The developmental function of the homeobox gene Drgx in perineurial glial cells and T4/T5 neurons in Drosophila melanogaster

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-544065
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.54406

Gizler, Laura

License: Creative Commons Attribution 4.0
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Date of publication of this fulltext: 30 Sep 2025 05:07

Details

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	30 September 2025
Referee:	Prof. Dr. Stephan Schneuwly
Date of exam:	26 June 2023
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine > Institut für Zoologie > Entwicklungsbiologie (Prof. Dr. Stephan Schneuwly)
Keywords:	Drosophila melanogaster, perineurial glia, T4/T5-Neuron
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 500 Natural sciences & mathematics 500 Science > 570 Life sciences 500 Science > 590 Zoological sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	54406

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Abstract (English)

Abstract (English)

Homeobox transcription factors are highly conserved in all metazoans. They play an important role during development and are involved in the formation of the nervous system. In Drosophila melanogaster, 103 homeobox genes have been identified. One of the not very well studied homeobox genes is the paired-like homeobox transcription factor Dorsal root ganglia homeobox (Drgx). Single-cell RNA-sequencing data of adult brains predicted the expression of Drgx in three different glial cell clusters (perineurial, astrocyte-like and ensheathing glia) and three different neuronal (T4/T5, Tm1/TmY8 and T2/T3) clusters. In this work, expression of Drgx in perineurial glia and T4/T5 neurons was confirmed histologically. Therefore, this study focused on the function of Drgx in these two cell types. Knockdown of Drgx inperineurial glia resulted in lethality during development. Targeted DamID and bulk RNA-sequencing of perineurial glia showed that Drgx regulates many genes encoding for transporters that shuttle nutrients from the hemolymph into the brain. This explains the observed lethality, which was attributed to nutrient deficiency due to the reduced number of transporters. In addition, larval brains exhibited enlarged optic stalks and defects in the migration of perineurial glia. This phenotype could also be explained by the TaDa and
RNA-sequencing data sets, which showed that Drgx controls the expression of many extracellular matrix components. These components are crucial for the maintenance of the brain´s shape and the migration of perineurial glia.
In T4/T5 neurons, Drgx is required for correct dendritic wiring. In knockdown brains, T4 dendrites in the medulla and T5 dendrites in the lobula overgrow their stop layers and connect to the wrong neurons. This leads to a loss of optomotor response in adult flies. T4/T5 neuron�specific targeted DamID and RNA-sequencing data showed that Drgx regulates the expression
of many cell surface molecules. These molecules are essential for the correct wiring of T4/T5 neurons and are strongly reduced upon Drgx knockdown. In addition, the two T4/T5-specific data sets also showed that Drgx regulates the expression of the known T4/T5 neuron specifier Sox102F.

Translation of the abstract (German)

Homeobox-Transkriptionsfaktoren sind in allen Metazoen hoch konserviert. Sie spielen eine wichtige Rolle während der Entwicklung und sind an der Bildung des Nervensystems beteiligt. In Drosophila melanogaster sind 103 Homeobox-Gene identifiziert worden. Eines der nicht sehr gut untersuchten Homeobox-Gene ist der paired-like Homeobox-Transkriptionsfaktor Dorsal root ganglia homeobox (Drgx). Single-cell-RNA-Sequenzierungsdaten erwachsener Gehirne sagten die Expression von Drgx in drei verschiedenen Gliazellclustern (perineurial, astrocyte-like and ensheathing Glia) und drei verschiedenen neuronalen Clustern (T4/T5, Tm1/TmY8 und T2/T3) vorraus. In dieser Arbeit wurde die Expression von Drgx in perineurialen Glia und T4/T5-Neuronen histologisch bestätigt. Daher konzentrierte sich diese Studie auf die Funktion von Drgx in diesen beiden Zelltypen. Der Knockdown von Drgx in perineurialen Glia führte zur Letalität während der Entwicklung. Targeted DamID (TaDa) und bulk RNA-Sequenzierung von perineurialen Gliazellen zeigten, dass Drgx viele Gene reguliert die für Transporter kodieren, die Nährstoffe aus der Hämolymphe in das Gehirn transportieren. Dies erklärt die beobachtete Sterblichkeit, die auf einen Nährstoffmangel aufgrund der reduzierten Anzahl von Transportern zurückzuführen ist. Darüber hinaus wiesen die Gehirne der Larven vergrößerte optische Stiele und Defekte bei der Migration der perineurialen Glia auf. Dieser Phänotyp lässt sich auch durch die TaDa- und RNA-Sequenzierungsdatensätze erklären, die zeigten, dass Drgx die Expression vieler extrazellulären Matrix-Komponenten kontrolliert. Diese Komponenten sind entscheidend für die Aufrechterhaltung der Form des Gehirns und für die Migration der perineurialen Glia. In T4/T5-Neuronen ist Drgx für die korrekte dendritische Verschaltung erforderlich. In Knockdown-Gehirnen wachsen die T4-Dendriten in der Medulla und T5-Dendriten in der Lobula über ihre Stoppschichten hinaus und verbinden sich mit den falschen Neuronen. Dies führt zu einem Verlust der optomotor Reaktion bei erwachsenen Fliegen. T4/T5-Neuronen-spezifische targeted DamID- und RNA-Sequenzierungsdaten zeigten, dass Drgx die Expression
vieler Zelloberflächenmoleküle reguliert. Diese Moleküle sind für die korrekte Verschaltung der T4/T5 Neuronen essentiell und werden durch den Knockdown von Drgx stark reduziert. Darüber hinaus zeigten die beiden T4/T5-spezifischen Datensätze auch, dass Drgx die Expression des bekannten T4/T5-Neuronen-Spezifizierers Sox102F reguliert.

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