The Molecular Crosstalk between the MET Receptor Tyrosine Kinase and the DNA Damage Response - Biological and Clinical Aspects

Radiation therapy remains an imperative treatment modality for numerous malignancies. Enduring significant technical achievements both on the levels of treatment planning and radiation delivery have led to improvements in local control of tumor growth and reduction in healthy tissue toxicity. Nevertheless, resistance mechanisms, which presumably also involve activation of DNA damage response signaling pathways that eventually may account for loco-regional relapse and consequent tumor progression, still remain a critical problem. Accumulating data suggest that signaling via growth factor receptor tyrosine kinases, which are aberrantly expressed in many tumors, may interfere with the cytotoxic impact of ionizing radiation via the direct activation of the DNA damage response, leading eventually to so-called tumor radioresistance. The aim of this review is to overview the current known data that support a molecular crosstalk between the hepatocyte growth factor receptor tyrosine kinase MET and the DNA damage response. Apart of extending well established concepts over MET biology beyond its function as a growth factor receptor, these observations directly relate to the role of its aberrant activity in resistance to DNA damaging agents, such as ionizing radiation, which are routinely used in cancer therapy and advocate tumor sensitization towards DNA damaging agents in combination with MET targeting.

Emergence of extensively drug-resistant Haemophilus parainfluenzae in Switzerland

Two homosexual men were colonized in the urethra with Haemophilus parainfluenzae nonsusceptible to ampicillin (MIC, 8 μg/ml), amoxicillin-clavulanate (MIC, 4 μg/ml), cefotaxime (MIC, 1.5 μg/ml), cefepime (MIC, 3 μg/ml), meropenem (MIC, 0.5 μg/ml), cefuroxime, azithromycin, ciprofloxacin, tetracycline, and chloramphenicol (all MICs, ≥ 32 μg/ml). Repetitive extragenic palindromic PCR (rep-PCR) showed that the strains were indistinguishable. The isolates had amino acid substitutions in PBP3, L4, GyrA, and ParC and possessed Mef(A), Tet(M), and CatS resistance mechanisms. This is the first report of extensively drug-resistant (XDR) H. parainfluenzae.

Antiretrovirale Therapie

Antiretroviral therapy to treat HIV, as we know it today, is nothing less than a huge success story in modern medical history. What used to be an almost certain death-sentence was transformed into a very manageable chronic disease by means of highly efficient und mostly well tolerated drugs. Today, HIV-infected patients treated according to international recommendations have a very good chance to outgo the negative effects of HIV-1 and are therefore able to reach an almost normal life expectancy. Furthermore, patients successfully treated with antiretroviral drugs are no longer infectious, which is an essential aspect of global strategies to overcome the pandemic. Nevertheless, due to the complexity of HIV, physicians treating patients with antiretroviral therapy require profound knowledge of aspects such as viral resistance mechanisms and immune reconstitution, as well as drug-toxicity und drug-drug-interactions. Many other aspects such as long-term side-effects of antiretroviral drugs are still unknown. Strict adherence to treatment is of utmost importance.

Thiazolides promote apoptosis in colorectal tumor cells via MAP kinase-induced Bim and Puma activation

While many anticancer therapies aim to target the death of tumor cells, sophisticated resistance mechanisms in the tumor cells prevent cell death induction. In particular enzymes of the glutathion-S-transferase (GST) family represent a well-known detoxification mechanism, which limit the effect of chemotherapeutic drugs in tumor cells. Specifically, GST of the class P1 (GSTP1-1) is overexpressed in colorectal tumor cells and renders them resistant to various drugs. Thus, GSTP1-1 has become an important therapeutic target. We have recently shown that thiazolides, a novel class of anti-infectious drugs, induce apoptosis in colorectal tumor cells in a GSTP1-1-dependent manner, thereby bypassing this GSTP1-1-mediated drug resistance. In this study we investigated in detail the underlying mechanism of thiazolide-induced apoptosis induction in colorectal tumor cells. Thiazolides induce the activation of p38 and Jun kinase, which is required for thiazolide-induced cell death. Activation of these MAP kinases results in increased expression of the pro-apoptotic Bcl-2 homologs Bim and Puma, which inducibly bind and sequester Mcl-1 and Bcl-xL leading to the induction of the mitochondrial apoptosis pathway. Of interest, while an increase in intracellular glutathione levels resulted in increased resistance to cisplatin, it sensitized colorectal tumor cells to thiazolide-induced apoptosis by promoting increased Jun kinase activation and Bim induction. Thus, thiazolides may represent an interesting novel class of anti-tumor agents by specifically targeting tumor resistance mechanisms, such as GSTP1-1.

Minimal residual disease in cancer therapy - Small things make all the difference

Minimal residual disease (MRD) is a major hurdle in the eradication of malignant tumors. Despite the high sensitivity of various cancers to treatment, some residual cancer cells persist and lead to tumor recurrence and treatment failure. Obvious reasons for residual disease include mechanisms of secondary therapy resistance, such as the presence of mutant cells that are insensitive to the drugs, or the presence of cells that become drug resistant due to activation of survival pathways. In addition to such unambiguous resistance modalities, several patients with relapsing tumors do not show refractory disease and respond again when the initial therapy is repeated. These cases cannot be explained by the selection of mutant tumor cells, and the precise mechanisms underlying this clinical drug resistance are ill-defined. In the current review, we put special emphasis on cell-intrinsic and -extrinsic mechanisms that may explain mechanisms of MRD that are independent of secondary therapy resistance. In particular, we show that studying genetically engineered mouse models (GEMMs), which highly resemble the disease in humans, provides a complementary approach to understand MRD. In these animal models, specific mechanisms of secondary resistance can be excluded by targeted genetic modifications. This allows a clear distinction between the selection of cells with stable secondary resistance and mechanisms that result in the survival of residual cells but do not provoke secondary drug resistance. Mechanisms that may explain the latter feature include special biochemical defense properties of cancer stem cells, metabolic peculiarities such as the dependence on autophagy, drug-tolerant persisting cells, intratumoral heterogeneity, secreted factors from the microenvironment, tumor vascularization patterns and immunosurveillance-related factors. We propose in the current review that a common feature of these various mechanisms is cancer cell dormancy. Therefore, dormant cancer cells appear to be an important target in the attempt to eradicate residual cancer cells, and eventually cure patients who repeatedly respond to anticancer therapy but lack complete tumor eradication.

Metabolic responses to temperature stress under elevated pCO2 in Crepidula fornicata

In the current context of environmental change, ocean acidification is predicted to affect the cellular processes, physiology and behaviour of all marine organisms, impacting survival, growth and reproduction. In relation to thermal tolerance limits, the effects of elevated pCO2 could be expected to be more pronounced at the upper limits of the thermal tolerance window. Our study focused on Crepidula fornicata, an invasive gastropod which colonized shallow waters around European coasts during the 20th century. We investigated the effects of 10 weeks' exposure to current (380 µatm) and elevated (550, 750, 1,000 µatm) pCO2 on this engineer species using an acute temperature increase (1 °C/12 h) as the test. Respiration rates were measured on both males (small individuals) and females (large individuals). Mortality increased suddenly from 34 °C, particularly in females. Respiration rate in C. fornicata increased linearly with temperature between 18 and 34 °C, but no differences were detected between the different pCO2 conditions either in the regressions between respiration rate and temperature or in Q10 values. In the same way, condition indices were similar in all the pCO2 treatments at the end of the experiment, but decreased from the beginning of the experiment. This species was highly resistant to acute exposure to high temperature regardless of pCO2 levels, even though food was limited during the experiment. Crepidula fornicata appears to have either developed resistance mechanisms or a strong phenotypic plasticity to deal with fluctuations of physicochemical parameters in its habitat. This suggests that invasive species may be more resistant to future environmental changes than its native competitors.

Bases moleculares de la resistencia a insecticidas en la mosca mediterránea de la fruta Ceratitis Capitata (Wiedemann)

La mosca mediterránea de la fruta Ceratitis capitata (Wiedemann, 1824) está considerada una de las plagas clave para la fruticultura. El malatión es un insecticida organofosforado que fue empleado mayoritariamente en España para el control de C. capitata hasta 2009, año en el que dejó de utilizarse por no estar incluido en el anexo I de la Directiva Europea 91/414/ECC. El incremento del uso del malatión, debido a las graves pérdidas económicas causadas por C. capitata, provocó la aparición de poblaciones de campo resistentes. El estudio de una población resistente a malatión, recogida en Castelló en 2004, permitió la identificación de dos mecanismos de resistencia: una mutación puntual (G328A) en la acetilcolinesterasa (AChE) y un mecanismo de resistencia metabólica, probablemente mediado por carboxilesterasas. Teniendo en cuenta estos antecedentes, nos propusimos estudiar los mecanismos implicados en la resistencia a malatión en C. capitata. Además, durante el desarrollo de esta Tesis, el malatión fue sustituido por otros insecticidas como el espinosad y la lambda-cialotrina para el control de la plaga. En este nuevo contexto, es extremadamente importante analizar la susceptibilidad de poblaciones de campo frente a espinosad y estudiar la posible existencia de resistencia cruzada a estos insecticidas, así como sentar las bases para el estudio de futuros mecanismos de resistencia. En primer lugar, analizamos mediante bioensayos con dosis discriminante la susceptibilidad a malatión y espinosad en doce poblaciones de C. capitata de Andalucía, Aragón, Cataluña, Comunidad Valenciana e Islas Baleares; y nuestros resultados sugirieron la presencia de individuos resistentes a malatión en la mayoría de las poblaciones analizadas. En el caso del espinosad, observamos que la susceptibilidad a este insecticida de origen biológico fue elevada en la mayoría de las poblaciones, sin embargo, la población recogida en Xàbia (Alicante) mostró un nivel de susceptibilidad unas dos veces menor al resto de poblaciones. Mediante la selección en laboratorio, obtuvimos dos líneas resistentes a malatión, W-4Km y W-10Km, con unos niveles de resistencia con respeto a la línea susceptible C de 178 y 400 veces, respectivamente. Además, se seleccionó por primera vez en C. capitata una línea altamente resistente a espinosad (Xàbia-W-100s), que actualmente es unas 500 veces más resistente que la línea de laboratorio C. Con el objetivo de escoger la estrategia más adecuada para el manejo de la plaga, estudiamos la susceptibilidad a diferentes tipos de insecticidas en la línea resistente a malatión W- 4Km. En esta línea detectamos resistencia cruzada moderada a los organofosforados fentión, diazinón, fosmet, triclorfón y metil-clorpirifos (de 7 a 16 veces) y frente al carbamato carbaril, al piretroide lambda-cialotrina y al quimioesterilizante lufenurón (de 4 a 6 veces). Por otra parte, la resistencia cruzada frente a espinosad fue baja (1,5 veces). Es importante destacar que los niveles de resistencia estimados frente a todos los insecticidas fueron de uno o dos órdenes de magnitud inferiores al observado en la línea W-4Km frente a malatión (178 veces), hecho que podría deberse, al menos, a dos posibles hipótesis: que la mutación AChE G328A confiera mayor insensibilidad al malaoxón (forma activa del malatión) que a otros insecticidas que tienen como diana la AChE y/o, en segundo lugar, que el mecanismo de resistencia mediado por carboxilesterasas hidrolice el malatión de manera más eficiente que los otros insecticidas analizados. En el estudio de nuevos mecanismos de resistencia en C. capitata, por un lado, analizamos la diversidad de enzimas citocromo P450, asociadas con resistencia metabólica en otras especies, y por otro lado, desarrollamos un sistema para la detección de nuevas mutaciones puntuales que pudiesen aparecer en los genes que codifican la AChE (Ccace2) y la aliesterasa (Ccae7). Mediante el empleo de cebadores degenerados obtuvimos 37 genes CYP, que codifican enzimas P450, pertenecientes a cinco familias. Posteriormente, en un estudio de inducción con fenobarbital, observamos que la expresión de cuatro de los seis genes analizados era susceptible de ser inducida. Por otro lado, se puso a punto un sistema que permite amplificar y secuenciar, a partir de DNA genómico, los exones de los genes Ccace2 y Ccae7 en los que se han encontrado mutaciones relacionadas con resistencia a insecticidas en otras especies. Los resultados obtenidos facilitarán el estudio de nuevos mecanismos de resistencia mediados por estas enzimas en C. capitata. Se diseñó un método PCR-RFLP para identificar los individuos portadores de la mutación AChE G328A (alelo de resistencia Ccace2R) sin la necesidad de realizar bioensayos y que, además, permite detectar resistencia cuando ésta se encuentra a baja frecuencia. Según el análisis realizado, el alelo Ccace2R se observó en 25 de las 27 localidades españolas muestreadas en el territorio español, incluyendo las Islas Baleares y Canarias. Sin embargo, este alelo no se detectó en poblaciones procedentes de once países y de cinco continentes. El análisis de la presencia del alelo Ccace2R en las líneas resistentes a malatión durante el proceso de selección en el laboratorio mostró una rápida disminución de los homocigotos, tanto para el alelo susceptible como para el alelo de resistencia, en favor de los individuos heterocigotos. Así, después de 52 generaciones de selección, se observó que la totalidad de los individuos analizados de la línea W-10Km presentaban un genotipo heterocigoto para la mutación AChE G328A. Este desequilibrio contradice la segregación mendeliana esperada para un gen con dos alelos pero podría ser explicado por la existencia de una duplicación del gen Ccace2. La demostración de la presencia de esta duplicación se realizó mediante: i) el cruzamiento de individuos heterocigotos de la línea W-10Km con homocigotos susceptibles de la línea C, que dio lugar a una descendencia en la que el 100% de los individuos eran heterocigotos; ii) la evaluación del número de copias del gen Ccace2 por PCR cuantitativa en tiempo real (qPCR), que resultó dos veces mayor en individuos de la línea W-10Km en comparación con los de la línea C; iii) el análisis del nivel de expresión de Ccace2, que fue el doble en la línea W-10Km con respecto a la línea C, y iv) el estudio de la actividad AChE, que resultó mayor en los individuos de la línea W-10Km. Según los resultados obtenidos, una duplicación del gen Ccace2 provoca la coexistencia en un mismo cromosoma del alelo silvestre y del alelo mutado y, además, las dos copias del gen Ccace2, al estar ligadas, producen una heterocigosis permanente (Ccace2RS). De esta manera se explica que el hecho de que 100% de los individuos de la línea W-10Km mostrasen un perfil de restricción correspondiente a un individuo heterocigoto ya que, en realidad, eran homocigotos estructurales para la duplicación (genotipo CCace2RS/RS). Se ha detectado un coste biológico asociado a la duplicación que consiste en un incremento en la mortalidad acumulada de los adultos a partir del séptimo día después de la emergencia. La descripción de la duplicación Ccace2RS supone la identificación de un nuevo mecanismo de resistencia a malatión en C. capitata. Finalmente, mediante el diseño de un método de doble PCR-RFLP se determinó la presencia de la duplicación Ccace2RS en la mayoría de las poblaciones españolas. La proporción de individuos portadores de la duplicación osciló entre el 5% y el 35%, observándose los mayores valores de frecuencia en las poblaciones de C. capitata recogidas en la cuenca mediterránea. Podemos por lo tanto concluir que la resistencia a malatión asociada a la mutación AChE G328A y a la duplicación Ccace2RS está ampliamente establecida en las poblaciones españolas de C. capitata. Nuestros resultados desaconsejan la utilización del malatión (si fuera de nuevo autorizado) o de otros organofosforados para el control de esta plaga. Además, una de las líneas resistentes a malatión mostró resistencia cruzada frente a insecticidas con diferentes modos de acción y que se utilizan actualmente para el control de C. capitata, tales como lambda-cialotrina y lufenurón. La alta susceptibilidad a espinosad observada en las poblaciones españolas, así como la reducida resistencia cruzada estimada para este insecticida, sugieren que su utilización es adecuada para el control de la plaga. Sin embargo, la utilización de un sólo insecticida puede entrañar riesgos por favorecer la selección de resistencia, de hecho, mediante selección en laboratorio se obtuvo una población altamente resistente a espinosad. Por tanto, es recomendable implementar programas de control integrado y de manejo de la resistencia en C. capitata utilizando distintos sistemas de control e insecticidas con diferentes mecanismos de acción que permitan su sostenibilidad en el tiempo. Los sistemas de detección de alelos de resistencia desarrollados en este trabajo permitirán la detección precoz de resistencia en campo, facilitando la decisión sobre el sistema de control más adecuado. Además, los conocimientos generados podrán contribuir al desarrollo de nuevos sistemas de detección para otros mecanismos de resistencia. Abstract. The Mediterranean fruit fly, Ceratitis capitata (Wiedemann, 1824), is considered one of the most harmful pests in fruit crops. Until 2009, when malathion use was banned due to its not inclusion in the Annex I of Directive 91/414/EEC, the application of this organophosphate (OP) insecticide in Spain increased gradually due to the large economic losses caused by C. capitata. The increase in the frequency of treatments resulted in the development of resistant field populations. The study of a malathion-resistant population, collected in 2004 in Castelló (Comunidad Valenciana), allowed the identification of two resistance mechanisms: a single point mutation (G328A) in the target acetylcholinesterase (AChE), as well as a metabolic resistance mechanism, most likely carboxylesterase-mediated. Taking all the preceding into account, we studied the malathion resistance mechanisms in C. capitata. During the development of this PhD Thesis malathion use was banned by the European Union, being replaced by other insecticides, such as spinosad and lambda-cyhalotrin. Within this new working frame, the need to analyse the possible existence of cross-resistance to these insecticides and the susceptibility to spinosad in field populations was raised. This would define the baseline for future studies on resistance mechanisms. Firstly, through discriminant dose bioassays, we analysed malathion and spinosad susceptibility in twelve C. capitata populations from Andalucia, Aragon, Cataluña, C. Valenciana and the Baleares Islands. Our results suggest the presence of malathion-resistant individuals in most of the populations analysed. Regarding spinosad, we noticed a high susceptibility to this biologically derived insecticide in most of the populations, but in the one collected in Xabia (Alicante), which had a susceptibility level two times lower than the rest of populations. Through laboratory selection, we obtained two malathion-resistant strains, W-4Km and W-10Km, with resistance levels 178- and 400-fold, respectively, compared to the control susceptible C strain. Besides, a strain highly-resistant to spinosad (Xabia-W-100s), 500-times more resistant than control C strain, was selected. In order to decide the most appropriate management strategy for the pest, we studied the susceptibility to different insecticides in the malathion-resistant W-4Km strain. We detected a moderated cross-resistance to the OPs fenthion, diazinon, phosmet, trichlorphon and methylchlorpyrifos (7- to 16-fold), and to the carbamate carbaryl, the pyretroid lambda-cyhalotrin and the chemosterilizer lufenuron (4- to 6-fold). On the other hand, cross-resistance to spinosad was low (1.5-fold). It is important to note that resistance levels to all insecticides were one or two orders of magnitude less than that observed against malathion in W-4Km strain (178-fold), a fact that might be due to, at least, two possible causes: mutation AChE G328A may provide a higher insensitivity to malaoxon (the active form of malathion) than to other insecticides having AChE as target, and/or, secondly, the carboxylesterase-mediated resistance mechanism hydrolyzes malathion more efficiently than all other analysed insecticides. To investigate new resistance mechanisms in C. capitata we analysed the diversity of the cytochrome P450 enzymes, which have been associated to metabolic resistance in insects, and we developed a new method to detect single point mutations in acetylcholinesterase (Ccace2) and aliesterase (Ccae7) genes that could appear. Using degenerate primers we obtained 37 CYP genes, coding P450 enzymes, included in five families. Afterwards, in a phenobarbital-induction study, we observed that the expression of 4 out of the 6 analysed genes could be induced. On the other hand, a system was set up to amplify and to sequence from genomic DNA the exons of genes Ccace2 and Ccae7 where mutations related to insecticide resistance have been found in other species. The results obtained could facilitate the study of new resistance mechanisms in C. capitata mediated by these enzymes. A PCR-RFLP method was designed to detect the presence of the mutation AChE G328A (resistance allele Ccace2R), with no need to perform bioassays and allowing detecting resistance at low frequency. According to the analysis, the resistance allele was found in 25 out of 27 sampled locations in Spain, including the Balearic and the Canary Islands. However, this allele was not detected in other populations collected in 11 countries from 5 continents. The follow-up of the presence of the allele Ccace2R in the malathion-resistant strains during the selection process in the laboratory showed a quick decrease in homozygous individuals, for both the susceptible and the resistant alleles, favouring heterozygous. Thus, after 52 generations of selection, all the individuals analysed from W-10Km strain showed a heterozygous genotype for mutation AChE G328A, contradicting mendelian segregation as expected for a gene with two alleles. Afterwards, we were able to demonstrate that this was caused by the presence of a duplication of the gene coding acetylcholinesterase by: i) crossing heterozygous individuals from W-10Km strain with susceptible homozygous from C strain, originating a F1 population in which 100% of individuals were heterozygous; ii) evaluating the number of copies of gen Ccace2 by quantitative PCR in real time (qPCR), that happened to be twice higher in individuals from W-10Km VII strain when compared with C strain; iii) analysing the level of expression of Ccace2, twice in W- 10Km strain when compared to C strain; iv) studying the acetylcholinesterase activity, that was higher in individuals from W-10Km strain. According to these results, duplication of gen Ccace2 originates the coexistence of the susceptible and the resistant allele in the same chromosome. The two linked copies of the gene Ccace2 provoke the existence of permanent heterozygosis (Ccace2RS). This explains why the 100% of individuals from W-10Km strain showed an heterozygous restriction pattern since, in fact, they were structural homozygotes for the duplication (genotype Ccace2RS/RS). A biological cost has been detected associated to this duplication, consisting in a rise in accumulated adult mortality from the seventh day after emergence. The Ccace2RS duplication described in this study represents a new resistance mechanism to malathion in C. capitata. Finally, by the design of a double PCR-RFLP method, the presence of Ccace2RS duplication was confirmed in most of the Spanish populations. We observed that the proportion of individuals carrying the duplication oscillated between 5 and 35%, the frequency being higher in those C. capitata populations collected in the area of the Mediterranean basin. Therefore, we can conclude that malathion resistance associated to mutation AChE G328A and to Ccace2RS duplication are widely distributed in Spanish populations of C. capitata. Our results advice against the use of malathion (if it came to be newly authorized for use) or other OPs for the control of this pest. Besides, one of the malathion-resistant strains showed cross-resistance against insecticides with diverse action modes that are currently used for pest control, such as lambdacyhalotrin and lufenuron. High susceptibility to spinosad in the Spanish populations, as well as the reduced cross-resistance estimated for this insecticide suggests its adequacy for Medfly control. However, the use of a single insecticide is a risky strategy since it favours the selection of resistance. In fact, a population highly resistant to spinosad was obtained through laboratory selection. Therefore, it is advisable to implement integrated pest management (IPM) and resistance management programs for C. capitata control. Using insecticides with different modes of action and diverse control systems would contribute to the sustainability of the pest control. The resistance allele detection systems developed through this work will allow the early detection of resistance in the field, making possible the selection of the most appropriate method for pest control. Besides, the generated knowledge may also contribute to the development of new detection systems for other resistance mechanisms.

Alterazione della proteostasi a livello del reticolo endoplasmatico: un potenziale target terapeutico nel carcinoma prostatico

Nel sesso maschile il carcinoma della prostata (CaP) è la neoplasia più frequente ed è tra le prime cause di morte per tumore. Ad oggi, sono disponibili diverse strategie terapeutiche per il trattamento del CaP, ma, come comprovato dall’ancora alta mortalità, spesso queste sono inefficaci, a causa soprattutto dello sviluppo di fenomeni di resistenza da parte delle cellule tumorali. La ricerca si sta quindi focalizzando sulla caratterizzazione di tali meccanismi di resistenza e, allo stesso tempo, sull’individuazione di combinazioni terapeutiche che siano più efficaci e capaci di superare queste resistenze. Le cellule tumorali sono fortemente dipendenti dai meccanismi connessi con l’omeostasi proteica (proteostasi), in quanto sono sottoposte a numerosi stress ambientali (ipossia, carenza di nutrienti, esposizione a chemioterapici, ecc.) e ad un’aumentata attività trascrizionale, entrambi fattori che causano un accumulo intracellulare di proteine anomale e/o mal ripiegate, le quali possono risultare dannose per la cellula e vanno quindi riparate o eliminate efficientemente. La cellula ha sviluppato diversi sistemi di controllo di qualità delle proteine, tra cui gli chaperon molecolari, il sistema di degradazione associato al reticolo endoplasmatico (ERAD), il sistema di risposta alle proteine non ripiegate (UPR) e i sistemi di degradazione come il proteasoma e l’autofagia. Uno dei possibili bersagli in cellule tumorali secretorie, come quelle del CaP, è rappresentato dal reticolo endoplasmatico (RE), organello intracellulare deputato alla sintesi, al ripiegamento e alle modificazioni post-traduzionali delle proteine di membrana e secrete. Alterazioni della protestasi a livello del RE inducono l’UPR, che svolge una duplice funzione nella cellula: primariamente funge da meccanismo omeostatico e di sopravvivenza, ma, quando l’omeostasi non è più ripristinabile e lo stimolo di attivazione dell’UPR cronicizza, può attivare vie di segnalazione che conducono alla morte cellulare programmata. La bivalenza, tipica dell’UPR, lo rende un bersaglio particolarmente interessante per promuovere la morte delle cellule tumorali: si può, infatti, sfruttare da una parte l’inibizione di componenti dell’UPR per abrogare i meccanismi adattativi e di sopravvivenza e dall’altra si può favorire il sovraccarico dell’UPR con conseguente induzione della via pro-apoptotica. Le catechine del tè verde sono composti polifenolici estratti dalle foglie di Camellia sinesis che possiedono comprovati effetti antitumorali: inibiscono la proliferazione, inducono la morte di cellule neoplastiche e riducono l’angiogenesi, l’invasione e la metastatizzazione di diversi tipi tumorali, tra cui il CaP. Diversi studi hanno osservato come il RE sia uno dei bersagli molecolari delle catechine del tè verde. In particolare, recenti studi del nostro gruppo di ricerca hanno messo in evidenza come il Polyphenon E (estratto standardizzato di catechine del tè verde) sia in grado, in modelli animali di CaP, di causare un’alterazione strutturale del RE e del Golgi, un deficit del processamento delle proteine secretorie e la conseguente induzione di uno stato di stress del RE, il quale causa a sua volta l’attivazione delle vie di segnalazione dell’UPR. Nel presente studio su due diverse linee cellulari di CaP (LNCaP e DU145) e in un nostro precedente studio su altre due linee cellulari (PNT1a e PC3) è stato confermato che il Polyphenon E è capace di indurre lo stress del RE e di determinare l’attivazione delle vie di segnalazione dell’UPR, le quali possono fungere da meccanismo di sopravvivenza, ma anche contribuire a favorire la morte cellulare indotta dalle catechine del tè verde (come nel caso delle PC3). Considerati questi effetti delle catechine del tè verde in qualità di induttori dell’UPR, abbiamo ipotizzato che la combinazione di questi polifenoli bioattivi e degli inibitori del proteasoma, anch’essi noti attivatori dell’UPR, potesse comportare un aggravamento dell’UPR stesso tale da innescare meccanismi molecolari di morte cellulare programmata. Abbiamo quindi studiato l’effetto di tale combinazione in cellule PC3 trattate con epigallocatechina-3-gallato (EGCG, la principale tra le catechine del tè verde) e due diversi inibitori del proteasoma, il bortezomib (BZM) e l’MG132. I risultati hanno dimostrato, diversamente da quanto ipotizzato, che l’EGCG quando associato agli inibitori del proteasoma non produce effetti sinergici, ma che anzi, quando viene addizionato al BZM, causa una risposta simil-antagonistica: si osserva infatti una riduzione della citotossicità e dell’effetto inibitorio sul proteasoma (accumulo di proteine poliubiquitinate) indotti dal BZM, inoltre anche l’induzione dell’UPR (aumento di GRP78, p-eIF2α, CHOP) risulta ridotta nelle cellule trattate con la combinazione di EGCG e BZM rispetto alle cellule trattate col solo BZM. Gli stessi effetti non si osservano invece nelle cellule PC3 trattate con l’EGCG in associazione con l’MG132, dove non si registra alcuna variazione dei parametri di vitalità cellulare e dei marcatori di inibizione del proteasoma e di UPR (rispetto a quelli osservati nel singolo trattamento con MG132). Essendo l’autofagia un meccanismo compensativo che si attiva in seguito all’inibizione del proteasoma o allo stress del RE, abbiamo valutato che ruolo potesse avere tale meccanismo nella risposta simil-antagonistica osservata in seguito al co-trattamento con EGCG e BZM. I nostri risultati hanno evidenziato, in cellule trattate con BZM, l’attivazione di un flusso autofagico che si intensifica quando viene addizionato l’EGCG. Tramite l’inibizione dell’autofagia mediante co-somministrazione di clorochina, è stato possibile stabilire che l’autofagia indotta dall’EGCG favorisce la sopravvivenza delle cellule sottoposte al trattamento combinato tramite la riduzione dell’UPR. Queste evidenze ci portano a concludere che per il trattamento del CaP è sconsigliabile associare le catechine del tè verde con il BZM e che in futuri studi di combinazione di questi polifenoli con composti antitumorali sarà importante valutare il ruolo dell’autofagia come possibile meccanismo di resistenza.

Efeito do estresse hídrico sobre a locomoção e morfologia de girinos de Leptodactylus fuscus e Physalaemus nattereri

Diversas espécies de anuros da família Leptodactylidae se reproduzem em corpos dágua sazonais, temporários e mantidos exclusivamente por chuvas. Em períodos de estiagem prolongada a poça pode secar completamente, ocasionando elevadas taxas de mortalidade de ovos e girinos dessas espécies, podendo exercer forte pressão seletiva na evolução de mecanismos de resistência e sobrevivência nas fases iniciais do desenvolvimento. Algumas espécies de girinos conseguem sobreviver cerca de cinco dias fora dágua o que pode proporcionar uma adaptação vantajosa, porque possibilita a sobrevivência dos girinos por um período que pode ser suficiente para a reincidência de novas chuvas e restabelecimento do corpo dágua. Apesar dessa capacidade de sobrevivência, pouco se sabe sobre as possíveis modificações que a desidratação pode causar na locomoção e na morfologia durante o desenvolvimento desses animais. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o efeito do estresse hídrico: (1) no nível de sobrevivência e perda de massa corpórea; (2) no desempenho locomotor; (3) na morfologia externa (morfometria linear) e interna, analisando tanto o volume total quanto o volume visceral (estereologia); e (4) no tempo até metamorfose após o estresse. Utilizamos girinos de duas espécies de anuros, Leptodactylus fuscus (Leptodactylinae) e Physalaemus nattereri (Leiuperinae), ambas as espécies se reproduzem em corpos dágua temporários, em áreas com estação seca definida estando, portanto sujeitas as mesmas pressões seletivas. Além disso, as duas espécies apresentam modos reprodutivos diferentes, podendo apresentar diferentes graus de resistência ao estresse hídrico. Os girinos das duas espécies foram divididos em dois grupos, os que ficaram em água (grupo controle) e os que foram submetidos ao estresse hídrico (grupo tratamento), por três períodos de tempo (12, 24 e 72 horas). Houve diferenças significativas para valores de perda de massa entre os grupos controle e tratamento em ambas as espécies, sendo o grupo tratamento que mais perdeu massa corpórea em todos os períodos, além disso, quase metade dos girinos de P. nattereri morreram em 36 horas de estresse. Não houve diferenças significativas para os dados de desempenho locomotor e volume total entre os grupos testado para girinos de L. fuscus, mas houve diferenças morfometricas significantes nos componentes relacionados a cauda e no volume visceral, onde, o intestino do grupo tratamento foi menor que do controle. Já em P. nattereri, houve diferenças significativas entre os grupos testados para desempenho locomotor, volume total, morfometria da cauda e volume visceral, sendo o estomago e anexo do tratamento maior que do controle. Nossos resultados sugerem que a exposição ao estresse hídrico não afeta significativamente a morfologia e o desempenho locomotor dos girinos de L. fuscus. No entanto, girinos de P. nattereri apresentaram uma sensibilidade ao estresse hídrico prolongado, principalmente sobre o seu desempenho locomotor.

Levantamento de ocorrência, alternativas de manejo, mecanismos de resistência e herança genética do capim-amargoso (Digitaria insularis) resistente ao herbicida glyphosate

O glyphosate é o principal herbicida utilizado no manejo de plantas daninhas na agricultura, aplicado em alguns sistemas de forma repetitiva ao longo de cada ano. Esta prática selecionou biótipos resistentes de espécies de plantas daninhas, sendo o capim-amargoso (Digitaria insularis) selecionado no Brasil. Portanto, se tornam necessários estudos para entender, manejar e reduzir a infestação do capim-amargoso resistente ao glyphosate. Dessa forma, esta pesquisa foi desenvolvida com os objetivos de: (i) mapear áreas do Brasil com possíveis infestações de capim-amargoso resistente ao glyphosate; (ii) avaliar alternativas químicas de seu manejo; (iii) elucidar os mecanismos de resistência ao glyphosate e; (iv) avaliar a herança genética dos genes que conferem resistência ao glyphosate. Para o desenvolvimento dos experimentos foram coletadas sementes de biótipos potencialmente resistentes de diversas regiões do Brasil onde ocorreram falhas de controle de D. insularis após a aplicação de glyphosate. Na primeira etapa da pesquisa foram realizados experimentos para determinação de uma dose discriminatória de triagementre as populações resistentes e suscetíveis ao glyphosate, através de curvas de dose-resposta, para identificar a resistência ao Glyphosate, sendo que estes dados foram utilizados para mapear a ocorrência de biótipos resistentes em algumas regiões do país. Na segunda etapa foi conduzido um experimento em casa-de-vegetação visando encontrar herbicidas alternativos ao Glyphosate para controle do capim-amargoso, utilizando herbicidas recomendados para as culturas do milho e algodão, tanto em condições de aplicação de pré como em pós-emergência da planta daninha. Na terceira etapa foram realizados ensaios para determinar a existência de absorção e translocação diferencial do glyphosate em biótipos suscetíveis e resistentes, juntamente com a análise molecular para comparar a região 106 do gene que codifica a EPSPs nestes biótipos. Por fim um estudo de polinização cruzada foi conduzido para avaliar se genes de resistência ao glyphosate são transferidos para a geração seguinte após inflorescências de biótipos suscetíveis serem acondicionadas com as de biótipos resistentes, submetendo a geração seguinte a experimentos de curva de dose-resposta com o glyphosate. Através do modelo de curva dose-resposta do programa estatístico R, determinou-se a dose de 960 g e.a ha-1, como a dose utilizada para triagem dos biótipos oriundos de diferentes regiões do Brasil. Com isto foram gerados mapas indicando a presença ou ausência de resistência ao herbicida, sendo que as região oeste do Paraná e sul do Mato Grosso do Sul apresentam maior número de localidades com a presença de biótipos resistentes. As alternativas de controle viáveis como pós-emergentes no estádio de um a dois perfilhos, foram os herbicidas Nicosulfuron, Imazapic + Imazapyr, Atrazine, Haloxifop-methyl e Tepraloxydim. Na pré-emergência do capim-amargoso os herbicidas Atrazine, Isoxaflutole, S-metolachlor, Clomazone, Diuron e Flumioxazin se apresentaram como eficazes para o controle desta espécie. Os resultados do experimento de absorção, translocação e comparação da região 106 não mostraram diferenças entre os biótipos resistente e suscetível. O experimento sobre cruzamento entre biótipos resistente e suscetível determinou a espécie D. insularis como autógama e sem transferência de genes que causam a resistência ao glyphosate.

Structure of thermolysin cleaved microcin J25: Extreme stability of a two-chain antimicrobial peptide devoid of covalent links

sThe structure of a two-chain peptide formed by the treatment of the potent antimicrobial peptide microcin J25 (MccJ25) with thermolysin has been characterized by NMR spectroscopy and mass spectrometry. The native peptide is 21 amino acids in size and has the remarkable structural feature of a ring formed by linkage of the side chain of Glu8 to the N-terminus that is threaded by the C-terminal tail of the peptide. Thermolysin cleaves the peptide at the Phe10-Val11 amide bond, but the threading of the C-terminus through the N-terminal ring is so tight that the resultant two chains remain associated both in the solution and in the gas phases. The three-dimensional structure of the thermolysin-cleaved peptide derived using NMR spectroscopy and simulated annealing calculations has a well-defined core that comprises the N-terminal ring and the threading C-terminal tail. In contrast to the well-defined core, the newly formed termini at residues Phe10 and Val11 are disordered in solution. The C-terminal tail is associated to the ring both by hydrogen bonds stabilizing a short beta-sheet and by hydrophobic interactions. Moreover, unthreading of the tail through the ring is prevented by the bulky side chains of Phe19 and Tyr20, which flank the octapeptide ring. This noncovalent two-peptide complex that has a remarkable stability in solution and in highly denaturing conditions and that survives in the gas phase is the first example of such a two-chain peptide lacking disulfide or interchain covalent bonds.

Pathogenic variation of Fusarium isolates associated with head blight of wheat in Australia

This paper examines the level of pathogenic diversity in Australian Fusarium pseudograminearum and Fusarium graminearum isolates for head blight from the assessment of 51 wheat germplasm lines, barley, triticale, rye, maize and sorghum plants. A set of nine putative wheat differentials were selected and assessed with 10 F. graminearum and 12 F. pseudograminearum isolates. Isolates of both species were pathogenic on all the wheat germplasm lines, barley triticale and rye. The isolates differed largely in a quantitative way with only small differential effects and were statistically demarcated into three pathogenicity groups: low, intermediate and high. Such distribution patterns suggest that wheat germplasm lines employ different resistance mechanisms to each group of isolates and the three pathogenicity groups may have different mechanisms controlling pathogenicity. The aggressiveness of F. graminearum and F. pseudograminearum isolates on the wheat germplasm lines were marginally correlated (r = 0.40). Durum wheats were ranked as the most susceptible while Sumai 3, Ituo Komugi, Sotome A, Sotome and Nobeokabouzu komugi were consistently grouped as resistant by both species. These findings reiterate the need to consider pathogen variability in the screening, selection and improvement of resistance to head blight in wheat.

The expression of P-glycoprotein does influence the distribution of novel fluorescent compounds in solid tumour models

Solid tumours display a complex drug resistance phenotype that involves inherent and acquired mechanisms. Multicellular resistance is an inherent feature of solid tumours and is known to present significant barriers to drug permeation in tumours. Given this barrier, do acquired resistance mechanisms such as P-glycoprotein (P-gp) contribute significantly to resistance? To address this question, the multicellular tumour spheroid (MCTS) model was used to examine the influence of P-gp on drug distribution in solid tissue. Tumour spheroids (TS) were generated from either drug-sensitive MCF7WT cells or a drug-resistant, P-gp-expressing derivative MCF7Adr. Confocal microscopy was used to measure time courses and distribution patterns of three fluorescent compounds; calcein-AM, rhodamine123 and BODIPY-taxol. These compounds were chosen because they are all substrates for P-gp-mediated transport, exhibit high fluorescence and are chemically dissimilar. For example, BODIPY-taxol and rhodamine 123 showed high accumulation and distributed extensively throughout the TSWT, whereas calcein-AM accumulation was restricted to the outermost layers. The presence of P-gp in TSAdr resulted in negligible accumulation, regardless of the compound. Moreover, the inhibition of P-gp by nicardipine restored intracellular accumulation and distribution patterns to levels observed in TSWT. The results demonstrate the effectiveness of P-gp in modulating drug distribution in solid tumour models. However, the penetration of agents throughout the tissue is strongly determined by the physico-chemical properties of the individual compounds.

Effect of citrus peel chemicals on Bactrocera tryonilarval survival

Queensland fruit fly, Bactrocera tryoni (Froggatt) (Diptera: Tephritidae) is a major horticultural insect pest in Australia which significantly limits domestic and international market access for Australian horticultural produce. Citrus is one of the industries seriously affected by the fruit fly problem in Australia. This research investigated the effect of citrus peel essential oil chemicals on B. tryoni larval survival in five different commercially important Citrus species and cultivars as a way of better understanding fruit susceptibility. The fruits used were Murcott Mandarin, Navel orange, Eureka lemon, Valencia orange and yellow grapefruit. The essential oils of each citrus type were extracted using hydrodistillation and then mixed, at different concentrations, with artificial larval diets to which B. tryoni eggs were added. Surviving larvae were counted after five trial days. The same process was repeated for six essential oil components. Regression analysis of increasing oil concentration against larval survival showed that the crude oil blends of Navel orange, Eureka lemon and yellow grapefruit had significant negative effects on B. tryoni larval survival, but no such effects were seen for Murcott Mandarin and Valencia orange. Of the individual essential oil fractions, only D-limonene had a significant effect on B. tryoni larval survival, with this chemical being highly toxic at very low concentrations. The results of this study open up opportunities for incorporating B. tryoni resistance mechanisms into citrus through minor peel property changes which would not impact on the eating attributes of the fruit.

Novas estratégias para entender o sistema de influxo de antibióticos e a resistência antimicrobiana a nível molecular

As fluoroquinolonas são antibióticos que têm um largo espectro de ação contra bactérias, especialmente Gram-negativas. O seu mecanismo de ação assenta na inibição de enzimas responsáveis pela replicação do DNA. Porém, devido ao seu uso indevido, o surgimento de resistência bacteriana a estes antibióticos tem-se tornado um grave problema de saúde pública. Uma vez que os seus alvos de ação se situam no meio intracelular, a redução da permeabilidade da membrana externa de bactérias Gram-negativas constitui um dos mecanismos de resistência mais conhecidos. Esta redução é associada à baixa expressão ou mutações em porinas necessárias para permitir o seu transporte, mais concretamente, da OmpF. Estudos prévios demonstraram que a coordenação de fluoroquinolonas com iões metálicos divalentes e 1,10-fenantrolina (genericamente designados metaloantibióticos) são potenciais candidatos como alternativa às fluoroquinolonas convencionais. Estes metaloantibióticos exibem um efeito antimicrobiano comparável ou superior à fluoroquinolona na forma livre, mas parecem ter uma via de translocação diferente, independente de porinas. Estas diferenças no mecanismo de captura podem ser fundamentais para contornar a resistência bacteriana. De forma a compreender o papel dos lípidos no mecanismo de entrada dos metaloantibióticos, estudou-se a interação e localização dos metaloantibióticos da Ciprofloxacina (2ª geração), da Levofloxacina (3ª geração) e Moxifloxacina (4ª geração) com um modelo de membranas de Escherichia coli desprovido de porinas. Estes estudos foram realizados através de técnicas de espectroscopia de fluorescência, por medições em modo estacionário e resolvida no tempo. Os coeficientes de partição determinados demonstraram uma interação mais elevada dos metaloantibióticos relativamente às respetivas fluoroquinolonas na forma livre, um facto que está diretamente relacionado com as espécies existentes em solução a pH fisiológico. Os estudos de localização mostraram que estes metaloantibióticos devem estar inseridos na membrana bacteriana, confirmando a sua entrada independente de porinas. Este mecanismo de entrada, pela via hidrofóbica, é potenciado por interações eletrostáticas entre as espécies catiónicas de metaloantibiótico que existem a pH 7,4 e os grupos carregados negativamente dos fosfolípidos da membrana. Desta forma, os resultados obtidos neste estudo sugerem que a via de entrada dos metaloantibióticos e das respetivas fluoroquinolonas deve ser diferente. Os metaloantibióticos são candidatos adequados para a realização de mais testes laboratoriais e uma alternativa promissora para substituir as fluoroquinolonas convencionais, uma vez que parecem ultrapassar um dos principais mecanismos de resistência bacteriana a esta classe de antibióticos.