Turning off autophagy in a multicellular organism

Celler er overlevere. I en levende organisme må celler klare å respondere på endringer i tilgang på næring. Når en organisme sulter vil enkelte organer respondere ved å aktivere en cellulær resirkuleringsprosess som kalles autofagi. Autofagi er en prosess hvor celler «spiser» sine egne ødelagte, ubrukte eller overfødige bestanddeler. Aktivering av autofagi frigjør energi og byggesteiner for å vedlikeholde uunnværlige funksjoner i cellen og beskytter organismen mot sykdommer som kreft og nevrodegenerering. Det er viktig at disse cellene også skrur av autofagi når næring igjen er tilgjengelig, fordi uhemmet autofagi er skadelig for cellens overlevelse. Mye er kjent om hvordan autofagi skrus på, men overraskende lite er kjent om hvordan autofagi skrus av, spesielt i en flercellet organisme. Dette prosjektet tar mål av å forstå mekanismene for hvordan autofagi skrus av, ved å bruke bananfluer. For å nå vårt mål om å forstå hvordan autofagi skrus av kommer vi til å slå ned genuttrykk og studere effekten av dette på bananflueceller i cellekultur når de skrur av autofagi. Slik vil vi finne nye gener som regulerer hvordan autofagi skrus av. De mest spennende genene fra disse forsøkene vil bli studert videre i bananfluelarver. Disse larvene vil ha noen celler hvor genuttrykk er skrudd av, omgitt av mange normale celler. Vi vil følge larvene når de går gjennom perioder med sult og perioder hvor de fråtser i fersk mat. Vi ønsker spesifikt å studere den fysiologiske effekten av at autofagi skrus av på korrekt eller feilaktig måte. To postdoktorer har nå jobbet tre år på prosjektet, hvor den ene har optimalisert betingelser for å slå ned genuttrykk i bananflueceller i cellekultur og studere effekten av dette når cellene skrur av autofagi. Den andre postdoktoren har etablert metodene for å studere de samme genene i fettvevet til bananfluelarver. I begge systemer har vi nå etablert hvor raskt autofagi normalt skrus av når mat igjen er tilgjengelig. Vi har også optimalisert bildeanalysemetodene for å ekstrahere informasjon om autofagiprosessen fra bilder av bananflueceller i kultur og fra bilder av ulike bananfluevev under sult og tilbakeføring av mat. Vi har identifisert noen potensielle regulatorer av hvordan autofagi skrus av og har delvis identifisert mekanismene for hvordan disse fungerer. Vi jobber også med å forstå rollen til disse regulatorene under fysiologiske betingelser og i kreftutvikling. Funn fra prosjektet har vært presentert på internasjonale konferanser i 2021 (Nordic Autophagy Society møte i Tromsø, Norge), 2022 (EMBO Autophagy konferanse i Eger, Ungarn), 2023 (European Drosophila Research Conference i Lyon, Frankrike). I 2021 publiserte vi en artikkel om hvordan autofagi kan være en prosess som kan utnyttes i behandling av en form for kreft i hjernen. Dette er funn fra bananfluemodeller for denne krefttypen. I 2023 publiserte vi en artikkel om en bananfluemodell for MLL-rearrrangert leukemi. Dette er en av modellene vi bruker videre for å se på rollen til gener som regulerer hvordan autofagi skrus av. I 2023 publiserte vi også en artikkel med et datasett av annoterte bilder av Drosophila S2 celler i ulike stadier av autofagi. Disse kan brukes feltet til å utvikle analysemetoder, slik som med maskinlæring. Basert på funn fra dette prosjektet har prosjektleder søkt om og fått tildelt et ERC Starting Grant som startet i 2023. Dette er en meget prestisjefull tildeling fra det Europeiske forskningsrådet. Konklusjonene fra dette prosjektet vil ikke bare være relevant for å forstå denne viktige prosessen i bananfluer, men for å forstå denne overlevelsesprosessen i alle levende organismer.

Cells in a living organism need to be able to readily respond to changes in nutritional status. Upon starvation, certain tissues respond by activating catabolic processes, such as autophagy, to provide energy and building blocks to sustain essential cellular functions. Importantly, these cells must also turn off autophagy when nutrient supplies are replenished, because unrestricted autophagy is harmful to cellular fitness. Surprisingly little is known about how autophagy is terminated, especially in the context of a multicellular organism. This project aims at uncovering novel mechanisms of autophagy termination, using fruit flies as a model. To reach this goal, my team will first identify novel regulators of autophagy termination among transcription factors and signaling pathway components through a RNAi-mediated high-content imaging-based screen in fly cells in culture. Top candidates from this screen will be further evaluated in vivo in fly larvae using clonal experiments where wild-type and mutant cells are juxtaposed within the same tissue. To obtain a detailed mechanistic understanding of one or two identified novel regulators of autophagy termination, my team will use epistasis analysis, evaluate their relationship to conserved signaling pathways, study morphological changes in autophagy-related membranes and investigate their subcellular localization. Finally, we will analyze the impact of defects in autophagy termination on developmental timing of fly larvae, fitness of adult flies and a cancer cachexia phenotype. I envisage that the proposed screening strategy and follow-up experiments will lead to fundamental breakthroughs in our understanding of autophagy termination. In addition, this “Young Research Talents” project will allow my transition to a project group leader and propel my career as an independent researcher.