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Publicação
Spatiotemporal dynamics of sessile hemocyte numbers and the role of cell cluster architecture in transdifferentiation
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Os invertebrados dependem da ação de imunidade inata para se protegerem de infeções. Em
Drosophila melanogaster, um invertebrado modelo, a imunidade inata conta com diversas estratégias,
entre as quais está a imunidade celular, mediada por hemócitos.
Os hemócitos são as células do sangue de invertebrados e em D. melanogaster, existem três
tipos principais de hemócitos: plasmócitos, células cristal e lamelócitos. Em larvas, os plasmatócitos são
o tipo celular mais numeroso (compondo cerca de 90-95% dos hemócitos) e estão principalmente
associados à fagocitose de agentes patogénicos e destroços celulares; células cristal (em condições
homeostáticas compõem tipicamente os restantes 5-10% dos hemócitos) participam na reação de
melanização, que leva à formação de coágulos de melanina de forma a selar feridas; por último, os
lamelócitos são um tipo celular até agora apenas encontrado em resposta a infeções de vespas
parasitoides, encapsulando os ovos inseridos no corpo da larva. Destes três tipos, apenas plasmatócitos
mantêm a capacidade de autorrenovação num estado diferenciado, sendo os dois outros tipos de
hemócitos tipos celulares pós-mitóticos.
Como nos vertebrados, a hematopoiese em D. melanogaster acontece em duas fases
temporalmente distintas. A primeira, a hematopoiese embrionária, resulta na diferenciação de cerca de
700 plasmatócitos e 30 células cristal da mesoderme da cabeça da blastoderme. A segunda, chamada
hematopoiese larvar, resulta da atividade da glândula linfática, um dos órgãos hematopoiéticos ativos
até à entrada no estádio de pupa.
Na fase larvar, os hemócitos originados por hematopoiese embrionária persistem e encontramse em circulação na hemolinfa, e também no compartimento séssil, que é um tecido hematopoiético
resultante da colonização por hemócitos de espaços localizados debaixo da cutícula dorsal de cada
segmento. Hemócitos mobilizam-se para este compartimento devido à segregação por neurónios do
sistema nervoso periférico da larva de sinais atrativos e aglomeram-se em grupos de células
contactantes. Tanto plasmatócitos como células cristal estão presentes nos compartimentos sésseis, e
podem alternar entre um estado séssil e de circulação. Dentro dos compartimentos sésseis, plasmatócitos
proliferam a uma taxa mais elevada do que em circulação e também podem originar células cristal por
um processo de transdiferenciação. Presumivelmente, devido a estes processos de transdiferenciação e
proliferação, o número de plasmatócitos e células cristal expande durante o desenvolvimento larvar.
A diferenciação de progenitores para células cristal está associada à ativação de sinalização
Notch. Da mesma forma, a transdiferenciação de plasmatócitos no compartimento séssil é mediada pela
ativação de recetores Notch pelo ligando Serrate, ambos presentes em plasmatócitos sésseis. O contacto
celular é, então, imprescindível para o processo de transdiferenciação, porque as proteínas Notch e
Serrate se localizam na membrana celular. De facto, estudos anteriores comprovam que a disrupção da
aglomeração de células neste tecido compromete a transdiferenciação, e que a probabilidade de
transdiferenciação está linear e positivamente correlacionada com o número de células contactantes. As dinâmicas das populações de hemócitos, ou seja, a maneira como o número de hemócitos
muda ao longo do tempo, não está bem caracterizada ao longo de pequenas resoluções temporais. Da
mesma forma, a arquitetura dos aglomerados de células, a maneira como as células se organizam
espacialmente, é uma das reguladoras do processo de transdiferenciação devido à sua importância para
a ocorrência do contacto celular, mas os parâmetros específicos responsáveis por esta regulação ainda
são desconhecidos.
Para este efeito seguimos a população séssil em larvas durante as primeiras 24 horas do terceiro
estádio. Registámos e contabilizámos o número de plasmatócitos e células cristal nos segmentos A1 a
A7. Às centenas de imagens recolhidas, aplicámos um algoritmo de aglomeração para automaticamente
identificar grupos de células contactantes, e analisámos o do número médio de contactos, ou o número
de contactos por célula, na composição celular dos grupos.
Os nossos resultados sugerem que o tamanho da população de plasmatócitos, se mantém estável
durante as primeiras 24 horas do terceiro estádio. O número de células cristal aumentou em todos os
segmentos, o que face aos números estáticos de plasmatócitos levou a um aumento da proporção de
células cristal na maioria dos segmentos. Por outro lado, da mesma maneira como o número de células
contactantes está positivamente correlacionado com a probabilidade de um plasmatócito ter
transdiferenciado, o número médio de contactos celulares num grupo de células mostrou-se
positivamente correlacionado com a proporção de células cristal. O número médio de contactos celulares
é em si explicado pela forma como as células se aglomeram, sendo formas circulares promotoras de um
maior número de contactos celulares, e pelo número de hemócitos que compõem o conjunto.
Adicionalmente, o tamanho do conjunto também influencia a sua forma, sendo conjuntos maiores, mais
circulares.
Os nossos resultados contribuem para um melhor entendimento do funcionamento da
hematopoiese no compartimento séssil, no entanto, estudos adicionais com uma melhor resolução
temporal são necessários para melhor compreender a ligação entre as dinâmicas das populações sésseis
e a regulação da transdiferenciação mediada por contacto celular.
In Drosophila melanogaster, cellular immunity is mediated by hemocytes, which include plasmatocytes, crystal cells, and lamellocytes. These cells are distributed across three compartments: the lymph gland, circulation, and the sessile compartment. The latter consists of segmentally repeating aggregates of plasmatocytes and crystal cells beneath the dorsal cuticle, where plasmatocytes can proliferate, transdifferentiate into crystal cells, or exchange with circulating hemocytes. Crystal cell transdifferentiation is regulated by Notch-Serrate signaling, wherein Serrateexpressing plasmatocytes activate the Notch receptor in other neighboring plasmatocytes. Prior research has demonstrated that the probability of plasmatocyte transdifferentiation correlates with the number of cell-cell contacts and that cluster architecture is essential for this process. In this study, we track sessile hemocyte population dynamics in abdominal segments A1–A7 over the first 24 hours of third-instar development. While the overall plasmatocyte population remains stable, crystal cell numbers increase. Which results in an increase in crystal cell proportions. Individual segments tend to follow the same trends albeit with some exceptions. We then investigate the structural determinants of transdifferentiation by analyzing the relationship between the average number of cell contacts and the proportion of crystal cells within clusters, and between the number of cell contacts and the probability of an individual cell had transdifferentiated. We find that clusters with a high average number of cell contacts exhibit higher proportions of crystal cells. The average number of cell contacts is, in turn, influenced by cluster shape and size, with more circular clusters and larger aggregates displaying an increased average number of cell contacts. As previously reported in literature, the probability that a cell had transdifferentiated increased with the number of neighbors. Our findings provide insights into the structural regulation of transdifferentiation and the dynamics of sessile hemocyte populations contributing to a deeper understanding of hematopoiesis during this developmental stage.
In Drosophila melanogaster, cellular immunity is mediated by hemocytes, which include plasmatocytes, crystal cells, and lamellocytes. These cells are distributed across three compartments: the lymph gland, circulation, and the sessile compartment. The latter consists of segmentally repeating aggregates of plasmatocytes and crystal cells beneath the dorsal cuticle, where plasmatocytes can proliferate, transdifferentiate into crystal cells, or exchange with circulating hemocytes. Crystal cell transdifferentiation is regulated by Notch-Serrate signaling, wherein Serrateexpressing plasmatocytes activate the Notch receptor in other neighboring plasmatocytes. Prior research has demonstrated that the probability of plasmatocyte transdifferentiation correlates with the number of cell-cell contacts and that cluster architecture is essential for this process. In this study, we track sessile hemocyte population dynamics in abdominal segments A1–A7 over the first 24 hours of third-instar development. While the overall plasmatocyte population remains stable, crystal cell numbers increase. Which results in an increase in crystal cell proportions. Individual segments tend to follow the same trends albeit with some exceptions. We then investigate the structural determinants of transdifferentiation by analyzing the relationship between the average number of cell contacts and the proportion of crystal cells within clusters, and between the number of cell contacts and the probability of an individual cell had transdifferentiated. We find that clusters with a high average number of cell contacts exhibit higher proportions of crystal cells. The average number of cell contacts is, in turn, influenced by cluster shape and size, with more circular clusters and larger aggregates displaying an increased average number of cell contacts. As previously reported in literature, the probability that a cell had transdifferentiated increased with the number of neighbors. Our findings provide insights into the structural regulation of transdifferentiation and the dynamics of sessile hemocyte populations contributing to a deeper understanding of hematopoiesis during this developmental stage.
Descrição
Tese de Mestrado, Biologia Evolutiva e do Desenvolvimento, 2025, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências
Palavras-chave
Hematopoiese Transdiferenciação Drosophila melanogaster Sinalização Notch Hemócitos Teses de mestrado - 2025