Abstract In Drosophila , definitive hematopoiesis occurs in a specialized organ termed “lymph gland”, where multi-potent stem-like blood progenitor cells reside and their homeostasis is central to growth of this organ. Recent findings have implicated a reliance on neurotransmitters in progenitor development and function however, our understanding of these molecules is still limited. Here, we extend our analysis and show that blood-progenitors are self-sufficient in synthesizing dopamine, a well-established neurotransmitter and have modules for its sensing through receptor and uptake via, transporter. Modulating their expression in progenitor cells affects lymph gland growth. Progenitor cell cycle analysis revealed an unexpected requirement for intracellular dopamine in the progression of early progenitors from S to G2 phase of the cell cycle, while activation of dopamine-receptor later in development regulated progression from G2 to entry into mitosis. The dual capacity in which dopamine operates, both intra-cellular and extra-cellular, controls lymph gland growth. These data highlight a novel and non-canonical use of dopamine as a proliferative cue by the myeloid-progenitor system and reveals a functional requirement for intracellular dopamine in cell-cycle progression.

Abstract Cell types can be now defined at unprecedented resolution using high throughput assays. We analyzed the transcriptional signatures of Drosophila neurons, glia and hemocytes, as examples of cell types that are related by position (glia/neurons) or function (glia/hemocytes) or that are unrelated (neurons/hemocytes). The most related cells display the highest similarity level (neurons and glia), the least related ones, the lowest (neurons and hemocytes), however, cells can show plastic features. Glia are much more similar to neurons than to hemocytes in the embryo, but are equally similar to the two cell types in the larva, when hemocytes acquire more immune functions. Larval glia and hemocytes display common as well as specific immune features, such as the glia-specific NimA receptor, in agreement with the different environment faced by each cell types. Surprisingly, time represents a key identity parameter, as neurons, hemocytes and glia group more significantly by the stage than by the cell type and larval cells show upregulation of genes involved in chromatin organization and in DNA repair. This latter group of genes is linked to changes in gene expression levels and chromatin organization, revealing a function of these genes beyond DNA repair. Finally, the metabolic profiles reveal cell type-specific signatures and an overall shift from an embryonic, anabolic state to a larval, catabolic state.

Immune cells provide defense against the non-self, however recent data suggest roles well beyond innate immunity, in processes as diverse as development, metabolism and tumor progression. Nevertheless, the heterogeneity of these cells remains an open question. Using bulk RNA sequencing we find that the Drosophila immune cells (hemocytes) display distinct features in the embryo, a closed and rapidly developing system, compared to the larva, which is exposed to environmental and metabolic challenges. Through single cell RNA sequencing we identify fourteen hemocyte clusters present in unchallenged larvae and associated with distinct cellular processes e.g. proliferation, phagocytosis, metabolic homeostasis and humoral response. Finally, we characterize the changes occurring in the hemocyte clusters upon wasp infestation that triggers the differentiation of a novel cell type, the lamellocyte. This first molecular atlas provides precious insights and paves the way to study the biology of the Drosophila immune cells in physiological and pathological conditions.

Abstract Nutrient sensing and signaling play pivotal roles in animal growth. However, under dietary stress, this system falters, leading to growth defects. While immune cells are increasingly recognized as key nutrient sensors, their impact on animal growth remains poorly understood. In this study, we investigate how Drosophila larval macrophages respond to excessive dietary sugar and identify a reconfiguration of their metabolic state. They undergo a glycolytic shift, intensify TCA activity, and elevate TAG synthesis. While typical of sugarinduced nutrient stress, these changes interestingly exert contrasting effects on animal growth: glycolysis and increased TCA activity inhibit growth, while the lipogenic shift promotes it. However, the lipogenic response is insufficient to counteract the metabolic events suppressing growth, resulting in an overall reduction in adult fly size under high sugar conditions. Stimulating a pro-lipogenic immune state facilitates growth recovery, suggesting a growth paradigm governed by immune-metabolic transitions. This study unveils the unexpected influence of macrophage metabolic reprogramming on organismal growth homeostasis during Drosophila development, highlighting immune cell states as central determinants of growth, particularly under dietary stress.

Drosophila blood-progenitor cells generate an inflammatory cell-type termed lamellocyte, in response to parasitic wasp-infections. In this study we show that olfaction primes lamellocyte potential. Specifically, larval odor-detection mediated release of systemic γ-aminobutyric acid (GABA) from neurosecretory cells, is detected and internalized by blood progenitor-cells. GABA catabolism through the GABA-shunt pathway prevents Sima (HIFα) protein degradation. Sima is necessary and sufficient for lamellocyte induction. However, limited systemic GABA availability during development restricts blood-progenitor Sima levels and consequently their lamellocyte potential. Preconditioning Drosophila larvae in odor environments mimicking parasitoid-threatened conditions raises systemic GABA and blood-progenitor Sima levels. As a result, infection responses in these animals are rapid and efficient. Overall, this study explores the importance of sensory control of myeloid-immunity and unravels the adaptive influence of environmental odor experience on myeloid-metabolism and priming innate-immune potential.

Abstract The importance of reactive oxygen species (ROS) in myeloid cell development and function is well-established. However, a comprehensive understanding of metabolic states controlling ROS levels during hematopoiesis remains elusive. Myeloid-like blood progenitor cells of the Drosophila larvae reside in a specialized hematopoietic organ called the lymph gland. We find that these progenitors in homeostasis, utilize TCA to generate ROS. Excessive activation of TCA however raises ROS levels causing them to precociously differentiate and leads to retardation of lymph gland size. Thus, to maintain ROS homeostasis, progenitor cells utilize systemically derived GABA. GABA internalization and catabolism via inhibiting hydroxy prolyl hydroxylase (Hph) activity, promotes pyruvate dehydrogenase kinase enzyme activity (PDK). PDK controls inhibitory phosphorylation of pyruvate dehydrogenase (PDH), the rate-limiting enzyme, connecting pyruvate to TCA cycle and OXPHOS. Thus, by regulating PDK, GABA regulates progenitor TCA activity and ROS levels. In addition to this, GABA-catabolism/Hph axis via Hifα/Sima drives a glycolytic state in progenitor cells. The dual control established by GABA on PDK and Sima maintains progenitor cell metabolism and sustains ROS homeostasis necessary for their development. Taken together, our study demonstrates the metabolic underpinnings of GABA in myeloid ROS regulation and their development, the relevance of which may be broadly conserved.

ABSTRACT Progenitors of the thoracic tracheal system of adult Drosophila (tracheoblasts) arrest in G2 during larval life and rekindle a mitotic program subsequently. G2 arrest is dependent on ATR-dependent phosphorylation of Chk1 that is actuated in the absence of detectable DNA damage. We are interested in the mechanisms that activate ATR/Chk1 (Kizhedathu et al., 2018, 2020). Here we report that levels of reactive oxygen species (ROS) are high in arrested tracheoblasts and decrease upon mitotic re-entry. High ROS is dependent on expression of Duox, an H 2 O 2 generating-Dual Oxidase. ROS quenching by overexpression of Superoxide Dismutase 1, or by knockdown of Duox, abolishes Chk1 phosphorylation and results in precocious proliferation. Tracheae deficient in Duox, or deficient in both Duox and regulators of DNA damage-dependent ATR/Chk1 activation (Claspin/ATRIP/TOPBP1), can induce phosphorylation of Chk1 in response to micromolar concentrations of H 2 O 2 in minutes. The findings presented reveal that H 2 O 2 activates ATR/Chk1 in tracheoblasts by a non-canonical, potentially direct, mechanism.