We present a procedure for cosmid cloning that allows rapid and efficient cloning of individual DNA fragments of between 32kb and 45kb. By appropriate treatment of the cloning vector, pJb8, we make left-hand and right-hand vector ends that are incapable of self-ligation but which accept dephosporylated insert DNA fragments. The inserted fragments are generated by partial digestion with MboI or Sau3A and are dephosphorylated to prevent ligation and insertion of non-contiguous fragments. The method eliminates the need to size the insert DNA fragments and prevents formation of clones containing short or multiple inserts. 1 microgram of target Drosophila DNA gives about 5 x 10(5) clones, with an average insert size of 38kb. We also describe a rapid and efficient method for preparing plasmid and cosmid DNA.

We have identified and characterized c-hairy1, an avian homolog of the Drosophila segmentation gene, hairy. c-hairy1 is strongly expressed in the presomitic mesoderm, where its mRNA exhibits cyclic waves of expression whose temporal periodicity corresponds to the formation time of one somite (90 min). The apparent movement of these waves is due to coordinated pulses of c-hairy1 expression, not to cell displacement along the anteroposterior axis, nor to propagation of an activating signal. Rather, the rhythmic c-hairy mRNA expression is an autonomous property of the paraxial mesoderm. These results provide molecular evidence for a developmental clock linked to segmentation and somitogenesis of the paraxial mesoderm, and support the possibility that segmentation mechanisms used by invertebrates and vertebrates have been conserved.

We have used the interaction trap, a yeast two-hybrid system, to identify proteins interacting with hairy, a basic-helix-loop-helix (bHLH) protein that represses transcription during Drosophila embryonic segmentation. We find that the groucho (gro) protein binds specifically to hairy and also to hairy-related bHLH proteins encoded by deadpan and the Enhancer of split complex. The C-terminal WRPW motif present in all these bHLH proteins is essential for this interaction. We demonstrate that these associations reflect in vivo maternal requirements for gro during neurogenesis, segmentation, and sex determination, three processes regulated by the above bHLH proteins, and we propose that gro is a transcriptional corepressor recruited to specific target promoters by hairy-related bHLH proteins.

Abstract

 Background: Neurons of the vertebrate central nervous system (CNS) are generated sequentially over a prolonged period from dividing neuroepithelial progenitor cells. Some cells in the progenitor cell population continue to proliferate while others stop dividing and differentiate as neurons. The mechanism that maintains the balance between these two behaviours is not known, although previous work has implicated Delta–Notch signalling in the process. Results: In normal development, the proliferative layer of the neuroepithelium includes both nascent neurons that transiently express Delta-1 (Dl1), and progenitor cells that do not. Using retrovirus-mediated gene misexpression in the embryonic chick retina, we show that where progenitor cells are exposed to Dl1 signalling, they are prevented from embarking on neuronal differentiation. A converse effect is seen in cells expressing a dominant-negative form of Dl1, Dl1^dn, which we show renders expressing cells deaf to inhibitory signals from their neighbours. In a multicellular patch of neuroepithelium expressing Dl1^dn, essentially all progenitors stop dividing and differentiate prematurely as neurons, which can be of diverse types. Thus, Delta–Notch signalling controls a cell's choice between remaining as a progenitor and differentiating as a neuron. Conclusions: Nascent retinal neurons, by expressing Dl1, deliver lateral inhibition to neighbouring progenitors; this signal is essential to prevent progenitors from entering the neuronal differentiation pathway. Lateral inhibition serves the key function of maintaining a balanced mixture of dividing progenitors and differentiating progeny. We propose that the same mechanism operates throughout the vertebrate CNS, enabling large numbers of neurons to be produced sequentially and adopt different characters in response to a variety of signals. A similar mechanism of lateral inhibition, mediated by Delta and Notch proteins, may regulate stem-cell function in other tissues.

Abstract The level of each RNA species depends on the balance between its rates of production and decay. Although previous studies have measured RNA decay across the genome in tissue culture and single-celled organisms, few experiments have been performed in intact complex tissues and organs. It is therefore unclear whether the determinants of RNA decay found in cultured cells are preserved in an intact tissue, and whether they differ between neighboring cell types and are regulated during development. To address these questions, we measured RNA synthesis and decay rates genome wide via metabolic labeling of whole cultured Drosophila larval brains using 4-thiouridine. Our analysis revealed that decay rates span a range of more than 100-fold, and that RNA stability is linked to gene function, with mRNAs encoding transcription factors being much less stable than mRNAs involved in core metabolic functions. Surprisingly, among transcription factor mRNAs there was a clear demarcation between more widely used transcription factors and those that are expressed only transiently during development. mRNAs encoding transient transcription factors are among the least stable in the brain. These mRNAs are characterized by epigenetic silencing in most cell types, as shown by their enrichment with the histone modification H3K27me3. Our data suggests the presence of an mRNA destabilizing mechanism targeted to these transiently expressed transcription factors to allow their levels to be regulated rapidly with high precision. Our study also demonstrates a general method for measuring mRNA transcription and decay rates in intact organs or tissues, offering insights into the role of mRNA stability in the regulation of complex developmental programs.

Memory and learning involve activity-driven expression of proteins and cytoskeletal reorganisation at new synapses, often requiring post-transcriptional regulation a long distance from corresponding nuclei. A key factor expressed early in synapse formation is Msp300/Nesprin-1, which organises actin filaments around the new synapse. How Msp300 expression is regulated during synaptic plasticity is not yet known. Here, we show that the local translation of msp300 is promoted during activity-dependent plasticity by the conserved RNA binding protein Syncrip/hnRNP Q, which binds to msp300 transcripts and is essential for plasticity. Single molecule imaging shows that Syncrip is associated in vivo with msp300 mRNA in ribosome-rich particles. Elevated neural activity alters the dynamics of Syncrip RNP granules at the synapse, suggesting a change in particle composition or binding that facilitates translation. These results introduce Syncrip as an important early-acting activity-dependent translational regulator of a plasticity gene that is strongly associated with human ataxias.

Timing of Drosophila neuroblast decommissioning is controlled in a lineage-specific manner. Following a prepupal ecdysone pulse, the ecdysone receptor and mediator complex cause neuroblasts to shrink. Shrinking is followed by nuclear accumulation of Prospero and cell cycle exit. Only mushroom body (MB) neuroblasts escape early pupal termination. Here, we demonstrate that the opposing temporal gradients of Imp and Syp RNA-binding proteins that govern temporal fate also regulate neuroblast decommissioning. The Imp gradient declines slower in MB neuroblasts so they still express Imp when it is absent from others. The presence of Imp in MB neuroblasts prevents decommissioning partly through inhibiting the mediator complex. Moreover, a timely induction of Imp can protect many non-MB neuroblasts from aging. We also show that the increasing Syp gradient permits Prospero accumulation and neuroblast termination. Together our results reveal that progeny temporal fate and progenitor decommissioning are co-regulated in protracted neuronal lineages.