

rise to a multilayered tissue that overproliferates and acquires invasive properties 48, 49 

(Fig.3).  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 3 – Epithelial polarity complexes are located in stratified regions along the apico‐basal axis of cells. 

In Drosophila, the subapical  is  located above the zonulae adherens and the septate  junction  is  located 

below. The Crb/Sdt/Dlt complex  is  located  in  the SAR and, along with  the Baz/Par6/aPKC complex,  is 

responsible  for maintaining the  integrity of  the AJ, counteracting  the basolateral Lgl/Scrib/Dlg septate 

complex. In Drosophila’s ovarian follicle epithelium, mutant cells for components of the septate junction 

overproliferate  and  stream  into  the  germ  line  cyst,  where  they  penetrate  between  nurse  cell 

membranes 28, 48 (as shown in the series below). 

 

Page 7: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

7

2.1 Vesicle trafficking and the control of epithelial cell polarity and proliferation 

 

Epithelial cell polarity relies upon polarized transport of proteins and  lipids to 

the  apical, basolateral and  junctional domains  in  a process  called exocytosis.  In  this 

case, recently synthesized proteins are released from the trans‐Golgi network (TGN) to 

apical  or  basolateral  membrane  domains,  following  specific  guiding  signals  50.  In 

addition, many membrane‐linked receptors are recruited into endocytic vesicles being 

either recycled back to the plasma membrane or targeted to lysosomal degradation 51, 

52 (Fig.4).  

Early  endosomes,  budding  from  the  plasma membrane,  are  characterized  by 

their enrichment  in certain phosphoinositides and for the presence of Rab5 GTPases. 

These endosomes mediate recycling exocytosis to the apical or basolateral membrane 

or  endocytosis  to  a  degradative  lysosomal  route.  The  degradative  route  is 

characterized  by  a  series  of  maturation  steps,  leading  to  progressive  endosomal 

acidification and  to  the  formation of multivesicular bodies  (MVBs). Ultimately, when 

the endosome reaches its maturity, Rab7 GTPases mediate its fusion with a lysosome, 

where proteolytic degradation occurs 53(Fig.4).  

Importantly,  the  actin  cytoskeleton  seems  to  be  essential  for  the  sorting  of 

vesicle cargo to the basolateral membrane, through several sorts of myosin motors 54, 

55. For instance, in MDCK cells, the use of actin polymerization inhibitors compromises 

the  sorting of proteins  to  the basolateral membrane domains,  forcing  them  to  take 

apical  recycling  routes  56. On  the other hand,  the microtubule network  seems  to be 

essential  for  transporting  vesicle  cargo  to  the  apical  epithelial  surface,  essentially 

through dynein and  kinesin  (‐) end‐directed motors  57. A generally devised model  is 

that,  according  to  the  peripheral  location  of  actin  filaments  in many  cell  types,  the 

actin  cytoskeleton  essentially  mediates  vesicle  trafficking  events  close  to  the 

membrane, whereas the microtubule network drives ‘long‐range’ transport of vesicles 

across the cell cortex 54, 57. Accordingly, for endocytosis to proceed, actin filaments are 

known to  increase the uptake of membrane‐linked receptors  into vesicle‐coated pits, 

whereas  the  microtubule  network  is  required  to  assure  deep‐cortical  endocytic 

transport and maintain the distribution of the late endocytic compartments 58‐60. 

 

Page 8: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

Fig.  4  –  Overview  of  vesicle  trafficking  in  epithelial  cells.  The  trans‐Golgi  network  (TGN)  releases 

recently synthesized proteins to apical or basolateral membrane domains and the recycling endosome, 

which mediates  recycling exocytosis  to  the apical or basolateral membrane,  through apical  recycling 

routes. The endocytic pathway  can  lead  to  recycling back  to  the plasma membrane or  to  lysosomal 

degradation,  and  each  route  is  characterized  by  endosome  compartments  that  possess  typical 

regulatory proteins (in red and purple). The endosome markers labelled in purple have been shown to 

suppress  tumour  formation  in Drosophila, as  indicated by  the  tumoral phenotypes of  the  respective 

mutant imaginal discs 61 (as shown in the picture to the left). 

 

    When endocytosis is impaired, accumulation of proteins occurs at the level of 

the  plasma  membrane  or  intermediate  endosomal  compartments.  Interestingly, 

several  tumour  suppressor genes  (TSGs) have been characterized  in Drosophila  that 

are  key  components  of  the  endossomal  system,  being  required  for  endosome 

maturation 62.(Fig.4) For instance, genes required for late endosome maturation, such 

as  Vps23  (erupted,  tsg101)  and    Vps25  have  been  shown  to  be  neoplastic  tumor 

suppressors  in  Drosophila  63‐65.  Disrupting  the  function  of  these  genes  seems  to 

prevent the degradation of membrane signalling receptors, leading to transduction of 

an excessive mitogenic or stress signal 66.  Interestingly, mutant cells for avalanche, a 

synthaxin  required  for  early  endossome  sorting  (Fig.4B),  lead  to  the  neoplastic 

development  of  several  Drosophila  epithelia,  which  correlates  to  vesicular 

WT 

Rab5 

avl 

vps25 

vps23 

Page 9: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

9

accumulation of the polarity determinant Crb 67. However, until now, no evidence has 

clarified how endocytosis of this polarity determinant contributes to the regulation of 

epithelial growth. 

 

2.2 The development of epithelial neoplasms 

During aberrant epithelium development, cells often  loose adhesion between 

each  other,  forming  epithelial  cysts  that  eventually  extrude  to  the  basal  lamina. 

Frequently,  these  abnormal  tissue  configurations  disrupt  the  normal  growth  of  the 

tissue, giving  rise  to morphogenetic distortions and overgrowths  typical of epithelial 

tumors or neoplasms 68‐70 (Fig.5).  

  Neoplastic  development  is  a multistep  process, which  is  thought  to  involve 

cooperation  between  several  mutations,  as  well  as  between  the  tumor  and  its 

microenvironment  71.  Indeed,  in a  chimeric  tissue environment, abnormal epithelial 

cells, that would potentially drive neoplastic transformation, might undergo apoptosis 

triggered by their tissue surroundings, a phenomenon designated as cell competition 72, 73. For instance, when a clone of mutant cells for the tumour suppressor scrib arises 

among  normal  tissue,  the  surrounding  wild‐type  cells  actively  eliminate  the 

unpolarized  mutant  cells,  triggering  their  apoptosis  74.  In  this  case,  a  synergistic 

interaction with  the Ras or Notch oncogenes  is  required  for  the  formation of  scrib 

mutant  invasive tumors 74, 75.  In this sense, multiple alterations, either arising within 

the  tumor or  in  the  surrounding normal  tissue,  seem  to be  required  for promoting 

unrestrained tumor growth and lethality 76.  

In Drosophila, tumoral epithelia have been classified as hyperplastic whenever 

they  show  increased  proliferation,  although  epithelial  architecture  is maintained,  or 

neoplastic  if  tissue overproliferation occurs concurrently with disruption of epithelial 

structure, as cells become unpolarized. Neoplastic epithelia are also characterized by 

their inability to terminally differentiate, with cells frequently acquiring migratory and 

matrix  degradation  potential,  allowing  them  to  cross  the  basal  lamina  and  invade 

adjacent tissues 62, 69 (Fig.5). 

During tumour development, loss of cell‐cell adhesion is usually correlated with 

disruption  of  the  apical  actin  network, while metastatic  invasion  is  associated with 

enhanced protrusive activity of the basal actin stress fibers 77. In particular, many ABPs 

Page 10: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

10

have  been  shown  to  be misregulated  during  the metastatic  process,  including  the 

Arp2/3  complex  components,  CPs  and  members  of  the  ADF/cofilin  family  78,  79. 

Therefore, actin dynamics at adhesive contacts seems to be crucial for assuring proper 

epithelial architecture and tissue homeostasis.  

 

Fig.5‐ Monoclonal tumors are thought to arise by the  loss of heterozygozity,  leading to overexpression 

of a certain oncogene or to a decreased expression of a certain tumour suppressor gene. This event  is 

then thought to trigger complex rearrangements of the cellular architecture, leading to an epithelial‐to‐

mesenchymal transition. Loss of proliferation control and the acquisition of resistance to cell death are 

thought to be triggered by this transition. In Drosophila, tumour suppressor pathways have been found 

that  link cell polarity  to proliferation control.  In  the depicted example, a series of neoplastic epithelia 

arise from overexpression of the Crb polarity complex (as show in the A‐C series, compared to WT). 

 

3. Actin dynamics and the control of cell proliferation 

 

    The  use  of  drugs  to  manipulate  actin  dynamics  has  been  widely  used  to 

investigate  links  between  actin  and  stress  signalling.  For  instance,  several  studies 

using mammalian cell  lines  in culture have  shown  that, depending on  the cell  type, 

either depolymerisation or stabilization of F‐actin is accompanied by the induction of 

an apoptotic stress 80.  Interestingly, one striking difference between cell types  is the 

ratio of G‐actin to F‐actin, this being tightly regulated by the activity of several ABPs. 

In this sense, several studies have suggested a role of ABPs  in regulating cell survival 

WT  A B C

Page 11: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

11

and  death  80.    For  instance,  gelsolin  activity  seems  to  prevent  the  induction  of 

apoptosis and ADF/cofilin has been shown to induce cytochrome c leakage and trigger 

apoptosis  81‐83. However, very  few studies have actually  revealed  the  significance of 

ABPs’s  function  during  the  homeostatic  processes  of  cell  growth  and  death within 

tissues. For  instance, recent studies  in Drosophila, concerning the role of CP  in wing 

tissue morphogenesis, may provide us some insight into this question.   

 

3.1 CP prevents cell extrusion within restricted regions of Drosophila epithelia 

As expected,  in vivo studies showed that CP prevents excessive actin  filament 

polymerization within Drosophila epithelia, confirming  its already known role  in actin 

filament termination. However, CP doesn’t have the same developmental  function  in 

all epithelia. For  instance,  loss of either capping protein α (cpa) or β (cpb) subunits  in 

the wing imaginal discs of Drosophila gives rise to different cellular outcomes along the 

proximal‐to‐distal axis 84. The wing  imaginal disc of Drosophila can be subdivided  into 

three fate‐defined regions: the notum, in the most proximal part, then the hinge, and 

finally  the blade,  in  the most distal part.    In  the blade, CP mutant cells  lose polarity, 

extrude  basally  and  undergo  cell  death,  while  mutant  cells  that  develop  in  the 

remainder  of  the wing  disc,  sustain  polarity  and  survive  84.(Fig.6)  This  behaviour  is 

correlated  to  a  specific  actin  filament network present  in mutant  cells: while  in  the 

wing blade epithelium, excessive actin  filaments are observed  throughout  the entire 

cell cortex, in the remainder of the wing disc, actin filaments accumulate mainly at the 

cell’s apical surface 84.  

 

3.2 CP prevents neoplastic development of Drosophila epithelia 

    Recently,  it  was  found  that  cpa  mutant  cells  in  the  follicle  epithelium  of 

Drosophila  are  prone  to  become  neoplastic,  lacking  polarity  and  cell‐cell  adhesion 

(Janody,  unpublished;  Fig.6).  Furthermore,  RNA  interference  (RNAi)  leading  to  CP 

depletion in the presumptive blade region of the wing imaginal disc, resulted in tissue 

overproliferation,  possibly  due  to  the  outward  resistance  of  depleted  cells  to  cell 

death 85 (Fig.6). Interestingly, it was found that like mutations in genes associated with 

the endocytic pathway, including the syntaxin avalanche (avl) and Rab5 86, loss of CP 

results  in  punctated  Crb  accumulation  (Janody,  unpublished;  Fig.6).  Overall,  the 

Page 12: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

12

similarities between endocytosis defective phenotypes and the ones observed for CP 

mutant cells suggest that the actin dynamics machinery is responsible for maintaining 

the  appropriate  network  of  actin  filaments  to  support  vesicle  trafficking  within 

epithelial cells.  Interestingly, the Dictyostelium CARMIL protein was  found to  link CP 

and the Arp2/3 complex to Myosin I 87, whose activity seems to involve the transport 

of Golgi‐derived vesicles 88. In this sense, CPs might directly be involved in vesicle and 

organelle movement or have an  indirect  role  in  regulating  trafficking events,  trough 

their effect on actin dynamics.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig.6 – CP mutations have different  cellular outcomes depending on  the  tissue  context.  cpa mutant 

clones  developed  in  the  hinge  or  notum  are maintained within  the wing  epithelium, while  clones 

developed in the wing blade undergo extrusion and apoptosis, as indicated by anti‐activated Caspase3 

(C3)  staining84  (A).  CP mutant  clones  induced  in  the  ovarian  follicle  epithelium  form  a multilayered 

epithelium in the anterior and posterior poles of the egg chamber (Janody, unpublished)(B). Extruding 

cpa  mutant  cells  (green)  accumulate  Crb  in  punctated  structures  (Janody,  unpublished)  (C‐C’). 

Depletion of CP by RNAi leads to neoplastic overgrowth of the wing epithelium  (D‐D’). 

Arm   GFP  Dlg/C3 

Phal   GFP  Dapi  Crb

Crb GFP

Phal     Phal    

WT                                       sd>UAScpbRNAiC10              

cpa107E clones

cpa69E clones

C’ 

D  E 

Page 13: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

13

4. Patterning of the Drosophila wing imaginal disc 

 

Highly  conserved  mechanisms  in  epithelial  development,  such  as  the 

establishment  and  maintenance  of  epithelial  cell  polarity,  have  been  intensively 

studied in Drosophila, paving the way for the discovery of homologous mechanisms in 

vertebrates.  In  particular,  the  imaginal  discs  and  the  ovarian  follicle  epithelium  of 

Drosophila  constitute  excellent models  for  the  study  of  epithelial  differentiation  in 

postembryonic development.  

 The Drosophila egg hatches  into a  larva that has no resemblance to the adult 

fly,  since  it  possesses  no  external  evidence  of  motile  appendages.  However,  the 

primordial  adult  appendages  are  already  present  in  the  larvae,  deriving  from 

invaginating  epidermal  cell  clusters  that become  segregated  from  the  larval  tissues. 

These structures are called the imaginal discs, since they are going to give rise to most 

of the adult  insect body, also known as the  imago (Fig.7). The  imaginal discs follow a 

developmental program distinct from that of their  larval ‘host’, proliferating from 20‐

50 cells to a  final size of 20000‐50000 cells 89.  In particular,  imaginal discs have been 

preferred  for  the  analysis of  the  combinatorial effects of many  conserved  signalling 

molecules  in  the  specification  of  positional  values  for  differentiation  and  growth 

(Fig.8). Because of its well characterized developmental circuitry and ease of dissection 

I will focus on the wing imaginal disc as an epithelial model, and therefore I proceed to 

briefly explain its major patterning events, as known to date.  

The majority of the wing disc consists of a columnar epithelium, which will give 

rise  to most  adult  cuticular  structures,  being  covered  by  a  thin  layer  of  squamous 

epithelium called the peripodial membrane. The luminal face gives rise to the external 

surface of the adult structures,  following eversion of the disc during metamorphosis. 

Specifically, the outmost region of the wing disc gives rise to the thorax structures (the 

notum and the pleura), the next ‘ring’ will make the wing hinge, and the central pouch 

of the disc will make the wing blade 89 (Fig.7).  

Very early  in  larval development,  an  invaginating  cell  cluster  that  constitutes 

the  haltere  and  wing  common  precursor,  inherits  the  apposed  stripe  pattern  of 

engrailed (en) and wingless (wg) expression from the anterior‐posterior (A‐P) boundary 

of an embryonic parasegment. 

Page 14: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

14

 

Fig.7  –  Imaginal  disc  that will  give  rise  to  the  adult  appendages  are  present within  the  larvae.  Fate 

determination along the proximal to distal axis is believed to result from complex interactions between 

the anterior‐posterior and dorso‐ventral morphogen‐mediated signalling, leading to the specification of 

the wing blade, the wing hinge and the notum, that will give rise to the adult hemithorax. 

 

In  particular,  the  wing  disc  further  derives  from  the  dorsal  part  of  the  common 

precursor,  therefore  inheriting a portion of  the En  stripe  that  specifies  the posterior 

compartment of the wing 90 (Fig.8). Although still elusive, distinct adhesive properties 

between  the  posterior  and  anterior  cells  of  the  wing  disc  seem  to  prevent  their 

intermingling,  therefore  defining  a  clear  compartment  boundary,  termed  the  A‐P 

boundary.  In  the  posterior  compartment  En  seems  to  promote  hedgehog  (hg) 

expression 91, 92, which acts as a short‐range morphogen to specify the expression of 

decapentaplegic  (dpp)  in  a  narrow  stripe  of  cells  adjacent  to  the  A‐P  boundary  93 

(Fig.8).  Dpp  constitutes  a member  of  the  TGF‐β  family,  promoting  patterning  and 

differentiation  of  the  wing  beyond  the  central  domain  through  a  concentration‐

dependent mechanism,  inducing  the  expression  of  target  genes,  such  as  spalt  (sal), 

optomotor‐blind (omb) and vestigial (vg) 94‐99. Besides giving genetic positional values 

along the medial‐to‐lateral wing, the Dpp activity gradient seems to indirectly promote 

wing growth 100, being counterbalanced by the brinker transcriptional repressor, which 

Page 15: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

15

is expressed  in  a  complementary  lateral‐to‐medial  fashion, being  itself  repressed by 

Dpp activity 101, 102.  

The important contribution of Dpp signaling to the proximal‐distal patterning of 

the wing disc  is  further completed by  intersection of signals coming  from the dorsal‐

ventral (D‐V) boundary of the wing disc. During the early stages of larval development 

the  D‐V  boundary  is  established  by  the  antagonist  relationship  between  dorsal 

Epidermal  Growth  Factor  Receptor  (EGF‐R)  signaling  and  ventral  Wingless  (Wg) 

signaling, resulting in the expression of apterous (ap) in the dorsal region of the disc 90, 

103 (Fig.8). Ap further specifies the activation of Notch at the D‐V boundary, through a 

complex  regulation of  its  ligands Serrate and Delta  104‐106. Notch  is  then assumed  to 

directly activate the transcription of genes at the D‐V boundary, including wg and cut, 

which  themselves  further  restrict  the  expression  of  the  Notch  ligands,  fine‐tuning 

Notch activity to a narrow stripe 107.  

At  the  D‐V  boundary  Notch  and  Wg  signaling  synergistically  specify  the 

development  of  the  sensory  cell  precursors  (SOPs)  that will  give  rise  to  the margin 

bristles. Furthermore, in the presumptive wing blade, the selector genes scalloped and 

vestigial are transcriptionally activated by the combinatorial action of Notch, Wg and 

Dpp  signaling  108‐110  (Fig.8),  providing  the  organizer  functions  of  the  D‐V  boundary, 

such  as  promoting  growth  along  the  proximal‐distal  axis  111‐113,  and  specifying  a 

gradient of cell‐affinities that differentiates the presumptive blade from the hinge 114. 

The combinatorial action of vestigial together with two of its target genes ‐ nubbin and 

rotund ‐ seems to be required for the induction of a ring of Wg expression in the distal 

hinge 115 (Fig.8). This is required for the proximal expression of the transcription factor 

homothorax  (hth),  which  together  with  teashirt  (tea)  is  required  for  proper  hinge 

development 116, 117 (Fig.8). Furthermore, Homothorax provides an autoregulatory loop 

that maintains the ring of wg expression essential for the normal growth of the hinge.  

On  the other hand,  the  iroquois gene complex  (iro‐C),  induced  through dorsal EGF‐R 

signaling  and  restricted  to  the  notum‐hinge  boundary  by  Dpp  signalling  103,  118,  119 

(Fig.8),  is  responsible  for patterning  the proximal and  intermediary hinge  structures, 

providing  cell‐affinity  differences  between  the  notum  and  hinge  cells  120,  121. Most 

proximally, pannier  (pnr) and U‐shaped are critical  for specifying notum dorsocentral 

bristles through activation of wg expression in an anterior‐posterior stripe 122 (Fig.8).  

Page 16: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

16

 

Fig.8  – Wing  imaginal  disc  patterning.  The  domain  of  expression  of  some  patterning  molecules  is 

depicted  from  the most primordial stages of wing development  (left)  to  the most advanced 3rd  instar 

imaginal disc (right). 

 

In  the  end,  this  complex  circuitry  of  signalling molecules  seems  to  drive  the 

establishment  and  maintenance  of  a  region  specific  cell  architecture,  possibly 

providing  cues  for  the  modification  of  adhesive  properties  and  cytoskeletal 

architecture. This  seems  to occur mainly  through  the  regulation of  cell asymmetries 

both  in  the  apico‐basal  axis  and  in  the plane of  the  tissue,  to which  contribute  the 

amazingly  complex  array  of  adhesion  molecules,  polarity  determinants  and 

cytoskeletal genes. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 17: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

17

II. Aims of the Project  

 

  The actin cytoskeleton is essential to support polarized vesicle transport within 

epithelia and  for endocytosis  to  take place. Most studies  that have addressed  these 

issues used epithelial cell lines in culture. However, very few have analysed how actin 

itself  or  specific ABPs  are  implicated  to  promote  vesicle  trafficking  in  vivo,  in  part, 

because  for most  components  of  the  actin  cytoskeleton,  their  role within  a  tissue 

remains obscure. In this project I aimed to: analyse whether the tumoral behaviour of 

CP depleted cells results from Crb accumulation due to impaired endocytosis (Task 1); 

analyse whether accumulation of other membrane surface receptors  is evident  in CP 

mutant  or  depleted  cells  due  to  endocytic  trafficking  defects  (Task  2);  determine 

whether loss of CP affect only a subset of vesicle trafficking events (Task 3) and finally 

elucidate  whether  CP  acts  directly  on  vesicle  trafficking  or  indirectly  through 

maintenance of a particular actin filament network (Task 4).  

Page 18: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

18

III. Materials and Methods

 

1. Fly strains and genetics 

 

1.1 Fly husbandry 

All fly stocks were raised at 25oC, according to standard conditions 123. Crosses 

were cultured in small vials containing a yeast‐glucose‐agar medium.  

 

1.2 Fly Strains: mutant alleles and transgenic lines available for this study  

The mutant alleles cpa107E and cpbM143 used during the course of this work are 

likely  null  alleles,  leading  to    a  truncated  protein  lacking  the  actin‐binding  domain, 

since both have been shown to include stop codons in the beginning of the sequence 

coding for the N‐terminal domain 124, 125.   The majority of fly stocks used  in this work 

were available at the IGC, and some were kindly supplied by the labs of Ginés Morata 

(CBMSO,  Madrid)  and  António  Jacinto  (IMM,  Lisbon).  The  Gal4  drivers  and  UAS‐

transgenes used in this study are reported in Table 1. 

 

1.3 Fly Stocks generated  

In order to robustly overexpress actin in wing imaginal discs, a recombinant line 

was produced between  the UAS‐act5C::GFP and UAS‐act42A::GFP  126,  127  transgenes, 

both  located on  the  second  chromosome.  Since  the P‐elements used  to  insert both 

transgenes  carry  the white  (w+) marker,  giving  rise  to  an orange  eye  colour  in  a w‐ 

background, recombinant flies were selected for having a stronger, red eye colour.  As 

expected, driving  the  recombinant  line with nub‐Gal4  gave  rise  to  a enhanced wing 

phenotype  compared  to  flies  overexpressing  either  UAS‐act5C::GFP  or  UAS‐

act42A::GFP alone (Sup. Fig.1).    

To analyse Cpa colocalization with endosomes, the following transgenic lines w‐

;  UAS‐Rab5::GFP/CyO,  MKRS/  TM6β,  w‐;  UAS‐Rab7::GFP/CyO;  MKRS/  TM6β  were 

crossed to w; sp/CyO; UAS‐HA::cpa/ TM2.  

In order to evaluate a possible genetic  interaction between CP and aPKC, two 

independent  P‐element  insertions  carrying  the  cpb  RNAi  constructs  (w;  UAS‐

cpbRNAiC10; MKRS/ TM6β and w; UAS‐cpbRNAiD4; MKRS/TM6β) were crossed with w; 

Page 19: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

19

sp/CyO; UAS‐aPKCCAXXDN/TM6β, carrying a dominant negative version of aPKC to obtain 

the line w; UAS‐cpbRNAiC10; UAS‐ DaPKCCAXXDN / TM6β. In addition, to induce clones of 

cells mutant  for either  cpa or  cpb  that expressed  the aPKCCAXXDN dominant negative 

form, w; FRT42D, cpa107E/ CyO or w; FRT40A, cpbM143/ CyO flies were crossed to w; sp/ 

CyO; UAS‐aPKCCAXXDN/TM6 yielding w; FTR42D, cpa107E; UAS‐aPKCCAXXDN and w; FRT40A, 

cpbM143; UAS‐aPKCCAXXDN, respectively.  

 

Table 1 –  Gal4 drivers and UAS constructs used during the course of this work.  

Gal‐4 Drivers  Spatio‐temporal domain of activity in the wing disc 

engrailed‐Gal4  (en‐Gal4) 128 

From  end  of  embryogenesis  to  end  of  larval  stage  in  the 

posterior compartment (Fig.2) 

nubbin‐Gal4  (nub‐Gal4) 129 

From  2nd  larval  instar  (48h)  to  end  of  larval  stage  in  the 

prospective blade and proximal hinge (Fig.2) 

scalloped‐Gal4  (sd‐Gal4) 130 

From 1st larval instar (24h) in the whole disc and restricted 

in the blade and proximal hinge at 3rd instar larvae. 

T155‐Gal4 131  From 1st larval instar (24h) in a patchy pattern  

 

UAS‐transgene  Purpose of use 

UAS‐cpbRNAiC10 85 

To promote knockdown of cpb expression 

UAS‐act5C::GFP 127 

To overexpress actin 5C tagged to GFP 

UAS‐act42A::GFP 126 

To overexpress actin 42A tagged to GFP 

UAS‐crbstrong (minigen32.12C)42 

To overexpress the entire crb coding region 

UAS‐crbweak (minigen30.11d)42 

To overexpress the entire crb coding region 

UAS‐myc::crbintra  42 

To overexpress the intracellular domain of crb 

UAS‐rab5::GFP 133 

As an early endosome GFP marker 

UAS‐rab7::GFP 133 

As a late endosome GFP marker 

UAS‐HA‐cpa 84 

To overexpress cpa tagged to an HA epitope 

UAS‐aPKCCAXXDN  134 

To express a ‘kinase‐dead’ dominant negative form of aPKC (DN) that is targeted to the membrane (CAAX) 

Page 20: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

20

1.4 Genetic tools  

 

1.4.1 The UAS‐Gal4 system 

Expression  of  UAS  constructs  was  performed  at  25oC,  unless  mentioned 

otherwise, using the Gal4 system. The Gal4 protein is a yeast transcription factor that 

activates GAL genes required for glucose metabolism.  The Gal4 gene has been widely 

cloned and used  to genetically manipulate expression of genes  in  foreign organisms 

such  as  Drosophila.  Promoter  sequences  containing  a  consensus  binding  site  for 

activating Gal  factors,  termed UAS sequences, have been  introduced  in a number of 

eukaryotic  expression  vectors,  allowing  for  the  production  of  transgenic  constructs 

that are conditionally expressed upon the availability of Gal4 135. Thus, in Drosophila, a 

parental  stock  expressing  Gal4  can  be  crossed  to  another  carrying  a  UAS‐insert, 

therefore driving expression of the later in the F1 progeny (Fig.1). Furthermore, several 

well characterized enhancer sequences have been  ‘trapped’ by the Gal4 coding gene 

to yield spatio‐temporal specific drivers of gene expression 128.  

 

1.4.2 Generation of clones by mitotic recombination 

The  FLP/FRT  system was  used  to  generate mitotic  clones.  The  Flipase  (FLP) 

recombinase belongs to the family of λ integrases from Saccharomyces cerevisiae. The 

members of  this  family  are  known  to direct  site‐specific  recombination of  two DNA 

strands,  which  in  the  case  of  the  FLP  occurs  through  the  recognition  of  Flipase 

Recombination  Target  (FRT)  sites.  The  FLP/FRT  technique  has  been  particularly 

interesting for generating mosaics to study recessive mutations that would otherwise 

cause embryonic lethality if present in the entire organism 136.  

Several p‐element insertion stocks have been generated in Drosophila, introducing FRT 

sites close to the centromere of each chromosome as well as a transgene encoding FLP 

driven by a heat‐shock inducible promoter (hsp70). The fly stocks constaining FLP and 

FRT sites, used during the course of this work to generate somatic clones, are indicated 

in  Table2.    In  this  sense, mitotic  recombination  between  FRT  sites  in  homologues 

chromatids occurs following a 1 hour treatment at 37oC of  individuals at the stage of 

interest. In this work, heat‐shock was performed at 1st and 2nd larval instar. As a result, 

in  a heterozygous  setup,  recombination between nonsiter  chromatids  results  in  the 

Page 21: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

21

generation  of  a  daughter  cell  homozygous  for  the mutation  distal  to  the  FRT  site. 

Subsequent cell divisions of this homozygous mutant cell give rise to a mutant clone 

that can be analyzed phenotypically. Conversely, from the same mitotic recombination 

event, a wild‐type homozygous sibling cell is generated, giving rise to the twin spot of 

the mutant clone. Usually, the wild‐type FRT chromatid contains a cell marker, such as 

GFP  under  the  control  of  a  ubiquitous  promoter.  This  allows  for  the  generation  of 

negatively marked mutant clones (Fig.2).  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig.1  –  The  Gal4  system  in  Drosophila.  One  of  the  parental  stocks  carries  the  Gal4  gene  in  close 

proximity to a known enhancer of gene expression. This stock can be crossed to another containing a 

UAS‐transgene, and the resulting progeny will express this transgene in the pattern of expression of the 

Gal4  factor, which  is  specified by  its  associated  enhancer  region. A nubbin‐Gal4  line drives UAS‐GFP 

expression  in  the presumptive wing pouch  and distal hinge of  the wing disc. The engrailed‐Gal4  line 

drives UAS‐GFP expression in the posterior compartment of the wing disc. 

en>UAScpbRNAiC10        nub>UAScpbRNAiC10     

Phal        Phal       

Page 22: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

22

On the other hand, mosaic analysis with a repressible cell marker (MARCM) was 

used to positively mark mutant cpa and cpb clones, as well as to generate constitutive 

expression of UAS‐transgenes  in marked clones  137. The MARCM  technique  relies on 

the combined use of Gal4 together with its repressor Gal80, arranged in a manner such 

that  FLP‐mediated mitotic  recombination  causes  the  genetic  loss  of  Gal80  and  the 

concomitant  derepression  of  Gal4.  Such  a  derepression  can  be  set  to  happen  in  a 

mutant clone in a way that allows for the expression of a certain UAS‐marker, like UAS‐

GFP or another UAS‐transgene (Fig.2). 

 

Table 2 – FLP/FRT system stocks used during the course of this work. 

FLP/FRT stock  Purpose of use 

y‐,w‐,hsFLP122,  UAS‐GFP;  FRT42,  tub‐Gal80; 

tub‐Gal4/ TM6β 137 

To generate cpa mutant clones, positively marked  by  GFP  and  expressing  another UAS‐transgene. 

y‐,w‐,hsFLP122,  UAS‐GFP;  FRT40,  tub‐Gal80; 

tub‐Gal4/ TM6β 137 

To generate cpb mutant clones, positively marked  by  GFP  and  expressing  another UAS‐transgene. 

w‐; FRT42, tub‐GFP; T155‐Gal4, UAS‐FLP 138 

To  generate  cpa  mutant  clones, negatively marked by GFP 

 

2. Immunohistochemistry 

 

Third  instar  larvae were dissected  in 0,1M phosphate buffer (pH 7,2) and fixed  in 4% 

formaldehyde in PEM (0,1M PIPES pH 7,0; 2mM MgSO4; 1mM EGTA) for 30 minutes on 

ice. As a  standard protocol, except  for anti‐Crb and anti‐Notch  staining,  larvae were 

then washed  and permeabilized  in PBS 0,2%  Triton X‐100  (PBT)  for 15 minutes  and 

incubated with the primary antibodies diluted in PBT, supplemented with 10% donkey 

serum, overnight at 4oC. The larvae were then washed 3 times, for 10 minutes each, in 

PBT  and  incubated  in  the dark with  secondary  antibody diluted  in PBT  10% donkey 

serum, for 2 hours at 4oC. 

Page 23: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

23

 

Fig.2  ‐ Mitotic  recombination  induced  by  the  FLP  recombinase  during  the G2  stage of  the  cell  cycle  

results  in the  loss of heterozygosity at the  locus coding for a mutation (black star)   and a ubiquitously 

expressed cell marker (green rectangle) (A). As a consequence one of the daughter cells will become the 

precursor of  the mutant  clone, whereas  the other will become  the precursor of  the  complementary 

‘wild‐type’ population (twin spot) that is marked by the presence of the cell marker, such as GFP (A). In a 

MARCM set up, Gal80 represses the expression of a UAS‐insert (green rectangle), such as UAS‐GFP, but 

loss of heterozygosity at the Gal80 containing locus, as induced by FLP mediated mitotic recombination, 

results in expression of the UAS‐construct in the homozygous mutant clone (B).  

 

GFP     GFP    

  A                                                                           B                                                          

Page 24: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

24

For anti‐Crb and anti‐Notch staining, fixed larvae were previously incubated for 

1  hour  in  a  blocking  solution  of  PBT  10%  bovine  serum  albumin  (BBT)  and  then 

submitted to a quick dehydration‐rehydration series of 30%, 50% and 70% methanol in 

BBT. This was found to greatly enhance the signal detection for membrane‐associated 

proteins.  The  primary  antibodies  used  were:  mouse  anti‐Arm,  (N27A1,  1:10; 

Developmental Studies Hybridoma Bank (DSHB)); rabbit anti‐activated Caspase3 (1:50; 

Cell  Signalling  Techonology);  mouse  anti‐Crb  (Cq4,  1:10;  DSHB);  mouse  anti‐Notch 

extracellular domain  (C458.2H, 1:50; DSHB); goat anti‐Fat  (1:1  cocktail of dR‐18  and 

dC‐16,  1:20;  Santa  Cruz);  rabbit  anti‐Homothorax  (1:500,  a  gift  from  Adi  Salzberg); 

mouse  anti‐Cut  (2B10,  1:5;  DSHB);  rabbit  anti‐Rab5  (1:5000,  a  gift  from  Akira 

Nakamura). The  secondary antibodies used were donkey anti‐mouse and anti‐rabbit 

conjugated  to  TRITC  or  Cy5,  (1:200;  Jackson  Immunoresearch).  Imaginal  discs were 

mounted in Glycerol 90%. 

 

3. Phalloidin Staining 

 

A phalloidin conjugated dye was used to stain F‐actin. Third  instar  larvae were 

dissected and fixed as described in the previous section. Before mounting, tissues were 

incubated with TRITC conjugated phalloidin, (1:200; Sigma), in PBT for 5‐8 minutes and 

rinsed 3 times 10 minutes, before mounting in Glycerol 90%. 

 

4. Image Acquisition and Analysis 

 

Fluorescent  images were  obtained  on  a  Zeiss  LSM  510 Meta  and  Leica  SP5 

confocal microscope.   Image files were processed using the Bitplane Imaris software® 

to select standard z‐projections and optical cross‐sections through the epithelium.   In 

order  to  evaluate  colocalization  between  fluorophores,  binary  colocalization masks 

were obtained with the NIH Image J software®, using a cut off point of 50% relative to 

maximum  pixel  intensity.  Using  this  same  software,  confocal  images  destined  for 

colocalization analysis were previously submitted to standard medium filtering.  

Page 25: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

25

IV. Results  1. CP mutant and depleted cells accumulate the Notch receptor and the Crumbs polarity determinant in punctuated strucures  

Lethal  alleles  of  cpa  were  isolated  in  a  previous  mosaic  genetic  screen  to 

identify  genes  required  for Drosophila  eye  differentiation  124. Given  that  capping  of 

actin filaments relies on a functional CP αβ‐heterodimer 21, 139, whose stability depends 

upon the association of each subunit with one another 140, 141,  loss of one subunit or 

mutations preventing the association of both are assumed to effectively cause a loss of 

capping activity. This is consistent with the accumulation of actin filaments observed in 

either  cpa  or  cpb  mutant  clones  or  in  tissues  depleted  of  cpa  and  cpb  by  RNA 

interference, as well as with the fact that loss of either cpa or cpb gives rise to identical 

phenotypes 84.  

Interestingly,  cpa107E  mutant  cells,  undergoing  extrusion  in  the  wing  blade 

epithelium, mislocalize  Arm  and  DE‐Cad  to  basolateral  positions  (data  not  shown), 

whereas  they  accumulate  the  Crb  polarity  determinant  in  punctated  structures 

resembling vesicles (Fig.1). As the cpa and cpb extrusion phenotype had been shown 

to be region specific, with mutant clones mainly extruding  in the blade region of the 

wing disc 84, I decided to evaluate whether Crb accumulation in cpa107E mutant clones 

was also specific to the prospective blade, possibly accounting for the region specificity 

of the cell extrusion phenotype.  In order to observe cpa107E mutant clones within the 

blade epithelium, I used a mosaic FLP/FRT system that uses an imaginal tissue‐specific 

Gal4 driver  (T155‐Gal4)  to direct expression of  the FLP enzyme,  thus catalyzing a  low 

frequency  of  mitotic  recombination  during  all  stages  of  larval  development  138. 

Therefore, cpa107E mutant clones, marked by the absence of GFP, are produced  in all 

larval stages, which allows  for the recovery of  late  induced mutant clones across the 

whole  wing  disc  of  3rd  instar  larvae.  As  expected,  mutant  clones  induced  in  the 

prospective blade region showed basal accumulations of Crb in the form of punctated 

structures (Fig. 1). Interestingly, I observed similar accumulations  in clones  induced  in 

the presumptive hinge and notum (Fig.1), ruling out the possibility for a region specific 

accumulation  of  Crb  that  correlated  to  the  blade  specific  extrusion  of  cpa  and  cpb 

mutant clones.   

Page 26: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig.1 –cpa mutant clones  induced  in  the wing  imaginal disc accumulate Crb  in  the  form of punctated 

structures. cpa mutant clones are marked by the absence of nuclear GFP and Crb staining appears in red 

(A);  punctated  Crb  accumulations  are  seen  throughout  the  tissue, matching  GFP  negatively marked 

clones (A’‐AA’).  

 

Distinct from what is observed in the clonal context, when broad regions of the 

wing  disc  are  depleted  of  cpb  by  RNAi,  cells  seem  to  undergo  an  epithelium  to 

mesenchymal‐like transition and overproliferate 85  . As expected, depletion of cpb by 

RNAi  using  the  eng‐Gal4  driver,  leads  to  Crb  accumulation.  This  not  only  occurs  in 

discrete punctuated structures resembling vesicles, but also at the level of apical peri‐

membrane clusters (Fig.2A‐A’’’). The same phenotype was observed, by depleting cpb, 

using the sd‐Gal4 driver (Sup. Fig.2). 

Accumulation of Crb at the cell membrane or in punctuated structures did not 

resemble basolateral mislocalization of DE‐cadherin and Arm, that had previously been 

observed  in  extruding  cpa  and  cpb mutant  clones  84.  They  were  rather  similar  to 

accumulations of membrane‐linked  receptors observed  in  imaginal mutant  tissue  for 

genes  implicated  in  endocytic  trafficking  67.  Interestingly,  similar  to  avl  and  rab5 

mutant  tissue,  cpb  depletion  by  RNAi,  using  en‐Gal4,  also  induces  apical  punctated 

accumulation of the Notch extracellular domain, as indicated by anti‐Notchextra staining 

(Fig.2B‐B’’’).  

Crb   GFP  Crb

Crb   GFP 

A  A’

A’’ 

cpa107E clones 

cpa107E clones  

Page 27: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig.2 – CP depleted cells accumulate the Notch receptor and Crb in the wing imaginal disc. cpb depleted cells are marked by the presence of GFP (green) and either Notch or 

Crb appears in red/gray (A‐A’’’’, anti‐Notch; B‐B’’’’, anti‐Crb); Notch and Crb become accumulated in the posterior compartment as shown by anti‐Notch and anti‐Crb (gray), 

respectively (A’’‐A’’’, B’’‐B’’’). Cross‐section views through the disc  indicate that accumulation occurs at the  level of  intracellular punctated structures, and at the  level of 

apical peri‐membrane clusters  (A’’’’‐ arrows; B’’’’ ‐ arrowhead).  A – anterior, P – posterior   

A     P 

A’’’’ 

A     P 

  A’

A’’  A’’’

Crb   

Crb  GFP

Crb

Crb

Crb

 A                en>UAScpbRNAiC10   

Notch 

B B’

B’’ B’’’

B’’’’

Notch   GFP 

Notch  GFP 

Notch 

Notch 

            en>UAScpbRNAiC10       

Page 28: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

28

Several  membrane  receptors  and  adhesion  molecules,  such  as  Notch,  Fat, 

EGFR, and E‐Cad have been shown to undergo endocytosis in wing disc cells through a 

process  that depends on  the  ERM proteins Merlin  and  Expanded  142.    Therefore,  in 

order  to determine whether other membrane associated proteins were accumulated 

due  to  CP  depletion,  I  analyzed  the  expression  and  subcellular  localization  of  the 

adhesion‐related proto‐cadherin Fat.  Indeed,  cpb depleted  cells by RNAi accumulate 

Fat, as indicated by anti‐Fat staining, although this seems to occur in a difuse manner 

along the entire apical cell surface (Fig.3).  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig.3 – CP depleted cells accumulate Fat in the wing imaginal disc. cpb depleted cells are marked by the 

presence of GFP and Fat appears in red/gray (A‐A’’); Fat becomes apically accumulated in the posterior 

compartment, as shown by anti‐Fat (gray) (A’‐A’’). A – anterior, P – posterior  

 

Taken  together,  the  data  present  here  suggests  that  CP  promotes  endocytic 

vesicle trafficking of Crb, Notch and Fat, or that it is able to restrict their transcriptional 

upregulation.  In order  to  test  this hypothesis,  I analyzed  the expression  levels of cut 

and  m8‐lacZ  as  a  read‐out  for  Notch  activity,  since  Notch  upregulation  induces 

misexpression of these genes beyond the DV boundary 143, 144.  Instead, expression of 

cut and m8‐lacZ at the DV boundary, as  indicated by anti‐Cut and anti‐β‐Gal staining, 

 A                 en>UAScpbRNAiC10   

Fat  GFP 

A’

Fat

A     P 

A’’ 

Fat 

Page 29: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

29

respectively,  is highly reduced  in posterior wing cells depleted of cpb,  indicating that 

Notch  signalling  is  disrupted  (Fig.4).  This  suggests  that  Notch  accumulation  in  CP 

depleted  cells  does  not  result  from  overexpression  of  Notch,  but  that  loss  of  CP 

prevents  Notch  activation.    It  is  therefore  likely  that  accumulation  of  Notch,  and 

possibly  of  Crb  and  Fat,  in  cpb  depleted  cells,  results  from  defects  in  endosomal 

trafficking. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 4 – CP depleted cells show reduced expression of Notch target genes. cpb depleted cells are marked 

by the presence of GFP (A) or by increased phalloidin staining (B); Cut and β‐Gal appear in blue/gray (A‐

A’‐  anti‐Cut;  B‐B’  –  anti‐β‐Gal);  cut  expression  at  the  DV  boundary  is  reduced  in  the  posterior 

compartment,  as  shown  by  anti‐Cut  (gray)  (A’); m8‐lacZ  reporter  expression  at  the  DV  boundary  is 

reduced in the posterior compartment, as shown by anti‐β‐Gal (gray) (B’). 

 

 

 

Phall  Cut  GFP 

 

Cut 

A’

Phall  β‐Gal (m8‐lacZ)   

B  

β‐Gal (m8‐lacZ)  

B’

A                  en>UAScpbRNAiC10    

                    en>UAScpbRNAiC10     

Page 30: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

30

2. Overexpression of the two cytoplasmic actin genes act5C and act42A can give rise 

to hinge overgrowth and Crumbs accumulation. 

 

Decreased expression of CP  causes  actin  filament  accumulation  84,  145.  In  this 

sense, the putative role of CP in vesicle trafficking could be indirect, such that the actin 

filament network formed in CP mutant cells would disrupt endocytic vesicle trafficking.  

In order to understand whether actin filament accumulation, by itself, prevents 

membrane and cytoplasmic accumulation of Notch and Crb, I’ve used the en‐Gal4 and 

nub‐Gal4 drivers to overexpress the ubiquitous actin genes act5C and act42A, as their 

overexpression promotes accumulation of actin filaments  in the wing disc epithelium 146(Vinhas and Janody, unpublished).  Interestingly, similarly to cpb depletion by RNAi, 

overexpression of act5C, using en‐Gal4, leads to an expansion of the prospective distal 

hinge, associated to accumulation of the apical polarity determinant Crb, as revealed 

by anti‐Crb staining (Fig.5A). This accumulation occurs mainly in punctuated structures 

at the apical cell surface (Sup. Fig.3). Furthermore, a relatively slight accumulation of 

the Notch receptor also occurs in act5C overexpressing cells, as revealed by staining of 

anti‐Notchextra  (Fig.5B).  Overall,  this  suggests  that  Crb  and  Notch  accumulation, 

following loss of CP, is caused by a global excess of F‐actin within the cell. 

Surprisingly, overexpressing a recombinant version of UAS‐act5C::GFP and UAS‐

act42A::GFP, under  the  control of  the nub‐Gal4 driver,  comparatively  enhanced  the 

hinge  outgrowth  observed  in  wing  imaginal  discs  where  each  actin  gene  was 

overexpressed  individually  (Fig.6).  This  suggests  that  hinge‐specific  overgrowth 

observed  in CP depleted discs  is attributable to actin filament accumulation, pointing 

to a role of the cortical actin network in regulating growth processes in this region.  

 

3. CP colocalizes with the early endosome marker Rab5 

 

Punctuated accumulation of Notch, Crb and Fat  in CP depleted tissue suggests 

that  CP  might  have  a  role  in  vesicle  trafficking.  In  support  of  this,  CP  contains 

hydrophobic segments that are likely to interact with membrane lipids 147.  Therefore, 

it is conceivable that CP could be in close contact with endocytic vesicles, which would 

suggest a more direct role of CP in the regulation of endosome dynamics.  

Page 31: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig.5 – Act5C overexpression  leads  to accumulation of Notch and Crb  in  the wing  imaginal disc.  cells 

overexpressing act5C are marked by the presence of GFP and either Notch or Crb appear in red/gray (A‐

A’, anti‐Notch; B‐B’, anti‐Crb); Notch and Crb are accumulated at the apical cell membrane of posterior 

depleted cells, as shown by anti‐Notch and anti‐Crb, respectively (A’, B’). 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 6 – Actin overexpression  induces hinge overgrowth  in the wing  imaginal disc. Actin overexpressing 

cells are marked by the presence of GFP; phalloidin staining of F‐actin  (red) allows  for visualization of 

cell  architecture  (A‐C); hinge outgrowths  are observed  in wing discs overexpressing  either act42A or 

act5C  (A,B,  ‐ arrows), although they  look smaller than the ones observed  in wing discs overexpressing 

both act42A and act5C (C ‐ arrows). Note: expression of UAS‐constructs was performed at 22oC . 

B           

Phal                    Act5C‐GFP

C         

                          Act42A‐GFP, Phal                    Act5C‐GFP

A              

Phal                  Act42A‐GFP 

nub>UASact42A::GFP        nub>UASact5C::GFP        nub>UASact5C::GFP       UASact42A::GFP  

B’

en>UASact5C::GFP       A 

    Act5C‐GFP   Notch

B   en>UASact5C::GFP       

   Act5C‐GFP     Crb 

Notch

A’

Crb

B’

Page 32: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

32

Interestingly,  I  found that an HA‐tagged  form of cpa  (HA‐cpa), which can  fully 

rescue the cpa and cpb mutant phenotype 84, apically localizes to punctated structures 

resembling vesicles, as  indicated by anti‐HA staining  (Fig. 7A).  Indeed,  the punctated 

pattern of early and late endosomes, labelled by Rab5‐GFP and Rab7‐GFP, respectively, 

strongly  resembled  in  size  and  position  the  pattern  outlined  by  staining  of HA‐Cpa 

(Fig.7A‐C). Taking this  into account,  I’ve qualitatively analysed colocalization between 

early  or  late  endosomes  marked  by  the  presence  of  Rab5‐GFP  and  Rab7‐GFP, 

respectively, and HA‐Cpa. Colocalization masks, above 50% of pixel intensity, revealed 

a punctated pattern of colocalization between Rab5‐GFP marked early endosomes and 

HA‐Cpa  (Fig.7D‐D’’).  However,  a  similar  pattern  of  colocalization  was  not  verified 

between  Rab7‐GFP  marked  late  endosomes  and  HA‐Cpa  (Fig.7E‐E’’).  Furthermore, 

optical  cross  sections  through  the  wing  imaginal  discs  expressing  rab5::GFP  or 

rab7::GFP, and HA::cpa, also suggest colocalization of early endosomes with the apical 

punctated  pattern  of  HA‐Cpa  (Fig.7D’’’),  whereas  late  endosomes  appear  to  be 

localized more basally (Fig.7E’’’).   

This suggests that CP directly associates with early endosomes, possibly being 

relevant to the regulation of early endosome dynamics.  Indeed,  in cpb depleted cells 

by  RNAi,  using  the  en‐Gal4  driver,  I’ve  observed  an  increased  abundance  of  Rab5‐

positive puncta, as  indicated by anti‐Rab5  staining  (Fig.8). This  further  suggests  that 

early  endosomes  become  accumulated  in  CP  depleted  cells,  being  either  unable  to 

recycle back to the plasma membrane or to traffic to the lysosome.  

 

4.  crb  overexpression  in  the  wing  imaginal  disc  gives  rise  to  different  cellular 

outcomes depending on the tissue genetic context  

 

Vesicular  accumulation  of  Crb  has  been  coupled  to  neoplastic  tumor 

development of avl mutant tissue 67.  Interestingly, CP depletion by RNAi  in the distal 

wing hinge induces hyperplastic tissue overgrowth, while in the wing blade epithelium, 

most  cells  seem  to  delaminate  and  possibly  overproliferate  (Janody,  unpublished). 

Moreover, similar to cpa and cpb mutant clones, avl mutant clones are extruded from 

the wing blade epithelium 67.  

 

Page 33: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig.7 – Cpa partially colocalizes with early endosomes. Clones overexpressing HA‐cpa (A), rab5::GFP (B) 

and rab7::GFP (C) reveal apical vesicular structures (green) that are similar in size and shape (Arm (red) 

outlines the apical cell membrane) (A‐C). Early and late endosomes (green) are marked by the presence 

of Rab5‐GFP  (D) and Rab7‐GFP    (E), respectively; anti‐HA  (red) reveals a punctated pattern of HA‐Cpa 

localization (D’, E’); colocalization masks above 50% of pixel intensity (white) reveal partial colocalization 

of HA‐Cpa (red) with Rab5‐GFP (green) (D’’), but not with Rab7‐GFP (green) (E’’); confocal cross sections 

trough  the  wing  imaginal  disc  show  that  HA‐Cpa  partially  colocalizes  with  Rab5‐GFP  marked  early 

endosomes (green) (D’’’), but not with Rab7‐GFP marked late endosomes (green) (E’’’). 

 

 

Arm                      Rab5‐GFP 

Arm                         HA‐Cpa 

Arm                      Rab7‐GFP 

D      nub>UAScpbRNAiC10;                             UAS‐rab5::GFP  

D’  

D’’  

D’’’

HA 

Rab5‐GFP 

E       nub>UAScpbRNAiC10;                             UAS‐rab7::GFP  

E’

E’’

E’’’

HA 

Rab7‐GFP 

Page 34: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig.8  ‐ CP depleted cells accumulate Rab5‐positive endosomes  in the wing  imaginal disc. cpb depleted 

cells are marked by  the presence of GFP and Rab5 appears  in  red/gray  (A‐A’’).   Rab5‐positive puncta 

apically accumulate in the posterior compartment, as shown by anti‐Rab5 (gray) (A’‐A’’). A – anterior, P 

– posterior  

 

In  order  to  test  whether  an  excessive  Crb  signalling  activity  could  justify 

extrusion of cpa and cpb mutant clones, I’ve induced clones overexpressing crb in the 

wing  imaginal  disc,  assuming  that  if  Crb  accumulation  promotes  extrusion  of  CP 

mutant cells, groups of cells overexpressing crb should behave in a similar manner. To 

induce clonal overexpression of crb, I’ve made use of the MARCM system. Accordingly, 

in  a  clonal  context,  crbintra  overexpression  leads  to  cell  death,  as  revealed  by  the 

expression  of  activated  Caspase  3  in  GFP‐positive  cells  (Fig.9A‐A’’,B‐B’’).  However, 

dying cells are mostly observed in the presumptive wing blade epithelium, defined by 

the  folding  formed between  the presumptive blade  and hinge  regions  and  revealed 

with  anti‐Arm  staining,  which  marks  the  apical  cell  membrane  (Fig.  9A,A’’,B,B’’). 

Optical  cross‐sections  through  the  wing  disc  showed  that  crb  overexpressing  cells 

extrude basally  in presumptive blade, whereas  some cells can often be  recovered  in 

the hinge and notum regions (Fig. 9B’’’). This clonal behaviour is reminiscent to the cpa 

and  cpb extrusion phenotype,  suggesting  that extrusion of CP mutant  cells  could be 

linked to Crb accumulation. 

 

A’’ 

Rab5  GFP  Rab5   

A                 en>UAScpbRNAiC10    A’

A     P 

Page 35: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig.9 – crb overexpressing clones extrude mainly  in the presumptive wing blade. crbintra overexpressing 

clones  are marked by  the presence of GFP  (green)  (A‐B’’’);  caspase3 positive  cells  (blue)  are present 

mainly  in the wing blade (A’’, B’’), although some can also be observed  in the wing hinge (B’’‐ arrow); 

many clones are  still maintained  in  the wing hinge  (B’’, B’’’ – arrows). The dashed  line  is  limiting  the 

boundary between the presumptive wing blade and hinge. b – blade, h ‐ hinge 

 

To  confirm  that  homotypical  Crb  overexpression  can  lead  to  a  tumoral 

phenotype, I overexpressed crb using the nub‐Gal4 driver. Under these conditions, crb 

overexpression does  indeed  induce  the  formation of epithelial  cysts and numerours 

foldings  (Fig.10).  Larvae  overexpressing  crb  (crbweak)  develop  wing  discs  that  look 

mostly hyperplastic, where the epithelial sheet looks overexpanded, particularly in the 

presumptive  hinge  (Fig.  10A).  On  the  other  hand,  overexpression  of  a  similar  but 

stronger contruct (crbstrong), leads to the development of neoplastic wing discs that are 

mainly comprised of round cells (Fig.10B).   

 

 

A  A’ A’’

B  B’ B’’

B’’’ 

Arm  GFP  C3 

Arm  GFP  C3 

Arm   GFP    C3 

C3

C3 

b  h 

b  h 

GFP

GFP 

UAScrb intra clones  

UAScrb intra clones  

Page 36: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig.10 – crb overexpression in a broad tissue context leads to tumoral development of the wing imaginal 

disc.  Cell  architecture  is  visualized  with  phalloidin  staining  of  F‐actin  in  red/gray  (A‐D).  Epithelial 

transformation  in  the  range  of  neoplastic  (A,C)  to  hyperplastic  (B)  is observed  in  crb  overexpressing 

discs, as compared to wild‐type (D); crbweak overexpressing discs, reveal an expansion of the distal hinge 

(B‐ arrow); crbintra overexpression gives rise to neoplastic phenotypes, revealing epithelial cysts that form 

preferentially in the distal hinge (C‐  arrow); confocal cross section reveals mutlilayering of the tissue (C’) 

as compared to wild‐type (D’). 

 

Furthermore,  larvae  overexpressing  the  intracellular  domain  of  crb  (crbintra) 

show  severe  neoplastic  phenotypes,  leading  to  the  formation  of  epithelial  cysts 

(Fig.10C). Optical cross sections through the wing disc epithelium show that the tissue 

architecture is dramatically altered, producing an intricate plane of folding (Fig.10C’).  

 

 

Phal

D                                                WT 

Phal 

C                      nub>UAS‐crbintra

D’PhalPhal 

C’ 

A                            nub>UAS‐crbweak

Phal  Phal

B                          nub>UAS‐crbstrong 

Page 37: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

37

5. crb overexpression in the wing imaginal disc induces hinge specific overgrowth 

 

Surprisingly,  I  realised  that  the  prospective wing  blade,  in  proximity  to  the  DV 

compartment  boundary,  is  less  affected  by  crbintra  overexpression  driven with  nub‐

Gal4, when compared to the surrounding outsized hinge tissue (Fig.10C; Fig.11). Cells 

neighbouring  the DV  boundary  have  a  normal  shape, maintaining  the  proper  tissue 

organization,  while  the  presumptive  hinge  cells  assume  a  round  shape,  which  is 

concomitant  with  a  variable  loss  of  cell  polarity  manifest  in  folding  of  the  tissue 

(Fig.10C‐C’;  Fig.11A’).  This  phenotype  was  confirmed  using  the  rn‐Gal4  driver  to 

overexpress crbintra  (data not shown). Thus, similar to CP  loss, the crb overexpression 

outcome  seems  to depend on  tissue  identity.  In order  to  confirm  this,  I  stained  crb 

overexpressing wing  discs  driven  by  nub‐Gal4,  for Homothorax  (Hh), whose  normal 

pattern of expression is restricted to the hinge and notum regions, and for Wg, which 

is normally expressed  in a narrow  stripe of  cells along  the DV boundary and  in  two 

concentric  rings  in  the  wing  hinge.  I  did  find  that  Hth  is  expressed  in  severely 

unpolarized  tissue  (Fig.11B’’’),  indicating  that  these  cells have derived  from a hinge‐

defined  cell  lineage or  that  they have acquired hinge genetic  fate. Expansion of Wg 

expression domain was also detected  in  the prospective hinge of crb overexpressing 

discs, but not at the DV boundary (Fig.11A’’,B’’). Curiously, overgrowth observed in CP 

depleted  tissues  also  seemed  to  arise mainly  from  the  hinge  region  (introduction 

Fig.6E), suggesting that this fate defined epithelial region is more susceptible to loss of 

proliferation control.  

Cell death is usually suppressed in many tumoral processes, although a small pool 

of dying cells is always reported, possibly as footprint of cell competition 73. Wing discs 

overexpressing   cbrintra show only a few cells stained positively for the activated form 

of Caspase3, meaning that the cell death program  is only mildly activated throughout 

the tissue, at least during this stage of development (Fig.11A’’’). The same was verified 

for cpb depleted wing discs by RNAi, where the majority of the overgrown tissue does 

not express the activated form of Caspase3 148.  

  

 

Page 38: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

38

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 11  –  crbintra overexpression  induces overgrowth of  the presumptive wing hinge. Cell  architecture  is  visualized with phalloidin  staining of  F‐actin  (red)  (A‐A’, B‐B’); 

Caspase3‐positive  cells  (blue)  are  few  and  sparse,  arising mainly  between  severely  unpolarized  tissue  (A,  A’’’); Wg  domain  of  expression  (green)  is  broadened  and 

disorganized  in  the presumptive hinge  (A,A’’,B, B’’), although  it  looks unaffected at the DV boundary  (A’’) or absent  if  the presumptive wing blade has suffered a great 

reduction (B’’), as compared to wild‐type (C); Hth domain of expression (blue) is broadened towards the central prospective blade (B,B’’’), as compared to wild‐type (D). 

A’’’

C3

C                           WT    

Wg

Hth

D                           WT    

Phal  Wg  C3

Phal  Wg  Hth

A’ 

Phal 

B’’

Wg

B’’’

Hth

B’ 

Phal 

A’’ 

Wg

nub>UAS‐crbintra 

nub>UAS‐crbweak 

Page 39: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

39

6. CP genetically interacts with aPKC to define cell shape and prevent cell extrusion  

 

A ‘kinase‐dead’ dominant negative form of a‐PKC (aPKCCAXXDN) has been shown 

to  reduce  the activity of overexpressed  crb and  could partially  suppress  the polarity 

and  proliferation  phenotypes  of  imaginal  discs  depleted  of  avl  67.  Actually, when  I 

drove  crbintra  and  aPKCCAXXDN  in  the wing  imaginal  disc,  using  the  nub‐Gal4  driver,  I 

could rescue pupal  lethality associated to crbintra overexpression (Sup. Fig.4). If the CP 

phenotype  is  a  consequence  of  Crb  accumulation,  I  expected  that  expressing 

aPKCCAXXDN  in  CP  depleted  cells  should  prevent  cells  from  losing  polarity  and 

overproliferate.  Surprisingly,  clones  mutant  for  cpa107E  or  cpbM143  and  expressing 

aPKCCAXXDN, using the MARCM system, not only undergo extrusion and apoptosis in the 

prospective wing  blade,  but  also  in  the  hinge  and  notum  epithelia,  as  revealed  by 

staining of activated Caspase 3 in GFP positive cells. (Fig.12B). A cross section through 

the wing  blade  epithelium  showed  that  GFP‐positive  cells  undergo  extrusion  in  all 

regions  of  the  wing  disc  (Fig.12B’).  On  the  contrary,  clones  of  cells  expressing 

aPKCCAXXDN alone are perfectly maintained within the epithelium and show no evidence 

of polarity disruption, as  indicated by normal apical  localization of Arm  (Fig.12A‐A’’). 

Since expression of aPKCCAXXDN has a dominant negative effect, this suggests that CP is 

absolutely required to maintain aPKC deficient cells within the epithelium tissue.  

Consistent with an enhancement of  the CP depletion phenotype, driving both 

aPKCCAXXDN and cpb depletion using nub‐Gal4, results in a severely enhanced adult wing 

phenotype, when  compared  to  the  phenotype  of wings  depleted  of  cpb  alone  (Fig. 

13D,  D’,  D’’).  The  former  show  partial  or  total  loss  of  vein  differentiation,  hair 

misorientation, disorganization of the margin sensory bristles and an overall necrotic 

and blistered appearance (Fig.13C, C’, C’’), while expression of aPKCCAXXDN alone has no 

visible  effect  on wing morphogenesis  (Fig.13B,  B’,  B’’). Moreover,  cpb  depletion  by 

RNAi along with expression of aPKCCAXXDN, using  the en‐Gal4 driver,  seems  to  induce 

cell roundening and progressive loss of the columnar epithelial shape, which is evident 

by the fact that cells in the posterior wing compartment look shorter along their apical‐

basal axis than anterior cells serving as an internal control (Fig.14C’,D’). This is further 

associated to a significant reduction of the posterior wing compartment, suggesting a 

reduction  in  cell  size  (Fig.14C,D).   Cell  size  reduction  is also evident  in  cpb depleted 

Page 40: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

40

wings expressing aPKCCAXXDN, using nub‐Gal4, since wing hairs are much reduced when 

compared to the hairs of wings depleted of cpb alone (Fig.12C’’, D’’).  

All  together,  these  results  suggest  that CP and aPKC work  in parallel  to prevent 

epithelial cell extrusion and  to promote and maintain  the columnar cell architecture 

typical of wing disc epithelial cells.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig.  12  –  CP  genetically  interacts with  aPKC  to  prevent  loss  of  epithelial  cell  polarity  and  extrusion. 

Clones expressing aPKCCAXXDN are marked by the presence of GFP (green) (A‐A’); cpbM143 mutant clones 

expressing DN‐aPKC  are marked  by  the  presence  of GFP  (green)  (B‐B’);  anti‐Arm  staining  (red/gray) 

outlines  the  apical  cell membrane  (A‐B’’);  clones  expressing  aPKCCAXXDN  don’t  show  any  polarity  or 

adhesion  defects,  as  indicated  by  anti‐Arm  staining  (A‐A’’);  cpb mutant  cells  expressing  aPKCCAXXDN 

extrude  in all regions of  the wing disc epithelium,  including the wing hinge and notum  (B‐B’‐ arrows), 

and many undergo apoptosis, as indicated by anti‐activated Caspase 3 staining (blue) (B‐B’). 

 

Arm   GFP    C3 B’ 

B’’ 

Arm   

Arm   GFP    C3 

B

Arm   GFP    C3 A’ 

Arm   GFP    C3 

A’’ 

Arm   

UAS aPKCCAXXDN clones 

UAS aPKCCAXXDN , cpbM143clones  

Page 41: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

41

                                    Fig.  13  –  CP  genetically  interacts with  aPKC  during wing morphogenesis.  cpb  depleted wings  (C)  are 

smaller  than  wild‐type  (A);  expressing  aPKCCAXXDN  (B‐B’’)  has  no  effect  on  wing  morphogenesis,  as 

compared to wild‐type  (C‐C’’); wings depleted of cpb and expressing aPKCCAXXDN are reduced and have 

loss of  vein differentiation  (D), as  compared  to wings depleted of  cpb alone  (C);  cpb depleted wings 

show an increased density and disorganization of wing margin bristles (C’), which becomes enhanced by 

expressing aPKCCAXXDN at the same time (D’), as compared to wild‐type (C’); wing hairs look misoriented 

in cpb depleted wings (C’’), becoming densely distributed  in cpb depleted wings expressing aPKCCAXXDN 

(D’’), as compared to wild‐type (A’’). 

 

B’’ 

A’   B’   C’   D’                          

A’’ 

C’’ D’’ 

A                       WT                                       C                nub>UAS‐RNAicpbC10        B                 nub>UAS‐aPKCCAAXDN                             D      nub>UAS‐RNAicpbC10; UAS‐aPKCCAAXDN

Page 42: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

42

                       Fig.14 – CP genetically  interacts with aPKC  to maintain  the epithelial  columnar  cell  shape. No  visible 

enhancement of cpb depletion phenotype (A) was observed by expressing aPKCCAXXDN (B), in the nubbin 

domain of expression; the posterior wing compartment is much reduced (D) and cells seem to become 

more  cuboidal  than  their  anterior  counterparts  (D’),  when  aPKCCAXXDN  is  expressed  in  cpb  depleted 

tissue, as compared to wings depleted of cpb alone (C‐C’). 

nub>UAS‐cpbRNAiC10 nub>UAS‐cpbRNAiC10           UAS‐aPKCCAAXDN 

PhalPhal 

Phal 

A’ 

B’ 

A  B

Phal 

Page 43: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

43

VI. Discussion 

 

1. The role of CP in endocytosis  

 

Endocytosis and polarized exocytosis seems to be crucial for the establishment 

and maintenance of epithelial  cell polarity.  I  found  that  loss of CP  in  the Drosophila 

wing  imaginal disc  leads  to accumulation of  the membrane associated proteins, Crb 

Notch, and Fat (results Fig.1‐3). In particular, Notch accumulation is unlikely to be due 

to transcriptional upregulation, since Notch strongly accumulates at the cell surface of 

CP depleted cells but remains inactive, as suggested by downregulation of Notch target 

genes  (results  Fig.4).  Alternatively,  accumulation  of  Crb  and  Notch  is  suggestive  of 

endocytic trafficking defects, since apical Notch and Crb levels have been shown to be 

regulated by endocytic lysosomal degradation 67, 149.  

In  fact,  my  results  suggest  that  CP  is  likely  to  regulate  early  endosome 

dynamics. Foremost, I found that an HA‐tagged form of Cpa co‐localized with the early 

endosomal  marker  Rab5‐GFP,  but  not  with  the  late  endosomal  marker  Rab7‐GFP 

(results  Fig.7). Additionally,  I  found  that Notch  signalling  is downregulated  following 

loss of CP.  Interestingly, Notch  is endocytosed upon  ligand binding and  is transferred 

to late endosomes where activation can proceed through cleavage by the λ‐Secretase 

complex  149‐151.    Accordingly,  Notch  accumulation  in  late  endosomes  leads  to  its 

ectopic activation, such as  in vps25 mutant tissue 63, 64, 152. However, when  lysosomal 

targeting  is disrupted, Notch accumulates at  the  cell  surface but  is unable  to  signal, 

such  as  in  avl  and  Rab5  mutant  tissue  68.    In  this  sense,  it  is  likely  that  Notch 

accumulation  in CP depleted cells  is due to an early endocytic fusion defect, blocking 

progression  to  late  endosomes  were  activation  of  Notch  takes  place.  Accordingly, 

accumulation of Crb and  Fat  in CP depleted  cells  could also be due  to an endocytic 

defect. 

Growing  evidence  indicates  that  the  actin  cytoskeleton  plays  a  fundamental 

role  in endocytic  trafficking  59,  60,  153.  In  this  sense,  the  role of CP  in early endosome 

dynamics  could  be  mediated  through  its  well‐known  function  in  promoting  actin 

filament  termination.  Indeed,  I  found  that actin  filament accumulation could  lead  to 

defects  in  vesicle  trafficking,  since  actin overexpression  (act5C  and act42A)  leads  to 

Page 44: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

44

Notch and Crb accumulation, as was observed  in CP depleted cells (results Fig.5, Sup. 

Fig.3).  As  a  fact,  the  apical  actin web  in  epithelial  cells  seems  to  be  crutial  for  the 

transport of vesicles, since cytocalasin treatment, which depolymerised actin filaments 

in  this  region,  inhibits  endocytosis  54.  Furthermore,  the  actin  filament  cross‐linking 

protein  Spectrin,  which  localizes  to  the  apical  actin  web,  was  shown  to  promote 

endocytosis  in  enterocytes  of  the Drosophila  gut  epithelium  154.  In  this  sense,  actin 

filament  accumulation,  due  to  CP  depletion  or  actin  overexpression,  could  lead  to 

filament bundling and disruption of the cross‐linked network of the apical actin web, 

therefore preventing endocytosis.  

In detail, strong evidence suggests that actin polymerization at sites of vesicle 

assembly  occurs  by  recruitment  and  activation  of  the  Arp2/3  complex  155‐158.  

Furthermore, the adaptor protein CD2AP, which regulates Arp2/3 activity at the  level 

of early endosomes,  is able  to bind CPs,  in vitro  159.   Thus,  the  combined activity of 

Arp2/3 and CPs could produce a specific actin structure that is required to assist in the 

early steps of vesicle  formation  (Fig.1A‐B). Additionally, a structural scaffold, such as 

the apical actin web, might be needed to stabilize the local membrane composition of 

RabGTPase  effectors,  arranging  them  in  a  precise  architectural  layout  to  allow  for 

directed  vesicle  fusion  160.  Therefore,  apart  from  regulating  early  steps  of  vesicle 

formation,  CPs  could  generate  an  actin  framework  required  to  stabilize  oligomeric 

protein  complexes  that  promote  directed  docking  and  fusion  events  towards  the 

degradative or recycling pathways (Fig.1C).  

To summarize,  I propose that short actin filaments, terminated by the activity 

of CPs, are required for the initial steps of vesicle formation and possibly for providing 

a structural support for directed vesicle fusion events during endocytosis (Fig.1).  

 

2. Endocytosis defects might contribute to growth of CP mutant tissue  

 

Interestingly,  CP  depleted  cells  seem  to  overproliferate,  and  this  could  be 

related  to  defects  in  internalization  and  lysosomal  degradation  of  membrane 

receptors.  In  fact, blocking  the endocytic pathway  induces overproliferation and can 

lead  to  the  formation of neoplastic  tumors  62,  66. Curiously, neoplastic development 

and  overproliferation  of  avl  or  rab5 mutant  cells was  shown  to  be  coupled  to  Crb 

Page 45: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

45

vesicular accumulation,  leading  to  loss of cell polarity as well  to overproliferation  67. 

Indeed, in a homotypical environment, crb overexpressing cells, as well as CP depleted 

cells,  are  able  to  survive  or  even  overproliferate  in  the  distal  hinge  region  (results 

Fig.10).  Therefore,  Crb  accumulation  could  at  least  be  partially  responsible  for  the 

overgrowth of CP depleted tissue.  

 

Fig.1 – Actin filament networks generated by the barbed end capping activity of CP could contribute to 

the assembly and pinch‐off of endocytic vesicles  (A‐B), as well as  to oligomerize protein complexes  in 

vesicle membrane domains (C), to specify docking towards endocytic recycling or degradation.  

 

In addition, my results revealed that CP depleted cells also accumulate the Fat 

tumour  suppressor  gene  (results  Fig.3).  There  are  at  least  two  signalling  branches 

downstream of Fat, one concerning the establishment of planar cell polarity (PCP) and 

requiring  the  transcriptional  corepressor  Atrophin  161,  and  another  restricting  cell 

proliferation through the Hippo pathway 162‐164. The fact that CP depletion gives rise to 

hinge  overproliferation  and  to  misorientation  of  the  wing  hairs  indicates  that  Fat 

signalling is blocked at an early stage, before giving rise to the PCP and Hippo signalling 

branches (Fig.2).   

B

C

Page 46: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

46

The conserved Hippo signalling pathway has been proposed to regulate contact 

inhibition of growth  165,  166, being mediated by  the kinase complexes Hippo/Salvador 

and Warts/Mats and culminating  in the phosphorylation and consequent  inactivation 

of  the  transcriptional    co‐factor Yorkie  (Yki)  163,  167‐169. By  inactivating Yki,  the Hippo 

signalling cascade prevents transcription of growth promoting genes, such as cyclin E 

and wg, as well as anti‐apoptotic genes, such as diap1 170, 171. Furthermore, it prevents 

transcription  of  upstream  components  of  the  pathway,  such  as  expanded  (ex),  in  a 

negative‐feedback loop 172 Indeed, disruption of Hippo signalling seems to occur in CP 

mutant  or  depleted  cells,  since  these  upregulate  ex  and  wg  (Janody  and  García‐

Fernandez, unpublished).  

Interestingly, mutant  clones  for  components  of  the Hippo  signalling  cascade 

show defects  in endosomal  trafficking, and  this has been correlated  to disruption of 

the Notch  signalling pathway  173,  174.  Furthermore, Merlin  (Mer)  and  Expanded  (Ex), 

two upstream members of  the Hippo pathway, have been  shown  to  colocalize with 

vesicle compartments and regulate endocytosis of numerous transmembrane proteins, 

including  Notch  and  Fat  142.  However,  whether  they  do  so  independently  of  Yki 

transcriptional  regulation  is  still  a  matter  of  debate  142,  175.  My  results  show  an 

extensive  colocalization  of  CP  with  early  endocytic  compartments  (results  Fig.7), 

suggesting  that  CP  has  a  direct  role  in  regulating  vesicle  trafficking  rather  than  an 

indirect role through  its effect on Hippo signalling.  In this sense, CPs could cooperate 

with  Ex  and Mer  to  regulate endocytosis of Notch  and  Fat,  independently of Hippo 

signalling  (Fig.2). However,  it  still needs  to be addressed whether CP plays a  role  in 

Hippo  signalling  through  its  putative  influence  on  endocytosis,  or  if  it  does  so 

independently of vesicle trafficking (Fig.2).  

Despite the reported similarities, CP mutant or depleted cells show additional 

phenotypes that differ from those of mutants for components of the Hippo pathway. 

For instance, mer and ex mutant cells shown apical accumulation of E‐cadherin 142, 175, 

whereas CP mutant cells essentially mislocalize it to basolateral positions. Additionally, 

the hyperplastic overgrowth of  tissue mutant  for components of  the Hippo pathway 

does not match the polarity disruptive overgrowth of CP depleted tissue. Thus, besides 

potentially promoting Hippo signalling, CPs could  independently regulate the stability 

of cell‐cell adhesion and polarity. 

Page 47: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

47

 

Fig.2   –   CP and  the ERM proteins Mer and Ex, could cooperate  to promote steady‐state clearance of 

membrane receptors. This could eventually contribute to the regulation of signalling pathways, such as 

the Fat/Hippo signalling pathway.  

 

3. crb overexpression leads to cell competition in a heterotypical tissue environment 

 

Upon CP depletion, the accumulation of Crb occurs everywhere along the wing 

disc epithelium. Although crb overexpression might be  far  from mimicking punctated 

Crb accumulation  in CP mutant cells, clones overexpressing this polarity determinant 

extrude mainly  in the presumptive wing blade, as do CP mutant clones (results Fig.9), 

suggests  that  cells do not  respond  identically  to Crb  levels along  the proximal‐distal 

axis. On the other hand, crb overexpression in a broad domain of the wing epithelium 

leads to tissue overgrowth (results Fig.10). This is in agreement with the definition of a 

process  of  cell  competition,  according  to  which,  interaction  between  ‘loser’  and 

‘winner’  cells  leads  to  elimination  of  the  loser  population,  whereas  ‘loser’  cells 

wouldn’t die if present in a homotypical environment 73.   

Endocytic  internalization of  survival  factors  could be one of  the principles by 

which cell competition  is  implemented on a population basis 176. For  instance, clones 

mutant for endocytic components such as Rab5, avl and vps25 seem to be eliminated 

through a process of cell competition, despite the abnormal overgrowth they produce 

Page 48: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

48

in a homotypical environment 61, 67, 152. Given that CP seems to be involved in endocytic 

trafficking  of membrane  receptors,  abnormal  endocytic mechanisms  could  lead  to 

defective  internalization of a survival  factor  in CP mutant cells, causing cell extrusion 

and  death  in  the  clonal  context  (Fig.3A).  It  has  been  suggested  that,  in  the  wing 

imaginal  disc,  the  limiting  ligand  for  endocytosis  is  the  TGF‐β  homologue  Dpp  177. 

However,  a defect  in Dpp uptake  is not  sufficient  to explain  the  region preferential 

extrusion of CP mutant cells, since overexpression of a constitutive active form of tkv 

in CP mutant clones does not rescue the extrusion phenotype (Janody, unpublished). 

Nevertheless,  this  does  not  rule  out  the  possibility  that  endocytosis  defective  cells 

might not respond identically along the proximal‐distal axis of the wing epithelium. In 

fact, Rab5 mutant clones seem to be preferentially eliminated in the presumptive wing 

blade 68,178. Therefore, it is possible that internalization of other factors, besides Dpp, is 

critical to prevent cell extrusion in the presumptive blade.  

Another possible mechanism by which cells could initiate cell competition is by 

exchanging  information  through  cell‐cell  communication  mechanisms  179.  A 

mathematical model  predicts  that  build‐up  of  negative  pressure  around  a  group  of 

cells leads to their distortion and may trigger apoptosis in the clonal context 180. In this 

sense,  stronger  adhesive  interactions  in  the  distal wing  epithelium  could  constrain 

cells, preventing the  flow that relieves  local pressure and thereby accounting  for the 

specificity of  the clone extrusion phenotype  in  this region  (Fig.3B).  In  fact, apical cell 

shapes and expression of DE‐cad are graded  in response to Wg secreted from the DV 

organizer, pointing to stronger adhesive interactions in the distal wing epithelium 181.  

Interestingly,  CP mutant  clones  induced  in  the  hinge  and  notum  are  rarely 

extruded  but  develop  smooth  borders,  evidencing  affinity  differences  in  relation  to 

their  WT  neighbours  (Supp.Fig.5).  These  apparently  conflicting  processes  could 

represent  a  continuum  of  responses  that  depends  on  the  strength  of  the  affinity 

differences  along  the  proximal‐distal  axis  of  the  wing  disc.  For  instance,  crb 

overexpressing  clones  in  the  hinge  and  notum  seem  to  round  up  before  extruding, 

possibly minimizing their adhesive contacts with WT neighbours.   

Overall, my  results  suggest  that CPs  and  crb  could  cooperate  to prevent  cell 

extrusion, and that disruption of actin dynamics or polarity maintenance respectively 

mediated by these two proteins can lead to cell competition.  

Page 49: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

49

 

Fig.3  ‐  Cell  extrusion  of  CP mutant  clones  and  crb  overexpressing  cells  could  be  due  to  defective 

endocytic uptake of survival factor (A). Alternativly, a mechanical stress imprinted by the disequilibrium 

of adhesive  tension  forces between  these cells and  there WT neighbours, could  trigger cell extrusion 

and apoptosis (B). 

 

4. The Crb complex and  the actin cytoskeleton might cooperate  to prevent growth 

distortions in the wing imaginal disc 

 

Consistent with the existence of a proximal‐distal gradient of cell affinities, crb 

overexpression  and  CP  depletion  seems  to  induce  hinge  specific  overgrowth, which 

could  be  due  to  reduced  resistance  of  this  tissue  to  cell  contact  inhibition,  such  as 

mediated by the Hippo pathway.  

To activate Hippo signalling, CPs could link actin dynamics at the cell periphery 

to  cortical  tension  sensing  between  adhesive  neighbours,  thereby  transducing  a 

growth contact‐inhibitory signal. For instance, CP mutant and depleted cells, as well as 

crb overexpressing cells, look rounder then WT, possibly pointing to a role in regulating 

A      B 

Page 50: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

50

cortical stiffness. Interestingly, increased membrane stiffness seems to be required for 

isometric cortex contraction and microtubule spindle attachment during mitosis 182, 183. 

Therefore,  increased cell roundness  in CP depleted and crb overexpressing cells could 

disturb  the maintenance of uniform disc growth.  Indeed, upon CP depletion or actin 

overexpression,  wing  imaginal  discs  seem  to  grow  disproportionally,  showing  size 

enhancement  of  the  peripheral  regions  belonging  to  the  distal  hinge  (introduction 

Fig.6E; results Fig.10). A mathematical model explains that growth in the centre of the 

disc  could be  induced by  the  combined  activity of Dpp  and  a  second  growth  factor 

coming  from  the D‐V boundary, whereas growth  in  the peripheral  regions would be 

induced by stretching due to central pouch growth 184.  In this sense, autonomous and 

non‐autonomous growth mechanisms  seem  to operate along  the wing epithelia,  the 

non‐autonomous  being  highly  dependent  on  cell‐cell  interactions,  possibly  through 

adhesion molecules, such as Fat 164.   

Surprisingly, I’ve shown that crb overexpression in a broad tissue context drives 

hinge specific neoplastic transformation. This situation is associated with expression of 

the proximal fate determinant Hth and with disturbance of the Wg morphogen ring in 

the  distal  hinge  (results  Fig.11). Upregulation  of Wg  in  this  region  could  be  due  to 

defective  Fat  signaling  activity,  since Wg  is upregulated  in  Fat mutant  clones  in  the 

distal hinge 185, and disruption of Fat activity leads to the transcriptional upregulation 

of glypincans  186, which are able  to  increase  the extracellular diffusion of Wg  187,  188. 

Furthermore,  crb  overexpression  seems  to  induce  a  dramatic  expansion  of  the 

presumptive  hinge  (results  Fig.11),  supporting  the  idea  that  the  Wg  morphogen 

promotes growth  in this region 189. Alternatively, distal cells overexpressing crb could 

dedifferentiate  and  reacquire  the  ability  to  express  Hth,  therefore  contributing  to 

hinge  proliferation.  Indeed,  Hth  can  be  looked  as  a  primordial  transcription  factor, 

being  expressed  in  proliferating  and  undifferentiated  imaginal  discs  and  being 

ultimately repressed by distal specific transcription factors, such as Vg in the wing disc 116, 117. 

 Interestingly,  my  results  show  that  neoplastic  transformation  of  the 

presumptive blade upon  crb overexpression  seems  to be prevented or delayed near 

the D‐V boundary, since  loss of the normal epithelial structure  is  less apparent  in the 

cells apposed to  it (results Fig.11). This could mean that some factor emanating from 

Page 51: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

51

the  D‐V  organizer  prevents  neoplastic  transformation  by  reinforcing  polarity  and 

adhesion.  Interestingly, Wg  limits  cell  proliferation  in  the  presumptive wing  blade, 

despite  its  growth promoting  activity  in  the wing hinge  189.  Therefore  I hypothesize 

that,  despite  the  potential  deregulation  of  Fat  signalling  in  CP  depleted  and  crb 

overexpressing  cells,  the  growth  inhibitory  function  of Wg  at  the  level  of  the  D‐V 

boundary  is  unaffected,  leading  to  resistance  of  the  presumptive  blade  region  to 

overproliferation.  

 

5. The actin cytoskeleton might be crucial to reinforce the maintenance of epithelial 

surface integrity 

 

Despite the striking differences in the resulting cell morphology, similar growth 

patterns of CP depleted and crb overexpressing tissue, suggested that CP and crb could 

genetically interact to regulate tissue growth. Instead, by combining CP depletion with 

expression  of  a  kinase‐dead  aPKC  to  reduce  Crb  polarizing  activity,  the  adult wing 

phenotype was severely enhanced. Although this does not rule out a possible genetic 

interaction  between  crb  and  CP,  it  revealed  a  previously  unreported  genetic 

interaction between CP and aPKC in the regulation cell size and shape. 

The role of aPKC during  the establishment and maintenance of cell polarity  is 

likely  complicated.  For  instance,  embryos  maternally  and  zygotically  mutant  for 

aPKCk06403,  affecting  the  kinase  domain,  show  apical  clustering  and  punctated 

accumulation  of  DE‐cad  and  Par‐3, which  is  concomitant with  embryonic  epithelial 

polarity  defects  at  the  onset  of  gastrulation  190.  This  was  attributed  to  abnormal 

cytoskeleton  interactions  that  arise  from  unattachment  of  microtubules  from  the 

centrosome during  cellularization  190. However,  another aPKC mutant,  also  affecting 

the kinase domain, has been  isolated that shows no evidence of a zygotic phenotype 

given  the maternal  contribution  of  a  ‘WT’  aPKC  allele,  although  it  recapitulates  the 

gastrulation‐defective  phenotype  if  ‘WT’  contribution  is  not  provided by  the  female 

germline (Ferreira, Prudêncio and Martinho, unpublished). This seems to indicate that 

some  function  of  aPKC  is  required  for  the  establishment  of  epithelial  polarity  and 

adhesion  during  early  embryonic  development,  but  is  not  longer  crucial  for 

maintaining it during later stages. Accordingly, my results show that clonal expression 

Page 52: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

52

of a kinase‐dead aPKC during  the 2nd and 3rd  larval  instar doesn’t seem  to affect  the 

polarity and adhesion of wing imaginal disc cells.  

Interestingly, expression of a kinase‐dead aPKC in cpa (data not shown) or cpb 

mutant clones leads to cell extrusion and death in all regions of the wing imaginal disc 

(results Fig.12), suggesting that polarity maintenance still relies on aPKC during  larval 

stages. In fact, it has been suggested that the actin cytoskeleton plays a crucial role in 

providing tension at junction remodelling sites, such as during cell rearrangements that 

establish  the  ommatidial  cores  in  the  Drosophila  retina  191.  As  such,  CPs  could  be 

crucial  to  promote  the  formation  of  an  actin  network  that  provides  tension  and 

prevents cell extrusion whenever AJ  stability  is compromised,  such as  in  the case of 

aPKC loss of function.  

Wings depleted of CP and expressing aPKCCAAXDN show an  increased density of 

wing hairs and margin bristles as well as  shortening of  the  cells’ apical‐basal  length, 

while  expression  aPKCCAAXDN  alone  gives  no  obvious  phenotype  in  the  adult  wing 

(results Fig.13‐14). This  suggests a  synergistic  role of CPs and aPKC  in  regulating cell 

size  and  shape. At  least  in  some  cases,  the  apical Baz/Par‐3/PAR‐6/aPKC  complex  is 

thought to  locally regulate cytoskeletal dynamics, through the Rho‐like GTPase Cdc42 

and  Rac.  Furthermore,  Rac  seems  to  suppress  Rho  activity,  thereby  preventing 

excessive  acto‐myosin  contractility  192.  In  the  Drosophila  wing  epithelium,  Rac1  is 

essential for actin polymerization at the level of the AJ, and Cdc42 is important for cell 

elongation and reorganization of the basal actin network 193. In detail, localized apical 

activity of Cdc42  and Rac  could promote  the  activity of  the Arp2/3  complex  194,  195, 

thereby promoting actin filament polymerization and cell elongation. On the contrary, 

Rho1  has  recently  been  shown  to  promote  isometric  cortex  contraction  thereby 

promoting  transition  from  the  columnar  to  cuboidal  cell  shape  (Widmann  and 

Dahmann, unpublished). In cells depleted of CP, the aPKC complex might be sufficient 

to  promote  the  columnar  shape,  through  activation  of  the  Arp2/3  complex  (Fig.4). 

However, if CP is lost in cells expressing a domainat negative aPKC, the actin network 

typical of anisotropic columnar cells might be disrupted, favouring the cuboidal shape 

(Fig.4).  In  these  sense,  CP  activity  in  concert  with  the  Arp2/3  complex  would  be 

sufficient to produce the actin network typical of columnar epithelial cells, preventing 

transitions to the cuboidal shape that would lead to tissue shape distortions (Fig.4). 

Page 53: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

53

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig.4  –  Synergy between  aPKC  and CP  in  the definition of  epithelial  cell  shape.  aPKC  regulates  actin 

dynamics through the Rho‐like GTPases Cdc42 and Rac, which,  in turn, activate the Arp2/3 co‐factors, 

SCAR/WAVE and WASP, respectively. Rho activity might antagonize the Arp2/3 complex and CPs in the 

production of anisotropic cortical  tension, promoting  isometric  cortex contraction of  the acto‐myosin 

network and  transition  to  the  cuboidal  cell  shape  (A). Upon expression of a dominant negative aPKC 

(DN‐aPKC),  Arp2/3 modulation  by  Cdc42  and  Rac might  become  interrupted, which  could  lead  to  a 

columnar‐to‐cuboidal cell shape transition, unless CP activity is able to compensate for the generation of 

anisotropic tension (B, C).  

A                                                                    B 

C

Page 54: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

54

7. Concluding remarks  

 

Overall,  the  data  presented  in  this  thesis  has  contributed  to  understand  the 

role  of  CPs  in  endocytic  vesicle  trafficking  of  membrane  surface  receptors. 

Furthermore, this work has contributed to clarify a role of the actin cytoskeleton and 

the  Crb  polarity  complex  in  the  control  of  uniform  and  coordinated  tissue  growth 

during development, the disruption of which could result  in tumorigenesis. This work 

has  pointed  to  a  significant  synergy  between  between  the  actin  cytoskeleton  and 

polarity/adhesion complexes in achieving structural support for cell shape changes and 

adhesion during epithelial morphogenesis. 

In  the near  future, understanding  the  signal  transducing capacity of  the actin 

cytoskeleton,  from  the  regulation  of  vesicle  trafficking  to  mechanotransdution  of 

cortical  tension, will  help  us  understand  how  this  cellular  constituent  impinges  on 

growth,  and  possibly  differentiation  pathways.  In  particular,  combining  new 

biophysical approaches with genetic and biochemical data will help us understand how 

cells  sense  the  physical  aspects  of  their  environment,  thereby  triggering  signaling 

pathways through force‐bearing actin filaments.  

Page 55: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

55

VII. References 

 

1.  Holmes, K. C., Popp, D., Gebhard, W. & Kabsch, W. Atomic model of the actin filament. Nature 347, 44‐9 (1990). 

2.  dos  Remedios,  C. G.  et  al. Actin  binding  proteins:  regulation  of  cytoskeletal microfilaments. Physiol Rev 83, 433‐73 (2003). 

3.  Disanza,  A.  et  al.  Actin  polymerization machinery:  the  finish  line  of  signaling  networks,  the starting point of cellular movement. Cell Mol Life Sci 62, 955‐70 (2005). 

4.  Winder, S. J. & Ayscough, K. R. Actin‐binding proteins. J Cell Sci 118, 651‐4 (2005). 5.  Higgs, H. N. & Pollard, T. D. Regulation of actin  filament network  formation  through ARP2/3 

complex: activation by a diverse array of proteins. Annu Rev Biochem 70, 649‐76 (2001). 6.  Mullins,  R.  D.,  Heuser,  J.  A. &  Pollard,  T.  D.  The  interaction  of  Arp2/3  complex with  actin: 

nucleation,  high  affinity  pointed  end  capping,  and  formation  of  branching  networks  of filaments. Proc Natl Acad Sci U S A 95, 6181‐6 (1998). 

7.  Pollard,  T.  D. &  Borisy, G. G.  Cellular motility  driven  by  assembly  and  disassembly  of  actin filaments. Cell 112, 453‐65 (2003). 

8.  Carlier, M.  F.  et  al.  Actin  depolymerizing  factor  (ADF/cofilin)  enhances  the  rate  of  filament turnover: implication in actin‐based motility. J Cell Biol 136, 1307‐22 (1997). 

9.  Maciver,  S.  K. How  ADF/cofilin  depolymerizes  actin  filaments.  Curr Opin  Cell  Biol  10,  140‐4 (1998). 

10.  Sumi, T., Matsumoto, K., Takai, Y. & Nakamura, T. Cofilin phosphorylation and actin cytoskeletal dynamics regulated by rho‐ and Cdc42‐activated LIM‐kinase 2. J Cell Biol 147, 1519‐32 (1999). 

11.  Soosairajah,  J.  et  al.  Interplay  between  components  of  a  novel  LIM  kinase‐slingshot phosphatase complex regulates cofilin. Embo J 24, 473‐86 (2005). 

12.  Stevenson, V. A. & Theurkauf, W. E. Actin cytoskeleton: putting a CAP on actin polymerization. Curr Biol 10, R695‐7 (2000). 

13.  Witke, W. The role of profilin complexes in cell motility and other cellular processes. Trends Cell Biol 14, 461‐9 (2004). 

14.  Didry, D., Carlier, M. F. & Pantaloni, D. Synergy between actin depolymerizing factor/cofilin and profilin in increasing actin filament turnover. J Biol Chem 273, 25602‐11 (1998). 

15.  Sun, H. Q., Yamamoto, M., Mejillano, M. & Yin, H. L. Gelsolin, a multifunctional actin regulatory protein. J Biol Chem 274, 33179‐82 (1999). 

16.  Selden, L. A. et al. Severing of F‐actin by the amino‐terminal half of gelsolin suggests  internal cooperativity in gelsolin. Biophys J 75, 3092‐100 (1998). 

17.  Gremm, D. & Wegner, A. Gelsolin as a calcium‐regulated actin filament‐capping protein. Eur J Biochem 267, 4339‐45 (2000). 

18.  Wear, M. A. &  Cooper,  J. A.  Capping  protein:  new  insights  into mechanism  and  regulation. Trends Biochem Sci 29, 418‐28 (2004). 

19.  Carlier, M. F. & Pantaloni, D. Control of actin dynamics  in cell motility. J Mol Biol 269, 459‐67 (1997). 

20.  Mejillano, M. R. et al. Lamellipodial versus filopodial mode of the actin nanomachinery: pivotal role of the filament barbed end. Cell 118, 363‐73 (2004). 

21.  Schafer,  D.  A., Mooseker, M.  S.  &  Cooper,  J.  A.  Localization  of  capping  protein  in  chicken epithelial  cells by  immunofluorescence and biochemical  fractionation.  J Cell Biol 118, 335‐46 (1992). 

22.  Hutchings, N.  J.,  Clarkson, N.,  Chalkley,  R.,  Barclay, A. N. &  Brown, M. H.  Linking  the  T  cell surface protein CD2  to  the actin‐capping protein CAPZ via CMS and CIN85.  J Biol Chem 278, 22396‐403 (2003). 

23.  Baum, B. & Perrimon, N. Spatial control of the actin cytoskeleton in Drosophila epithelial cells. Nat Cell Biol 3, 883‐90 (2001). 

24.  Schafer, D. A., Jennings, P. B. & Cooper, J. A. Dynamics of capping protein and actin assembly in vitro: uncapping barbed ends by polyphosphoinositides. J Cell Biol 135, 169‐79 (1996). 

25.  Bear, J. E. et al. Antagonism between Ena/VASP proteins and actin filament capping regulates fibroblast motility. Cell 109, 509‐21 (2002). 

Page 56: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

56

26.  Uruno, T., Remmert, K. & Hammer, J. A., 3rd. CARMIL  is a potent capping protein antagonist: identification of a conserved CARMIL domain  that  inhibits  the activity of capping protein and uncaps capped actin filaments. J Biol Chem 281, 10635‐50 (2006). 

27.  Bhattacharya, N., Ghosh, S., Sept, D. & Cooper, J. A. Binding of myotrophin/V‐1 to actin‐capping protein:  implications  for how capping protein binds  to  the  filament barbed end.  J Biol Chem 281, 31021‐30 (2006). 

28.  Gibson, M. C. & Perrimon, N. Apicobasal polarization: epithelial  form and  function. Curr Opin Cell Biol 15, 747‐52 (2003). 

29.  Schock, F. & Perrimon, N. Molecular mechanisms of epithelial morphogenesis. Annu Rev Cell Dev Biol 18, 463‐93 (2002). 

30.  Gumbiner, B. M. Regulation of cadherin adhesive activity. J Cell Biol 148, 399‐404 (2000). 31.  Anastasiadis,  P.  Z.  &  Lewis‐Tuffin,  L.  J.  Armadillo  repeat  proteins  at  epithelial  adherens 

junctions (ed. Kowalczyk, A & LaFlamme, S. E., in Cell Junctions). WILEY‐VCH, Weinheim (2008). 32.  Drees,  F.,  Pokutta,  S.,  Yamada,  S., Nelson, W.  J. & Weis, W.  I. Alpha‐catenin  is  a molecular 

switch that binds E‐cadherin‐beta‐catenin and regulates actin‐filament assembly. Cell 123, 903‐15 (2005). 

33.  Yamada,  S.,  Pokutta,  S., Drees,  F., Weis, W.  I. & Nelson, W.  J. Deconstructing  the  cadherin‐catenin‐actin complex. Cell 123, 889‐901 (2005). 

34.  Harris,  T.  J.  &  Peifer,  M.  Adherens  junction‐dependent  and  ‐independent  steps  in  the establishment of epithelial cell polarity in Drosophila. J Cell Biol 167, 135‐47 (2004). 

35.  Suzuki, A. & Ohno, S. The PAR‐aPKC system: lessons in polarity. J Cell Sci 119, 979‐87 (2006). 36.  Chen, X. & Macara, I. G. Par‐3 controls tight junction assembly through the Rac exchange factor 

Tiam1. Nat Cell Biol 7, 262‐9 (2005). 37.  Joberty, G., Petersen, C., Gao, L. & Macara,  I. G. The cell‐polarity protein Par6  links Par3 and 

atypical protein kinase C to Cdc42. Nat Cell Biol 2, 531‐9 (2000). 38.  Lin, D. et al. A mammalian PAR‐3‐PAR‐6 complex implicated in Cdc42/Rac1 and aPKC signalling 

and cell polarity. Nat Cell Biol 2, 540‐7 (2000). 39.  Nishimura, T. et al. PAR‐6‐PAR‐3 mediates Cdc42‐induced Rac activation through the Rac GEFs 

STEF/Tiam1. Nat Cell Biol 7, 270‐7 (2005). 40.  Tepass,  U.  Crumbs,  a  component  of  the  apical membrane,  is  required  for  zonula  adherens 

formation in primary epithelia of Drosophila. Dev Biol 177, 217‐25 (1996). 41.  Medina, E., Lemmers, C., Lane‐Guermonprez, L. & Le Bivic, A. Role of the Crumbs complex  in 

the regulation of junction formation in Drosophila and mammalian epithelial cells. Biol Cell 94, 305‐13 (2002). 

42.  Wodarz, A., Hinz, U., Engelbert, M. & Knust, E. Expression of crumbs confers apical character on plasma membrane domains of ectodermal epithelia of Drosophila. Cell 82, 67‐76 (1995). 

43.  Grawe, F., Wodarz, A., Lee, B., Knust, E. & Skaer, H. The Drosophila genes crumbs and stardust are involved in the biogenesis of adherens junctions. Development 122, 951‐9 (1996). 

44.  Klebes, A. & Knust, E. A conserved motif  in Crumbs  is required for E‐cadherin  localisation and zonula adherens formation in Drosophila. Curr Biol 10, 76‐85 (2000). 

45.  Medina,  E.  et  al.  Crumbs  interacts  with  moesin  and  beta(Heavy)‐spectrin  in  the  apical membrane skeleton of Drosophila. J Cell Biol 158, 941‐51 (2002). 

46.  Tanentzapf, G. & Tepass, U. Interactions between the crumbs, lethal giant larvae and bazooka pathways in epithelial polarization. Nat Cell Biol 5, 46‐52 (2003). 

47.  Bilder, D., Schober, M. & Perrimon, N.  Integrated activity of PDZ protein complexes regulates epithelial polarity. Nat Cell Biol 5, 53‐8 (2003). 

48.  Bilder,  D.,  Li,  M.  &  Perrimon,  N.  Cooperative  regulation  of  cell  polarity  and  growth  by Drosophila tumor suppressors. Science 289, 113‐6 (2000). 

49.  Humbert, P., Russell, S. & Richardson, H. Dlg, Scribble and Lgl in cell polarity, cell proliferation and cancer. Bioessays 25, 542‐53 (2003). 

50.  Rodriguez‐Boulan, E., Kreitzer, G. & Musch, A. Organization of vesicular trafficking in epithelia. Nat Rev Mol Cell Biol 6, 233‐47 (2005). 

51.  Piddini, E. & Vincent, J. P. Modulation of developmental signals by endocytosis: different means and many ends. Curr Opin Cell Biol 15, 474‐81 (2003). 

52.  Gonzalez‐Gaitan,  M.  Endocytic  trafficking  during  Drosophila  development.  Mech  Dev  120, 1265‐82 (2003). 

53.  Mellman, I. Endocytosis and molecular sorting. Annu Rev Cell Dev Biol 12, 575‐625 (1996). 

Page 57: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

57

54.  DePina,  A.  S.  &  Langford,  G. M.  Vesicle  transport:  the  role  of  actin  filaments  and myosin motors. Microsc Res Tech 47, 93‐106 (1999). 

55.  Schliwa, M. & Woehlke, G. Molecular motors. Nature 422, 759‐65 (2003). 56.  Sheff, D. R., Kroschewski, R. & Mellman, I. Actin dependence of polarized receptor recycling in 

Madin‐Darby canine kidney cell endosomes. Mol Biol Cell 13, 262‐75 (2002). 57.  Ross, J. L., Ali, M. Y. & Warshaw, D. M. Cargo transport: molecular motors navigate a complex 

cytoskeleton. Curr Opin Cell Biol 20, 41‐7 (2008). 58.  Durrbach, A., Louvard, D. & Coudrier, E. Actin  filaments  facilitate  two steps of endocytosis.  J 

Cell Sci 109 ( Pt 2), 457‐65 (1996). 59.  Apodaca, G.  Endocytic  traffic  in  polarized  epithelial  cells:  role  of  the  actin  and microtubule 

cytoskeleton. Traffic 2, 149‐59 (2001). 60.  Jeng, R. L. & Welch, M. D. Cytoskeleton: actin and endocytosis‐‐no longer the weakest link. Curr 

Biol 11, R691‐4 (2001). 61.  Menut,  L.  et  al.  A mosaic  genetic  screen  for Drosophila  neoplastic  tumor  suppressor  genes 

based on defective pupation. Genetics 177, 1667‐77 (2007). 62.  Hariharan,  I. K. & Bilder, D. Regulation of  imaginal disc growth by  tumor‐suppressor genes  in 

Drosophila. Annu Rev Genet 40, 335‐61 (2006). 63.  Moberg, K. H., Schelble, S., Burdick, S. K. & Hariharan, I. K. Mutations in erupted, the Drosophila 

ortholog of mammalian tumor susceptibility gene 101, elicit non‐cell‐autonomous overgrowth. Dev Cell 9, 699‐710 (2005). 

64.  Vaccari,  T.  &  Bilder,  D.  The  Drosophila  tumor  suppressor  vps25  prevents  nonautonomous overproliferation by regulating notch trafficking. Dev Cell 9, 687‐98 (2005). 

65.  Korolchuk, V.  I. et al. Drosophila Vps35  function  is necessary  for normal endocytic  trafficking and actin cytoskeleton organisation. J Cell Sci 120, 4367‐76 (2007). 

66.  Giebel, B. & Wodarz, A. Tumor suppressors: control of signaling by endocytosis. Curr Biol 16, R91‐2 (2006). 

67.  Lu, H. & Bilder, D. Endocytic control of epithelial polarity and proliferation  in Drosophila. Nat Cell Biol 7, 1232‐9 (2005). 

68.  Liu, H., Radisky, D. C. & Bissell, M.  J. Proliferation and polarity  in breast  cancer: untying  the Gordian knot. Cell Cycle 4, 646‐9 (2005). 

69.  Bilder,  D.  Epithelial  polarity  and  proliferation  control:  links  from  the  Drosophila  neoplastic tumor suppressors. Genes Dev 18, 1909‐25 (2004). 

70.  Wodarz, A. Tumor  suppressors:  linking  cell polarity and growth  control. Curr Biol 10, R624‐6 (2000). 

71.  Weinberg, R. A. The biology of cancer. Garland Science (2007). 72.  Adachi‐Yamada, T. & O'Connor, M. B. Mechanisms  for  removal of developmentally abnormal 

cells: cell competition and morphogenetic apoptosis. J Biochem 136, 13‐7 (2004). 73.  Moreno, E. Is cell competition relevant to cancer? Nat Rev Cancer 8, 141‐7 (2008). 74.  Brumby, A. M. & Richardson, H. E. scribble mutants cooperate with oncogenic Ras or Notch to 

cause neoplastic overgrowth in Drosophila. Embo J 22, 5769‐79 (2003). 75.  Pagliarini, R. A. & Xu, T. A genetic screen  in Drosophila  for metastatic behavior. Science 302, 

1227‐31 (2003). 76.  Brumby,  A. M.  &  Richardson,  H.  E.  Using  Drosophila melanogaster  to map  human  cancer 

pathways. Nat Rev Cancer 5, 626‐39 (2005). 77.  Yamaguchi, H. & Condeelis, J. Regulation of the actin cytoskeleton in cancer cell migration and 

invasion. Biochim Biophys Acta 1773, 642‐52 (2007). 78.  Wang, W. et al. Identification and testing of a gene expression signature of invasive carcinoma 

cells within primary mammary tumors. Cancer Res 64, 8585‐94 (2004). 79.  Wang, W.  et  al.  Tumor  cells  caught  in  the  act  of  invading:  their  strategy  for  enhanced  cell 

motility. Trends Cell Biol 15, 138‐45 (2005). 80.  Franklin‐Tong, V. E. & Gourlay, C. W. A role for actin  in regulating apoptosis/programmed cell 

death: evidence spanning yeast, plants and animals. Biochem J 413, 389‐404 (2008). 81.  Chhabra,  D.,  Nosworthy,  N.  J.  &  dos  Remedios,  C.  G.  The  N‐terminal  fragment  of  gelsolin 

inhibits  the  interaction of DNase  I with  isolated actin, but not with  the cofilin‐actin complex. Proteomics 5, 3131‐6 (2005). 

82.  Koya, R. C. et al. Gelsolin inhibits apoptosis by blocking mitochondrial membrane potential loss and cytochrome c release. J Biol Chem 275, 15343‐9 (2000). 

Page 58: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

58

83.  Chua, B. T. et al. Mitochondrial translocation of cofilin  is an early step  in apoptosis  induction. Nat Cell Biol 5, 1083‐9 (2003). 

84.  Janody,  F. &  Treisman,  J.  E.  Actin  capping  protein  alpha maintains  vestigial‐expressing  cells within the Drosophila wing disc epithelium. Development 133, 3349‐57 (2006). 

85.  Rebelo, S. Understanding how capping of actin filaments prevents epithelium to mesenchymal like  transitions  in  genetically  defined  epithelial  tissues.  MSc  thesis  in  Evolutionary  and Developmental Biology, Faculty of Sciences, University of Lisbon, Lisbon (2007). 

86.  Lu, H. & Bilder, D. Endocytic control of epithelial polarity and proliferation  in Drosophila. Nat Cell Biol 7, 1132‐9 (2005). 

87.  Jung, G., Remmert, K., Wu, X., Volosky, J. M. & Hammer, J. A., 3rd. The Dictyostelium CARMIL protein  links  capping  protein  and  the  Arp2/3  complex  to  type  I myosins  through  their  SH3 domains. J Cell Biol 153, 1479‐97 (2001). 

88.  Fath, K. R., Trimbur, G. M. & Burgess, D. R. Molecular motors are differentially distributed on Golgi membranes from polarized epithelial cells. J Cell Biol 126, 661‐75 (1994). 

89.  Cohen, S. M. Imaginal disc development (ed. Martinez‐Arias, A. & Bate, M. in The develepment of Drosophila melanogaster, Vol.II) CHL Press, New York (1993). 

90.  Klein, T. Wing disc development  in  the  fly:  the early  stages. Curr Opin Genet Dev 11, 470‐5 (2001). 

91.  Tabata, T., Schwartz, C., Gustavson, E., Ali, Z. & Kornberg, T. B. Creating a Drosophila wing de novo, the role of engrailed, and the compartment border hypothesis. Development 121, 3359‐69 (1995). 

92.  Sanicola, M., Sekelsky,  J., Elson, S. & Gelbart, W. M. Drawing a  stripe  in Drosophila  imaginal disks: negative  regulation of decapentaplegic  and patched expression by engrailed. Genetics 139, 745‐56 (1995). 

93.  Basler, K. & Struhl, G. Compartment boundaries and the control of Drosophila limb pattern by hedgehog protein. Nature 368, 208‐14 (1994). 

94.  Capdevila,  J.  &  Guerrero,  I.  Targeted  expression  of  the  signaling molecule  decapentaplegic induces pattern duplications and growth alterations  in Drosophila wings. Embo  J 13, 4459‐68 (1994). 

95.  Williams,  J.  A.,  Atkin, A.  L. &  Bell,  J.  B.  The  functional  organization  of  the  vestigial  locus  in Drosophila melanogaster. Mol Gen Genet 221, 8‐16 (1990). 

96.  Kuhnlein,  R.  P.  et  al.  spalt  encodes  an  evolutionarily  conserved  zinc  finger  protein  of  novel structure which provides homeotic gene function in the head and tail region of the Drosophila embryo. Embo J 13, 168‐79 (1994). 

97.  Grimm,  S.  &  Pflugfelder,  G.  O.  Control  of  the  gene  optomotor‐blind  in  Drosophila  wing development by decapentaplegic and wingless. Science 271, 1601‐4 (1996). 

98.  Lecuit, T. et al. Two distinct mechanisms  for  long‐range patterning by Decapentaplegic  in the Drosophila wing. Nature 381, 387‐93 (1996). 

99.  Nellen, D., Burke, R., Struhl, G. & Basler, K. Direct and  long‐range action of a DPP morphogen gradient. Cell 85, 357‐68 (1996). 

100.  Rogulja, D. &  Irvine, K. D. Regulation of cell proliferation by a morphogen gradient. Cell 123, 449‐61 (2005). 

101.  Campbell,  G.  &  Tomlinson,  A.  Transducing  the  Dpp  morphogen  gradient  in  the  wing  of Drosophila: regulation of Dpp targets by brinker. Cell 96, 553‐62 (1999). 

102.  Martin,  F. A.,  Perez‐Garijo, A., Moreno,  E. & Morata, G.  The  brinker  gradient  controls wing growth in Drosophila. Development 131, 4921‐30 (2004). 

103.  Wang,  S.  H.,  Simcox,  A.  &  Campbell,  G.  Dual  role  for  Drosophila  epidermal  growth  factor receptor signaling in early wing disc development. Genes Dev 14, 2271‐6 (2000). 

104.  Diaz‐Benjumea,  F.  J. &  Cohen,  S. M.  Serrate  signals  through Notch  to  establish  a Wingless‐dependent  organizer  at  the  dorsal/ventral  compartment  boundary  of  the  Drosophila  wing. Development 121, 4215‐25 (1995). 

105.  de Celis,  J. F., Garcia‐Bellido, A. & Bray, S.  J. Activation and  function of Notch at  the dorsal‐ventral boundary of the wing imaginal disc. Development 122, 359‐69 (1996). 

106.  Milan, M. & Cohen, S. M. A  re‐evaluation of  the contributions of Apterous and Notch  to  the dorsoventral  lineage  restriction  boundary  in  the Drosophila wing. Development  130,  553‐62 (2003). 

Page 59: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

59

107.  de Celis, J. F. & Bray, S. Feed‐back mechanisms affecting Notch activation at the dorsoventral boundary in the Drosophila wing. Development 124, 3241‐51 (1997). 

108.  Williams, J. A., Paddock, S. W. & Carroll, S. B. Pattern formation in a secondary field: a hierarchy of  regulatory genes  subdivides  the developing Drosophila wing disc  into discrete  subregions. Development 117, 571‐84 (1993). 

109.  Ng, M., Diaz‐Benjumea, F. J., Vincent, J. P., Wu, J. & Cohen, S. M. Specification of the wing by localized expression of wingless protein. Nature 381, 316‐8 (1996). 

110.  Zecca,  M.,  Basler,  K.  &  Struhl,  G.  Direct  and  long‐range  action  of  a  wingless  morphogen gradient. Cell 87, 833‐44 (1996). 

111.  Delanoue, R. et al. The Drosophila wing differentiation factor vestigial‐scalloped is required for cell proliferation and cell survival at the dorso‐ventral boundary of the wing imaginal disc. Cell Death Differ 11, 110‐22 (2004). 

112.  Legent, K., Dutriaux, A., Delanoue, R. & Silber, J. Cell cycle genes regulate vestigial and scalloped to  ensure normal proliferation  in  the wing disc of Drosophila melanogaster. Genes Cells 11, 907‐18 (2006). 

113.  Baena‐Lopez,  L. A. & Garcia‐Bellido, A.  Control  of  growth  and  positional  information  by  the graded vestigial expression pattern in the wing of Drosophila melanogaster. Proc Natl Acad Sci U S A 103, 13734‐9 (2006). 

114.  Liu, X., Grammont, M. & Irvine, K. D. Roles for scalloped and vestigial in regulating cell affinity and interactions between the wing blade and the wing hinge. Dev Biol 228, 287‐303 (2000). 

115.  Rodriguez Dd Ddel, A., Terriente, J., Galindo, M. I., Couso, J. P. & Diaz‐Benjumea, F. J. Different mechanisms  initiate  and  maintain  wingless  expression  in  the  Drosophila  wing  hinge. Development 129, 3995‐4004 (2002). 

116.  Azpiazu, N. & Morata, G. Function and regulation of homothorax  in the wing  imaginal disc of Drosophila. Development 127, 2685‐93 (2000). 

117.  Casares, F. & Mann, R. S. A dual role for homothorax in inhibiting wing blade development and specifying proximal wing identities in Drosophila. Development 127, 1499‐508 (2000). 

118.  Cavodeassi, F., Rodriguez, I. & Modolell, J. Dpp signalling is a key effector of the wing‐body wall subdivision of the Drosophila mesothorax. Development 129, 3815‐23 (2002). 

119.  Letizia, A., Barrio, R. & Campuzano, S. Antagonistic and cooperative actions of  the EGFR and Dpp  pathways  on  the  iroquois  genes  regulate  Drosophila  mesothorax  specification  and patterning. Development 134, 1337‐46 (2007). 

120.  Diez  del  Corral,  R.,  Aroca,  P.,  JL,  G.  m.‐S.,  Cavodeassi,  F.  &  Modolell,  J.  The  Iroquois homeodomain proteins are required to specify body wall identity in Drosophila. Genes Dev 13, 1754‐61 (1999). 

121.  Villa‐Cuesta, E., Gonzalez‐Perez, E. & Modolell,  J. Apposition of  iroquois expressing and non‐expressing cells  leads  to cell sorting and  fold  formation  in  the Drosophila  imaginal wing disc. BMC Dev Biol 7, 106 (2007). 

122.  Garcia‐Garcia, M.  J., Ramain, P., Simpson, P. & Modolell,  J. Different contributions of pannier and wingless  to  the  patterning  of  the  dorsal mesothorax  of  Drosophila.  Development  126, 3523‐32 (1999). 

123.  Standen, D. B. R. a. G. N. The elements of Drosophila biology and genetics (ed. Roberts, D. B.) (Oxford Science Publishing, Oxford, 2003). 

124.  Janody, F. et al. A mosaic genetic screen reveals distinct roles for trithorax and polycomb group genes in Drosophila eye development. Genetics 166, 187‐200 (2004). 

125.  Hopmann, R., Cooper, J. A. & Miller, K. G. Actin organization, bristle morphology, and viability are affected by actin capping protein mutations in Drosophila. J Cell Biol 133, 1293‐305 (1996). 

126.  Roper, K., Mao, Y. & Brown, N. H. Contribution of sequence variation  in Drosophila actins  to their incorporation into actin‐based structures in vivo. J Cell Sci 118, 3937‐48 (2005). 

127.  Verkhusha, V. V., Tsukita, S. & Oda, H. Actin dynamics in lamellipodia of migrating border cells in the Drosophila ovary revealed by a GFP‐actin fusion protein. FEBS Lett 445, 395‐401 (1999). 

128.  Brand, A. H. & Perrimon, N.  Targeted  gene  expression  as  a means of  altering  cell  fates  and generating dominant phenotypes. Development 118, 401‐15 (1993). 

129.  Kambadur,  R.  et  al.  Regulation  of  POU  genes  by  castor  and  hunchback  establishes  layered compartments in the Drosophila CNS. Genes Dev 12, 246‐60 (1998). 

130.  Campbell, S. D., Duttaroy, A., Katzen, A. L. & Chovnick, A. Cloning and characterization of the scalloped region of Drosophila melanogaster. Genetics 127, 367‐80 (1991). 

Page 60: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

60

131.  Harrison, D. A., Binari, R., Nahreini, T. S., Gilman, M. & Perrimon, N. Activation of a Drosophila Janus  kinase  (JAK)  causes  hematopoietic  neoplasia  and  developmental  defects.  Embo  J  14, 2857‐65 (1995). 

132.  Brand, A. & Elliott, D.A. The Gal4 system: a versatile system  for  the expression of genes  (ed. Dahmann, C. in Drosophila ‐ methods and protocols) Humana Press, Hatfield (2008). 

133.  Wucherpfennig,  T., Wilsch‐Brauninger, M.  &  Gonzalez‐Gaitan, M.  Role  of  Drosophila  Rab5 during endosomal  trafficking at  the  synapse and evoked neurotransmitter  release.  J Cell Biol 161, 609‐24 (2003). 

134.  Sotillos,  S.,  Diaz‐Meco, M.  T.,  Caminero,  E., Moscat,  J.  &  Campuzano,  S.  DaPKC‐dependent phosphorylation of Crumbs  is required for epithelial cell polarity  in Drosophila. J Cell Biol 166, 549‐57 (2004). 

135.  Duffy,  J. B. GAL4  system  in Drosophila:  a  fly  geneticist's  Swiss  army  knife. Genesis  34,  1‐15 (2002). 

136.  Basler,  J. &  Bishof,  J  Recombinases  and  their  use  in  gene  activation,  gene  inactivation,  and transgenesis (ed. Dahmann, C. in Drosophila ‐ methods and protocols) Humana Press, Hatfield (2008). 

137.  Lee, T. & Luo, L. Mosaic analysis with a repressible cell marker (MARCM) for Drosophila neural development. Trends Neurosci 24, 251‐4 (2001). 

138.  Gibson, M. C. & Perrimon, N. Extrusion and death of DPP/BMP‐compromised epithelial cells in the developing Drosophila wing. Science 307, 1785‐9 (2005). 

139.  Amatruda,  J. F., Gattermeir, D.  J., Karpova, T. S. & Cooper,  J. A. Effects of null mutations and overexpression of capping protein on morphogenesis, actin distribution and polarized secretion in yeast. J Cell Biol 119, 1151‐62 (1992). 

140.  Casella, J. F. & Torres, M. A. Interaction of Cap Z with actin. The NH2‐terminal domains of the alpha 1 and beta subunits are not required for actin capping, and alpha 1 beta and alpha 2 beta heterodimers bind differentially to actin. J Biol Chem 269, 6992‐8 (1994). 

141.  Wear, M. A., Yamashita, A., Kim, K., Maeda, Y. & Cooper, J. A. How capping protein binds the barbed end of the actin filament. Curr Biol 13, 1531‐7 (2003). 

142.  Maitra, S., Kulikauskas, R. M., Gavilan, H. &  Fehon, R. G. The  tumor  suppressors Merlin and Expanded function cooperatively to modulate receptor endocytosis and signaling. Curr Biol 16, 702‐9 (2006). 

143.  Neumann,  C.  J.  &  Cohen,  S. M.  A  hierarchy  of  cross‐regulation  involving  Notch,  wingless, vestigial and cut organizes  the dorsal/ventral axis of  the Drosophila wing. Development 122, 3477‐85 (1996). 

144.  de Celis, J. F. et al. Functional relationships between Notch, Su(H) and the bHLH genes of the E(spl)  complex:  the  E(spl)  genes mediate  only  a  subset  of  Notch  activities  during  imaginal development. Development 122, 2719‐28 (1996). 

145.  Delalle,  I.,  Pfleger,  C. M., Buff,  E.,  Lueras,  P. & Hariharan,  I.  K. Mutations  in  the Drosophila orthologs of the F‐actin capping protein alpha‐ and beta‐subunits cause actin accumulation and subsequent retinal degeneration. Genetics 171, 1757‐65 (2005). 

146.  Vinhas, M. Roles of different actin genes during extrusion of capping protein mutant cells in the Drosophila wing  blade  epithelium. MSc  thesis  in  Biotechnology,  Faculty  of  Engeneering  and Natural Resources, University of Algarve, Faro (2008). 

147.  Smith,  J., Diez, G., Klemm, A. H.,  Schewkunow, V. & Goldmann, W. H. CapZ‐lipid membrane interactions: a computer analysis. Theor Biol Med Model 3, 30 (2006). 

148.  Rebelo, S. R. P. in Departamento de Biologia Animal 60 (University of Lisbon, Lisbon, 2008). 149.  Le Borgne, R. Regulation of Notch signalling by endocytosis and endosomal sorting. Curr Opin 

Cell Biol 18, 213‐22 (2006). 150.  Hori,  K.  et  al.  Drosophila  deltex  mediates  suppressor  of  Hairless‐independent  and  late‐

endosomal activation of Notch signaling. Development 131, 5527‐37 (2004). 151.  Sakata, T. et  al. Drosophila Nedd4  regulates endocytosis of notch  and  suppresses  its  ligand‐

independent activation. Curr Biol 14, 2228‐36 (2004). 152.  Thompson, B. J. et al. Tumor suppressor properties of the ESCRT‐II complex component Vps25 

in Drosophila. Dev Cell 9, 711‐20 (2005). 153.  Hehnly, H. & Stamnes, M. Regulating cytoskeleton‐based vesicle motility. FEBS Lett 581, 2112‐8 

(2007). 

Page 61: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

61

154.  Phillips, M. D. & Thomas, G. H. Brush border spectrin is required for early endosome recycling in Drosophila. J Cell Sci 119, 1361‐70 (2006). 

155.  Smythe, E. & Ayscough, K. R. Actin regulation in endocytosis. J Cell Sci 119, 4589‐98 (2006). 156.  Kaksonen, M.,  Toret,  C.  P. & Drubin, D. G. Harnessing  actin  dynamics  for  clathrin‐mediated 

endocytosis. Nat Rev Mol Cell Biol 7, 404‐14 (2006). 157.  Perrais, D. & Merrifield, C. J. Dynamics of endocytic vesicle creation. Dev Cell 9, 581‐92 (2005). 158.  Toret, C. P. & Drubin, D. G. The budding yeast endocytic pathway. J Cell Sci 119, 4585‐7 (2006). 159.  Lynch, D. K. et al. A Cortactin‐CD2‐associated protein  (CD2AP)  complex provides a novel  link 

between epidermal growth factor receptor endocytosis and the actin cytoskeleton. J Biol Chem 278, 21805‐13 (2003). 

160.  Zerial, M. & McBride, H. Rab proteins as membrane organizers. Nat Rev Mol Cell Biol 2, 107‐17 (2001). 

161.  Fanto, M. et al. The tumor‐suppressor and cell adhesion molecule Fat controls planar polarity via physical  interactions with Atrophin, a transcriptional co‐repressor. Development 130, 763‐74 (2003). 

162.  Mao, Y. et al. Dachs: an unconventional myosin that functions downstream of Fat to regulate growth, affinity and gene expression in Drosophila. Development 133, 2539‐51 (2006). 

163.  Pan, D. Hippo signaling in organ size control. Genes Dev 21, 886‐97 (2007). 164.  Rogulja, D., Rauskolb, C. &  Irvine, K. D. Morphogen  control of wing  growth  through  the  Fat 

signaling pathway. Dev Cell 15, 309‐21 (2008). 165.  Zhao, B. et al. Inactivation of YAP oncoprotein by the Hippo pathway is involved in cell contact 

inhibition and tissue growth control. Genes Dev 21, 2747‐61 (2007). 166.  Zeng, Q. & Hong, W. The emerging role of the hippo pathway  in cell contact  inhibition, organ 

size control, and cancer development in mammals. Cancer Cell 13, 188‐92 (2008). 167.  Edgar, B. A.  From  cell  structure  to  transcription: Hippo  forges  a new path. Cell  124, 267‐73 

(2006). 168.  Casares, F., Luque, C. M. & Tavares, M. J. Of fat flies and Hippos, or the magic of animal size. 

Nat Struct Mol Biol 13, 1051‐3 (2006). 169.  Harvey, K. & Tapon, N. The Salvador‐Warts‐Hippo pathway  ‐ an emerging  tumour‐suppressor 

network. Nat Rev Cancer 7, 182‐91 (2007). 170.  Wu, S., Huang, J., Dong, J. & Pan, D. hippo encodes a Ste‐20 family protein kinase that restricts 

cell proliferation and promotes apoptosis in conjunction with salvador and warts. Cell 114, 445‐56 (2003). 

171.  Huang, J., Wu, S., Barrera, J., Matthews, K. & Pan, D. The Hippo signaling pathway coordinately regulates  cell  proliferation  and  apoptosis  by  inactivating  Yorkie,  the Drosophila Homolog  of YAP. Cell 122, 421‐34 (2005). 

172.  Hamaratoglu,  F.  et  al.  The  tumour‐suppressor  genes NF2/Merlin  and  Expanded  act  through Hippo signalling to regulate cell proliferation and apoptosis. Nat Cell Biol 8, 27‐36 (2006). 

173.  Polesello, C. & Tapon, N. Salvador‐warts‐hippo signaling promotes Drosophila posterior follicle cell maturation downstream of notch. Curr Biol 17, 1864‐70 (2007). 

174.  Yu, J., Poulton, J., Huang, Y. C. & Deng, W. M. The hippo pathway promotes Notch signaling in regulation of cell differentiation, proliferation, and oocyte polarity. PLoS ONE 3, e1761 (2008). 

175.  Feng, Y. & Irvine, K. D. Fat and expanded act in parallel to regulate growth through warts. Proc Natl Acad Sci U S A 104, 20362‐7 (2007). 

176.  Moreno, E. & Basler, K. dMyc transforms cells into super‐competitors. Cell 117, 117‐29 (2004). 177.  Moreno,  E.,  Basler,  K.  &  Morata,  G.  Cells  compete  for  decapentaplegic  survival  factor  to 

prevent apoptosis in Drosophila wing development. Nature 416, 755‐9 (2002). 178.  Rives, A.  F., Rochlin, K. M., Wehrli, M.,  Schwartz,  S.  L. & DiNardo,  S. Endocytic  trafficking of 

Wingless and its receptors, Arrow and DFrizzled‐2, in the Drosophila wing. Dev Biol 293, 268‐83 (2006). 

179.  Milan,  M.,  Perez,  L.  &  Cohen,  S.  M.  Short‐range  cell  interactions  and  cell  survival  in  the Drosophila wing. Dev Cell 2, 797‐805 (2002). 

180.  Shraiman, B. I. Mechanical feedback as a possible regulator of tissue growth. Proc Natl Acad Sci U S A 102, 3318‐23 (2005). 

181.  Jaiswal, M., Agrawal, N. &  Sinha, P.  Fat and Wingless  signaling oppositely  regulate epithelial cell‐cell adhesion and distal wing development in Drosophila. Development 133, 925‐35 (2006). 

Page 62: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

62

182.  Kunda, P., Pelling, A. E., Liu, T. & Baum, B. Moesin controls cortical rigidity, cell rounding, and spindle morphogenesis during mitosis. Curr Biol 18, 91‐101 (2008). 

183.  Rosenblatt, J. Mitosis: moesin and the importance of being round. Curr Biol 18, R292‐3 (2008). 184.  Aegerter‐Wilmsen, T., Aegerter, C. M., Hafen, E. & Basler, K. Model for the regulation of size in 

the wing imaginal disc of Drosophila. Mech Dev 124, 318‐26 (2007). 185.  Cho, E. & Irvine, K. D. Action of fat, four‐jointed, dachsous and dachs in distal‐to‐proximal wing 

signaling. Development 131, 4489‐500 (2004). 186.  Baena‐Lopez, L. A., Rodriguez,  I. & Baonza, A. The  tumor  suppressor genes dachsous and  fat 

modulate different signalling pathways by regulating dally and dally‐like. Proc Natl Acad Sci U S A 105, 9645‐50 (2008). 

187.  Han, C., Yan, D., Belenkaya, T. Y. & Lin, X. Drosophila glypicans Dally and Dally‐like shape the extracellular Wingless morphogen gradient in the wing disc. Development 132, 667‐79 (2005). 

188.  Franch‐Marro, X. et al. Glypicans shunt the Wingless signal between local signalling and further transport. Development 132, 659‐66 (2005). 

189.  Neumann,  C.  J.  &  Cohen,  S. M.  Distinct mitogenic  and  cell  fate  specification  functions  of wingless in different regions of the wing. Development 122, 1781‐9 (1996). 

190.  Harris, T. J. & Peifer, M. aPKC controls microtubule organization to balance adherens  junction symmetry and planar polarity during development. Dev Cell 12, 727‐38 (2007). 

191.  Johnson,  R.  I.,  Seppa, M.  J.  &  Cagan,  R.  L.  The  Drosophila  CD2AP/CIN85  orthologue  Cindr regulates  junctions and cytoskeleton dynamics during tissue patterning.  J Cell Biol 180, 1191‐204 (2008). 

192.  Sander,  E.  E.,  ten  Klooster,  J.  P.,  van  Delft,  S.,  van  der  Kammen,  R.  A. &  Collard,  J. G.  Rac downregulates  Rho  activity:  reciprocal  balance  between  both  GTPases  determines  cellular morphology and migratory behavior. J Cell Biol 147, 1009‐22 (1999). 

193.  Eaton,  S., Wepf,  R. &  Simons,  K.  Roles  for  Rac1  and  Cdc42  in  planar  polarization  and  hair outgrowth in the wing of Drosophila. J Cell Biol 135, 1277‐89 (1996). 

194.  Rohatgi,  R.  et  al.  The  interaction  between  N‐WASP  and  the  Arp2/3  complex  links  Cdc42‐dependent signals to actin assembly. Cell 97, 221‐31 (1999). 

195.  Eden,  S.,  Rohatgi,  R.,  Podtelejnikov,  A.  V.,  Mann,  M.  &  Kirschner,  M.  W.  Mechanism  of regulation of WAVE1‐induced actin nucleation by Rac1 and Nck. Nature 418, 790‐3 (2002). 

196.  Morgan, T. H. (1934). 197.  Nusslein‐Volhard,  C.  & Wieschaus,  E. Mutations  affecting  segment  number  and  polarity  in 

Drosophila. Nature 287, 795‐801 (1980). 198.  Knust, A. B. a. E. The use of p‐element transposons to generate transgenic flies (ed. Dahmann, 

C.) (Humana Press, Hatfield, 2008). 199.  Grigliatti, T. A. Transposons ‐ gene tagging and mutagenesis (ed. Roberts, D. B.) (Oxford Science 

Publications, Oxford, 2003). 200.  Myers, E. W. et al. A whole‐genome assembly of Drosophila. Science 287, 2196‐204 (2000). 201.  Adams, M. D. et al. The genome sequence of Drosophila melanogaster. Science 287, 2185‐95 

(2000). 202.  Rubin, G. M. et al. Comparative genomics of the eukaryotes. Science 287, 2204‐15 (2000).               

 

Page 63: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

63

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Appendix I  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 64: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

64

Drosophila melanogaster  as  a model organism  in developmental biology  –  a brief 

historical background 

 

Drosophila melanogaster, commonly known as  the  ‘fruit  fly’, has become one 

of  the most widely used  animal models  in biological  research. Dating  from  the  first 

decade  of  the  twentieth  century,  Thomas  Hunt Morgan’s  laboratory  set  the  basic 

techniques  for breeding and  identifying  large collections of mutants, allowing  for the 

development of a new era in genetics and developmental biology 196.  

Due to its short life cycle, spanning only 12 days at normal room temperature, 

and to the ease and low cost of its culturing techniques, Drosophila became a favourite 

model in the utmost years of genetic research. The field of Drosophila genetics had its 

major development taking advantage of the use of balancer chromosomes, phenotypic 

markers and non‐occurrence of meiotic recombination  in  the male sex. For  instance, 

balancer  chromosomes  were  artificially  generated  by  multiple  inversions  and 

translocations  of  the  wild‐type  chromosomes,  allowing  for  the  inhibition  of 

homologous  recombination  in mutant  and  transgenic  stocks,  so  that  these  can  be 

maintained  without  selection.    On  the  other  hand,  phenotypic  markers,  either 

dominant  or  recessive,  allow  tracking  of  their  associated  chromosomes  over multi‐

generation crosses, so  that certain genotypes of  interest can become easily selected 

and scored.  

Since  the  first  large  scale  generation  of mutants, many  phenotypic  aspects, 

such as  the denticle pattern of  the embryonic cuticle,  turned out  to be an excellent 

read‐out  to  support  systematic    screens, pertaining  to  identify new  genes  and  their 

epistatic  processes  197. However,  it was  not  until  the  1980s  that  recombinant DNA 

technology developed  in bacteria  and phage opened new ways  to  target  genes and 

regulatory  sequences  and  to  further  observe  patterns  of  expression.  The  ingenious 

domestication of wild transposable elements has allowed the use of vector mediated 

transformation  by  transposon  sequences,  such  as  P‐elements  in  Drosophila,  and 

became  the major  technique  in  the  generation of  animal  transgenics  through many 

forms of genome engineering 198, 199.  

Even more, mosaic tissue analysis of particular mutations, through the artificial 

induction of mitotic recombination, has allowed for the study of complex interactions 

Page 65: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

65

between genetically heterogeneous tissues, giving new  insights on the specificity and 

instructive nature of phenotypes, which are not easily evaluated in the drastic context 

of whole mutant animals. More recently, powerful genetic tools, such as the use of the 

UAS‐Gal4  and MARCM  systems,  allowed  for  the  conditional  expression  of  genes  in 

Drosophila, giving us a better understanding of gene function in time and space132. 

Since  the  publication  of  its  euchromatic  genome  in  2000,  Drosophila  became 

known as an  important reference  for human biological research,  for  instance sharing 

over 70% of  the proteins  involved  in human disease  200‐202. Additionally,  in  this new 

century, Drosophila research continues to expanded its use of technological advances, 

such  as  knockdown  RNA  interference, microarrays,  confocal  imaging,  laser  ablation 

and many others, therefore being a major subject in biological research and leading to 

the  discovery  of  evolutionarily  conserved  developmental  mechanisms  in  other 

metazoans.  

 

Page 66: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

66

                     

Appendix II                        

Page 67: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

67

Suplementary Figures                     Sup.Fig.1 – Overexpressing both act42A and act5C  in  the wing  imaginal disc  leads  to additional wing 

defects,  as  compared  to  the  phenotypes  of  wings  overexpressing  act5C  or  act42A  alone  (C‐D). 

Ovexpressing either act5C or act42A leads to notching of the wing margin (B‐C), although this is slightly 

more  evident  in  the  case  of  act5C  overexpression  (C),  as  compared  to  WT  (A);  simultaneous 

overexpression of both act5C and act42A  leads  to more  severe defects,  including:  the appearance of 

necrotic patches (D – red arrowhead),  loss of hinge structures and the differentiation of ectopic blade 

tissue, disrupting the proximal‐anterior margin (D – arrow).  

 

                

 

Sup. Fig.2 – CP depleted  cells accumulate  the Notch  receptor and Crb  in  the wing  imaginal disc.  cpb 

depleted  cells  are marked  by  the  presence  of GFP  (green)  and  Crb  appears  in  red/gray  (A‐A’’’);  Crb 

accumulates at the apical cell surface (A’’) and at the level of punctated structures (A’‐A’’’ – arrow).  

A                       WT                                 B                    nub>UAS‐act42A       C                 nub>UAS‐act5C                          D             nub>UAS‐act42A, UAS‐act5C 

sd>UAS‐cpbRNAiC10   

A                  A’                

A’’               

A’’’              

Crb   GFP  Crb   

Crb   

Crb   

Page 68: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

68

 

 

                                         Sup. Fig.3 – Overexpression of act42A and act5C leads to accumulation of Crb in the wing imaginal disc. 

Cells overexpressing act42A (A), act5C (B), or both act42A and act5C (C,D) are marked by the presence 

of GFP  (green), and Crb appears  in red/gray  (A‐D’’); Crb accumulates at the apical cell surface  in wing 

discs overexressing either act42A (A’), act5C (B’) or both act42A and act5C (C’), as indicated by anti‐Crb 

(gray);  Crb also accumulates at the level of puncated structures, as indicated by anti‐Crb (gray), in wing 

discs overexpressing both act42A and act5C (D’‐D’’).  

    

A’                

Crb   

B’                

Crb   

C’                 

Crb   

D                  D’                 D’’               

Crb    Crb   Crb   GFP 

nub>UASact42A::GFP       A                 

Crb   At42A‐GFP 

nub>UASact5C::GFP       B                  

Crb   Act5C‐GFP 

nub>UASact5C::GFP       UASact42A::GFP  C                  

Crb   Act42A‐GFP Act5C‐GFP   

Page 69: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

69

       

 

 

 

Sup.  Fig.4  –  aPKC  positively  regulates  the  intracellular  domains  of  Crb,  during wing morphogenesis. 

Driving  crbintra  and DN‐apkc  in  the wing  imaginal disc  gives  rise  to  adult wings  that  show  some mild 

defects:  loss of cross‐vein differentiation and general broadening of the blade surface (B), as compared 

to WT (A). 

 

 

                    Sup. Fig.5 – cpa107E and cpbM143 mutant clones  induced  in the wing  imaginal disc have reduced contact 

with their tissue surroundings, suggesting differences in cell‐cell affinity towards their WT neighbouring 

cells. Measurement  of  clonal  Ferret’s  circularity  is  based  on  the  estimation  of  a  single  distance,  the 

Ferret’s diameter, which  corresponds  to  the  largest diameter of  an  irregular object  (the  clone).  This 

formula gives  the  ratio between  the object’s area  (A) and  the area of a disc  reference with  the same 

Ferret’s diameter (π(dFer./2)2 (varies between 0>Fer. Circ. >1, such that values close to 0 approach the 

perfect square circularity, and values close to 1 approach the perfect disc circularity). cpa107E and cpbM143 

are  significantly  rounder  than  ‘WT’  clones  induced  in mutation‐clear FRT42 and FRT40  isogenic  lines, 

respectively  (p‐value  cpa107E  =  0,0028,  N  =  32;  p‐value  cpbM143  =  0,0099, N=36).  Clones  of  each  

genotype are shown in B‐E, being marked by the absence of GFP (green). NOTE: clones were induced at 

1st and 2nd larval instars.  A – area, dFer – Ferret’s diameter. 

D           FRT42D  clones      

GFP 

B               FRT42D, cpa107E clones       

GFP 

A                       WT                            B           nub>UAS‐crbintra; UAS‐aPKCCAAXDN  

A               C              FRT40A, cpbM143 clones       

GFP 

E            FRT40A  clones      

GFP 

Page 70: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Understanding the Role of the Actin Cytoskeleton in Vesicle Trafficking to Restrict Growth of Drosophila Epithelia 

70

Experimental genotypes 

 

Results Fig.1 ‐ GFP‐ cpa‐ clones: w‐; FRT42D, tub‐GFP/FRT42D, cpa107E; T155‐Gal4, UAS‐

FLP . 

Results Fig.2‐4, 8  ‐ express UAS‐cpbRNAiC10  in  the en domain: w‐; en‐Gal4, dll‐lacZ/ 

UAS‐cpbRNAiC10; UAS‐mCD8::GFP . 

Results  Fig.5  ‐ express UAS‐act5C::GFP  in  the nub expression domain  : w‐; nb‐Gal4/ 

UAS‐act5C::GFP .  

Results  Fig.6  ‐ express UAS‐act5C::GFP  in  the nub expression domain  : w‐; nb‐Gal4/ 

UAS‐act5C::GFP  (A); express UAS‐act42A::GFP  in  the nub expression domain: w‐; nb‐

Gal4/  UAS‐act42A::GFP  (B);  express  UAS‐act5C::GFP,  UAS‐act42A::GFP  in  the  nub 

expression domain: w‐; nb‐Gal4/ UAS‐act42A::GFP, UAS‐act5C::GFP (C). 

Results  Fig.7  ‐  clones  expressing HA‐cpa:  y‐,w‐,hsFLP122;  FRT42D,  tub‐Gal80/FRT42D, 

UAS‐HA‐cpa  (A);  clones  expressing  rab5::GFP:  y‐,w‐,hsFLP122;  FRT42D,  tub‐

Gal80/FRT42D,  UAS‐rab5::GFP  (B);  (C)  clones  expressing  rab7::GFP:  y‐,w‐,hsFLP122; 

FRT42D,  tub‐Gal80/FRT42D, UAS‐rab7::GFP;  (D‐D’’’) express UAS‐rab5::GFP and UAS‐

HAcpa in the nub expression domain: w‐; nb‐Gal4/ UAS‐rab5::GFP; UAS‐HAcpa; (E‐E’’’) 

express UAS‐rab7::GFP  and UAS‐HAcpa  in  the  nub  expression  domain: w‐;  nb‐Gal4/ 

UAS‐rab7::GFP; UAS‐HAcpa. 

Results  Fig.9  –  clones  expressing UAS‐crbintra:  y‐,w‐,hsFLP122, UAS‐GFP;  FRT42D,  tub‐

Gal80/ FTR42D, UAS‐crbintra; tub‐Gal4. 

Results Fig.10‐11  ‐ express UAS‐crb  in  the nub expression domain: w‐; nb‐Gal4/ UAS‐

crbweak (A); w‐; nb‐Gal4/ UAS‐crbstrong (B); w‐; nb‐Gal4/ UAS‐crbintra (C‐C’). 

Results  Fig.12  ‐  (A‐A’)  clones  expressing  UAS‐aPKCCAAXDN:  y‐,w‐,hsFLP122,  UAS‐GFP; 

FRT40D,  tub‐Gal80/ FRT40A;  tub‐Gal4/ UAS‐aPKCCAAXDN;  (B‐B’)  cpb‐  clones expressing 

UAS‐aPKCCAAXDN:  y‐,w‐,hsFLP122,  UAS‐GFP;  FRT40D,  tub‐Gal80/  FRT40A,  cpbM143;  tub‐

Gal4/ UAS‐aPKCCAAXDN. 

Results Fig.13 ‐ (B‐B’’) express UAS‐aPKCCAAXDN in the nub expression domain: w‐; nub‐

Gal4/sp;  UAS‐aPKCCAAXDN;  (C‐C’’)  express  UAS‐cpbRNAiC10  in  the  nub  expression 

domain: w‐;  nub‐Gal4/ UAS‐cpbRNAiC10;  (D‐D’’)  express UAS‐cpbRNAiC10  and UAS‐

aPKCCAAXDN  in  the  nub  expression  domain:  w‐;  nub‐Gal4/  UAS‐cpbRNAiC10;  UAS‐

aPKCCAAXDN. 

Page 71: Master Thesis Final 8 - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/1263/2/19068_ulfc080482_tm_Mas… · filaments that extends throughout the cytoplasm. The extent and pattern of actin

Gaspar P.                                                                                                                                                                           Master Thesis 

71

Results Fig.14 ‐ (A) express UAS‐cpbRNAiC10 in the en expression domain: w‐; nb‐Gal4/ 

UAS‐cpbRNAiC10  ;  (B)  express  UAS‐cpbRNAiC10  and  UAS‐aPKCCAAXDN  in  the  en 

expression domain: w‐; nb‐Gal4/ UAS‐cpbRNAiC10; UAS‐aPKCCAAXDN. 

 

Sup.  Fig.  1  ‐  express UAS‐act42A  in  the  nub  expression  domain: w‐;  nub‐Gal4/UAS‐

act42A (B); express UAS‐act5C in the nub expression domain: w‐; nub‐Gal4/UAS‐act5C 

(C); express UAS‐act42A and act5C  in the nub expression domain: w‐; nub‐Gal4/UAS‐

act42A, UAS‐act5C (D). 

Sup.  Fig.2  ‐  express  UAS‐cpbRNAiC10  in  the  sd  expression  domain:  sd‐Gal4;  UAS‐

cpbRNAiC10; UAS‐mCD8::GFP 

Sup.  Fig.3  –express  UAS‐act42A  in  the  nub  expression  domain:  w‐;  nub‐Gal4/UAS‐

act42A  (A‐A’);  express UAS‐act5C  in  the  nub  expression  domain: w‐; nub‐Gal4/UAS‐

act5C  (B‐B’); express UAS‐act42A and act5C  in  the nub expression domain: w‐; nub‐

Gal4/UAS‐act42A, UAS‐act5C (C‐D’’).  

Sup. Fig.4 ‐ express UAS‐crbintra and UAS‐aPKCCAAXDN in the nub expression domain: nub‐

Gal4; UAS‐crbintra; UAS‐aPKCCAAXDN. 

Sup. Fig.5 ‐ GFP‐ cpa‐ clones: y‐,w‐,hsFLP122; FRT42D, tub‐GFP/FRT42D, cpa107E (B)  ; GFP‐ 

cpb‐ clones: y‐,w‐,hsFLP122; FRT40A, tub‐GFP/FRT40A, cpbM143 (C); GFP‐ WT clones y‐,w‐

,hsFLP122; FRT42D, tub‐GFP/FRT42D or y‐,w‐,hsFLP122; FRT40A, tub‐GFP/FRT40A (D‐E).