Genetic and cell biological dissection of trafficking routes of the Hedgehog morphogen in Drosophila melanogaster

Hedgehog (Hh) est un morphogène conservé au cours de l’évolution, et qui est impliqué dans un grand nombre de processus développementaux. Ma thèse vise à comprendre comment la sécrétion, et la mise en place du gradient d’Hh sont régulées à partir de son site de production, en utilisant la drosophile comme modèle animal. Pour identifier les régulateurs positifs impliqués dans la maturation du signal Hh, nous avons conçu et réalisé un crible génétique couvrant l’ensemble du génome, par ARNs interférents (ARNi). Grâce à ce crible, nous avons identifié la petite protéine GTPase Rab8 qui serait impliquée spécifiquement dans le routage intracellulaire de Hh. Selon notre modèle proposé, la protéine Hh serait secrétée de 2 façons. Sa sécrétion du coté apical est nécessaire à l'activation de gènes cibles à longue distance, alors que sa sécrétion du coté baso-latéral permettrait l'activation de gènes cibles à courte distance. La façon par laquelle Hh est transportée de la membrane apicale à la membrane basale à l’intérieur des cellules productrices n’est pas connue. La perte de fonction de Rab8 dans les cellules productrices de Hh induit une augmentation de l’activation des gènes cibles à courtes distances, alors l’expression des gènes cibles activés à longues distances est réduite. De plus, en utilisant des expériences sur tissus vivant pour suivre la dynamique de l'internalisation de la protéine endogène d’Hh, nous avons constaté que la perte de Rab8 n'a pas d’effet sur sa sécrétion primaire, mais entraine des défauts dans l’endocytose de Hh, affectant, par la suite, la mise en place du gradient morphogénétique.Hedgehog (Hh) is a conserved secreted morphogen involved in an array of developmental processes. Using Drosophila as a model, during my thesis we aimed to ask how the secretion, extraction and transport of Hh protein are regulated at the site of its production. To understand the positive regulators of Hh secretion and transport we designed and performed a genome-wide RNAi screen in Drosophila to identify new regulators of Hh transport and identified the small GTPase Rab8 as a novel component required for Hh trafficking. According to our proposed model, there are two pools of secreted Hh. The apical pool is needed for long range target gene activation, and basolateral pool for short range target gene activation. It is not clear how Hh is sorted apico-basally in the producing cells. Interfering with Rab8 function in the Hh producing cells extends Hh short range targets. Conversely, it reduces the long range Hh targets, suggesting that interfering with Rab8 function in the Hh producing cells impairs Hh trafficking, thus hampering the fine tuning between the two secreted pools of Hh. Moreover, using live assays to track the dynamics of endogenous Hh internalization, we observed that loss of Rab8 in Hh producing cells does not affect its primary secretion, but causes defects in Hh endocytosis, subsequently affecting its gradient activity. We hypothesize a model where Hh is targeted for primary secretion to the apical side of the wing disc, which then is internalized, and this internalized Hh is then directed for recycling which is essential for its long range activity