Koagulace hemolymfy hmyzu a její úloha v imnunitních reakcích

Bc. Jakub Berka

Master's thesis

Haemolymph coagulation and its role in immune response

Abstract:

Koagulace hemolymfy je jednou ze základních fyziologických a imunitních reakcí bezobratlých i obratlovců. Je to proces, který udržuje homeostázi, brání nadměrným ztrátám tělních tekutin a vniknutí potenciálních patogenů do těla. Ideálním modelem pro studium imunitního systému hmyzu je Drosophila melanogaster jakožto dobře prostudovaný a geneticky snadno modifikovatelný organismus. Dostupnost mnoha mutantních a RNAi linií nám umožňuje blokovat funkce vybraných genů a sledovat jejich vliv na imunitu. Ke studiu koagulace byly v této práci využívány RNAi linie D. melanogaster, které umožňují utlumit produkci enzymu transglutaminázy důležitého pro zachycení bakterií a zesíťování koagulační zátky. Jako kontrola byla vždy použita linie wild-type linie w1118. Dále byli použiti dvojití mutanti mušek mající defekt v „immune deficiency“ signální dráze řídící produkci antimikrobiálních peptidů a zároveň nefunkční krystalové buňky, které hrají úlohu v produkci fenoloxidázy (PO), tzv. Black cells Imd (Bc Imd). Jako přirozený infekční model byly použity entomopatogenní hlístice (EPN). EPN jsou parazité hmyzu žijící v symbióze s entomopatogenními bakteriemi a do 48 hodin po nákaze zabíjejí svého hostitele. Základem testu byla inkubace larev D. melanogaster s EPN a hodnocení jejich mortality způsobené touto nematobakteriální nákazou. Larvy s ovlivněnou koagulací vždy vykazovaly vyšší mortalitu než larvy kontrolní. V případě TG knock-down larev činil tento rozdíl průměrně 23 %, mutanti Bc Imd pak umíraly dvakrát více než wild-type larvy. Dalším zjištěním bylo, že různé druhy EPN mají odlišnou patogenitu vůči D. melanogaster, která je dána pravděpodobně jejich ekologií a druhovou specifikou. Imunitní odpověď D. melanogaster na nematobakteriální nákazu bude mít ale pravděpodobně stejný základ, protože mutanti Bc Imd byly citlivější na nákazu všemi druhy EPN. Studium koagulace hemolymfy je velice zajímavou oblastí v imunologii živočichů a prohloubení znalostí tohoto systému nám může poskytnout nový ucelenější pohled na imunitu hmyzu a vrozenou imunitu obecně.

Abstract:

Hemolymph coagulation is one of the basic physiological and immune responses of both invertebrates and vertebrates. This process maintains homeostasis, prevents excessive loss of body fluids and entering of potential pathogens into the body. The ideal model to study insect immune system is Drosophila melanogaster, well-studied and genetically tractable organism. The availability of wide range of mutants and RNAi lines enable us blocking selected genes functions and investigation their effect on the immunity. In this thesis, RNAi lines of Drosophila melanogaster which allow us controlling a production of the enzyme transglutaminase important for capture of bacteria and crosslinking of clot, were used. Wild-type lines w1118 were used as a control. Double mutants Black cells Imd (Bc Imd) which have a defect in “immune deficiency” pathway controlling the expression of antimicrobial peptides and defective crystal cells required for the production of phenoloxidase, were used as a positive control. As a natural infection model were used entomopathogenic nematodes (EPN). EPN are insect parasites living in symbiotic relationship with entomopathogenic bacteria and killing their host insect within 48 hours post infection. The basis of the nematode infection assay is the incubation of D. melanogaster larvae with these EPN and the evaluation of larvae mortality caused by nematobacterial infection after 48 hours. Larvae with affected coagulation have always a higher mortality rate than control larvae. In the case of TG, knock-down larvae died about 30 percent more than control larvae. Bc Imd mutants died twice more than wild-type. Additional finding was that different species of EPN have a different pathogenicity against D. melanogaster, probably due to their ecology and species specificity. However, D. melanogaster immune response to nematobacterial infection is likely to have the same basis, since Bc Imd mutants were more susceptible to the infection with all EPN species. The study of hemolymph coagulation is a very interesting field in animal immunology and better understanding of this system can provide a more comprehensive view to insect immunity and innate immunity in general.

Keywords

koagulace, hemolymfa, přirozená imunita, Drosophila melanogaster, koagulační faktory, transglutamináza, entomopatogenní hlístice, coagulation, hemolymph, innate immunity, clotting factors, transglutaminase, entomopathogenic nematodes

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 5. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 5. 6. 2013
• Supervisor: doc. RNDr. Pavel Hyršl, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Experimental Biology / Special Biology