PPO2 in Drosophila Crystal Cells Modulates Embryonic Hemocyte Localization under Hypoxic Conditions

Abstract

Hypoxia studies in Drosophila have focused on the regulation of sima (Hif- α), gas sensing neurons, and the crystal cell differentiation in the lymph gland. However, the function of circulating hemocytes in hypoxia is still unknown. Here, I show that circulating hemocytes respond to hypoxia (5% O2) and change their localization depending on the oxygen concentration. By using genetic manipulation, I demonstrate that crystal cells play a key role in attaching circulating hemocytes to lateral hematopoietic pockets, especially the trachea. This hypoxic response is caused by PPO2 (Prophenoloxidase 2) that is the top expressed gene in crystal cells known to contribute to melanization. Moreover, PPO2 mutants exhibit physiological effects caused by hypoxia such as reduced survival rates or an enhanced tracheal terminal sprouting, which is rescued in hyperoxia (60% O2). This study indicates that Drosophila hemocytes actively respond to oxygen concentrations and crystal cells induce changes in localization of hemocytes under hypoxia via PPO2, suggesting the new function of crystal cells as oxygen carriers.|지금까지 저산소 환경에서의 초파리연구는 히프알파 (Hif- α)의 조절, 기체 감지 뉴런의 활성, 조혈 모세포에서의 혈구세포 분화에만 집중되어 있었으며, 저산소 환경에서 초파리 순환 혈구의 직접적인 기능에 대해서는 아직까지 연구된 바가 없다. 나는 이번 연구에서 초파리의 순환 혈구가 5% 저산소 환경에 반응하여, 산소 농도에 따라 혈구의 위치를 바꾼다는 것을 발견했다. 유전자 조작을 통하여, 초파리의 전체 순환 혈구 세포 중 크리스탈 세포가 저산소 환경에서 순환 혈구를 측면 조혈 주머니 (hematopoietic pockets)의 숨관으로 이동시키는데 중요한 역할을 한다는 것을 확인했다. 이러한 저산소 환경에서의 이동은 초파리 크리스탈 세포에서 멜라나이제이션 (melanization) 반응에 전구체로 알려진 PPO2 (Prophenoloxidase 2)를 통해 일어난다는 것을 확인했다. 또한, PPO2 돌연변이는 정상산소 환경에서조차 초파리 라바 생존율과 숨관의 말단 변화와 같은 생리학적 영향들이 저산소 환경의 표현형과, 같은 결과를 나타내는 것을 확인했으며, 과산소 환경에서 저산소 환경에서의 표현형이 모두 회복되는 것을 보았다. 결론적으로, 이번 연구는 초파리의 혈구세포가 산소 농도에 매우 역동적으로 반응하며, 특히 저산소 환경에서 크리스탈 세포가 내부 PPO2를 통해 혈구의 위치를 바꾸는 것을 통해 산소 운반체로서 초파리 크리스탈 세포의 새로운 기능을 제시한다.