Functional role of the Mso1p-Sec1p complex in membrane fusion regulation

Sec1/Munc18 (SM) protein family members are evolutionary conserved proteins. They perform an essential, albeit poorly understood function in SNARE complex formation in membrane fusion. In addition to the SNARE complex components, only a few SM protein binding proteins are known. Typically, their binding modes to SM proteins and their contribution to the membrane fusion regulation is poorly characterised. We identified Mso1p as a novel Sec1p interacting partner. It was shown that Mso1p and Sec1p interact at sites of polarised secretion and that this localisation is dependent on the Rab GTPase Sec4p and its GEF Sec2p. Using targeted mutagenesis and N- and C-terminal deletants, it was discovered that the interaction between an N-terminal peptide of Mso1p and the putative Syntaxin N-peptide binding area in Sec1p domain 1 is important for membrane fusion regulation. The yeast Syntaxin homologues Sso1p and Sso2p lack the N-terminal peptide. Our results show that in addition to binding to the putative N-peptide binding area in Sec1p, Mso1p can interact with Sso1p and Sso2p. This result suggests that Mso1p can mimic the N-peptide binding to facilitate membrane fusion. In addition to Mso1p, a novel role in membrane fusion regulation was revealed for the Sec1p C-terminal tail, which is missing in its mammalian homologues. Deletion of the Sec1p-tail results in temperature sensitive growth and reduced sporulation. Using in vivo and in vitro experiments, it was shown that the Sec1p-tail mediates SNARE complex binding and assembly. These results propose a regulatory role for the Sec1p-tail in SNARE complex formation. Furthermore, two novel interaction partners for Mso1p, the Rab GTPase Sec4p and plasma membrane phospholipids, were identified. The Sec4p link was identified using Bimolecular Fluorescence Complementation assays with Mso1p and the non-SNARE binding Sec1p(1-657). The assay revealed that Mso1p can target Sec1p(1-657) to sites of secretion. This effect is mediated via the Mso1p C-terminus, which previously has been genetically linked to Sec4p. These results and in vitro binding experiments suggest that Mso1p acts in cooperation with the GTP-bound form of Sec4p on vesicle-like structures prior to membrane fusion. Mso1p shares homology with the PIP2 binding domain of the mammalian Munc18 binding Mint proteins. It was shown both in vivo and in vitro that Mso1p is a phospholipid inserting protein and that this insertion is mediated by the conserved Mso1p amino terminus. In vivo, the Mso1p phospholipid binding is needed for sporulation and Mso1p-Sec1p localisation at the sites of secretion at the plasma membrane. The results reveal a novel layer of membrane fusion regulation in exocytosis and propose a coordinating role for Mso1p in connection with membrane lipids, Sec1p, Sec4p and SNARE complexes in this process.

Experimental approach for studying structural changes in axonal membrane upon nerve excitation

The Hodgkin and Huxley (HH) model of action potential has become a central paradigm of neuroscience. Despite its ability to predict action potentials with remarkable accuracy, it fails to explain several biophysical findings related to the initiation and propagation of the nerve impulse. The isentropic heat release and optical phenomena demonstrated by various experiments suggest that action potential is accompanied by a transient phase change in the axonal membrane. In this study a method was developed for preparing a giant axon from the crayfish abdominal cord for studying the molecular mechanisms of action potential simultaneously by electrophysiological and optical methods. Also an alternative setup using a single-cell culture of an Aplysia sensory neuron is presented. In addition to the description of the method, the preliminary results on the effect of phloretin, a dipole potential lowering compound, on the excitability of a crayfish giant axon are presented.

Ruokauskomukset Mosambikin maaseudun raskaana olevilla ja imettävillä naisilla

Ihmisille ympäri maailmaa on tyypillistä valita tiettyjä ruokia suuremmasta valikoimasta syömäkelpoista ruokaa ja luoda mieltymyksiä sekä kieltoja joitakin ruokia kohtaan. Näitä ilmiöitä kutsutaan ruokauskomuksiksi ja ne ovat tärkeä osa kulttuuria. Niiden taustalla on usein terveydelliset perustelut tai sosiaalinen arvostus yhteisössä. Afrikassa on todettu olevan paljon erilaisia ruokauskomuksia, jotka kohdistuvat usein raskaana oleviin ja imettäviin naisiin sekä lapsiin, ryhmään, joka on fysiologisesti erityisen herkässä elämänvaiheessa. Ravitsemustilan tai ruokaturvan ollessa heikko, mahdollisilla ruokauskomuksilla voi olla merkittävät seuraukset erityisesti tämän väestönosan terveydentilaan. Aliravitsemus ja virheravitsemus ovat edelleen suuria ongelmia Afrikassa ja muissa kehittyvissä maissa. Tämän työn tavoitteena oli tutkia laadullisin menetelmin, onko erityisesti raskaana olevilla ja imettävillä naisilla Keski-Mosambikin maaseudulla, Zambézian maakunnassa, ruokauskomuksia, mitä ne mahdollisesti ovat, sekä arvioida voiko ruokauskomuksilla olla ravitsemuksellista merkitystä. Menetelminä oli 5 ryhmähaastattelua kolmessa kylässä ja 10 yksilöhaastattelua kahdessa kylässä. Tutkittavat olivat 12–78-vuotiaita naisia ja heitä oli yhteensä 27. Tulkkaus, tutkimusaiheen sensitiivisyys ja haastattelijan kokemattomuus aiheuttivat haasteita haastatteluiden toteutukseen. Tämän vuoksi menetelmää muokattiin ja se vaihdettiin ryhmähaastattelusta yksilöhaastatteluun tutkimuksen aikana. Ruokauskomukset vaihtelivat sekä kylien välillä että kylien sisällä, joskin niistä löytyi samantyyppisiä pääpiirteitä. Työssä todettiin, että raskaana oleviin ja imettäviin naisiin kohdistui tutkimusalueella ruokauskomuksia. Raskauden aikana tuli välttää pääasiassa proteiinipitoisia ruokia, kuten lihaa ja kalaa ja puolestaan suosia kasvisten, hedelmien ja viljatuotteiden käyttöä. Linnun munien syöntiä sekä suositeltiin että kehotettiin välttämään raskauden aikana. Raskauden aikana ilmeni lisäksi tietoinen tapa vähentää kassavapuuron tai ruuan syömistä kokonaisuudessaan. Imetyksen aikana ei vältetty juuri mitään ruokia, vaan suositeltiin kookosta ja kasviksia. Suurin osa perusteluista liittyi äidin ja lapsen terveyteen. Perustelut voitiin jakaa seuraaviin ryhmiin: lisää äidinmaidon tuotantoa; aiheuttaa vatsakipua äidillä; pitää yllä kuntoa ja estää vatsan kasvua; äidistä tulee vahva, terve ja hän saa vitamiineja; lapsen ulkonäkö muuttuu; lapsesta tulee terve ja vahva; lapsen käyttäytyminen muuttuu; aiheuttaa keskenmenon; aiheuttaa vaikean tai helpon synnytyksen. Ruokauskomukset ja terveysviranomaisilta tullut valistus oli osittain sekoittunut keskenään. Lähes kaikki naiset kertoivat noudattavansa näitä ruokauskomuksia. Muutamat naiset kertoivat suositeltavien ruokien kohdalla, että ruokien saatavuus tekee noudattamisen joskus vaikeaksi. Proteiinipitoisten ruokien välttäminen voi lisätä proteiinialiravitsemuksen riskiä ja syömisen vähentäminen saattaa lisätä riskiä saada riittämättömästi energiaa raskauden aikana. Suositeltavat ruuat todennäköisesti edistävät terveyttä. Tutkielman perusteella voitiin todeta, että vieraassa kulttuurissa tutkiminen vaatii tutkimusmenetelmältä paljon. Tärkeää on menetelmän joustavuus, jotta sitä voi muuttaa tutkimuskentällä toimivampaan ja luotettavampaan muotoon. Johtopäätöksenä todettiin, että suositeltavin menetelmä tutkittaessa ruokauskomuksia tällä tutkimusalueella olisi ollut yksilöhaastattelut, jossa olisi ollut mahdollisimman vähän osallistujia ja osallistujat olisivat olleet samaa sukupuolta ja saman ikäisiä. Terveyden ja ravitsemuksen kannalta on tärkeää, että ruokauskomuksista ollaan tietoisia ja väestön ruokauskomuksia tutkitaan alueittain, koska ne voivat vaihdella merkittävästi jopa kylien tai ihmisryhmien sisällä.

Root system traits of Norway spruce, Scots pine, and silver birch in mixed boreal forests: an analysis of root architecture, morphology, and anatomy

The aim of this thesis was to unravel the functional-structural characteristics of root systems of Betula pendula Roth., Picea abies (L.) Karst., and Pinus sylvestris L. in mixed boreal forest stands differing in their developmental stage and site fertility. The root systems of these species had similar structural regularities: horizontally-oriented shallow roots defined the horizontal area of influence, and within this area, each species placed fine roots in the uppermost soil layers, while sinker roots defined the maximum rooting depth. Large radial spread and high ramification of coarse roots, and the high specific root length (SRL) and root length density (RLD) of fine roots indicated the high belowground competitiveness and root plasticity of B. pendula. Smaller radial root spread and sparser branching of coarse roots, and low SRL and RLD of fine roots of the conifers could indicate their more conservative resource use and high association with and dependence on ectomycorrhiza-forming fungi. The vertical fine root distributions of the species were mostly overlapping, implying the possibility for intense belowground competition for nutrients. In each species, conduits tapered and their frequency increased from distal roots to the stem, from the stem to the branches, and to leaf petioles in B. pendula. Conduit tapering was organ-specific in each species violating the assumptions of the general vascular scaling model (WBE). This reflects the hierarchical organization of a tree and differences between organs in the relative importance of transport, safety, and mechanical demands. The applied root model was capable of depicting the mass, length and spread of coarse roots of B. pendula and P. abies, and to the lesser extent in P. sylvestris. The roots did not follow self-similar fractal branching, because the parameter values varied within the root systems. Model parameters indicate differences in rooting behavior, and therefore different ecophysiological adaptations between species.

Putative neuroprotective compounds in in vitro models of dopaminergic neurodegeneration

Parkinson´s disease (PD) is a debilitating age-related neurological disorder that affects various motor skills and can lead to a loss of cognitive functions. The motor symptoms are the result of the progressive degeneration of dopaminergic neurons within the substantia nigra. The factors that influence the pathogenesis and the progression of the neurodegeneration remain mostly unclear. This study investigated the role of various programmed cell death (PCD) pathways, oxidative stress, and glial cells both in dopaminergic neurodegeneration and in the protective action of various drugs. To this end, we exposed dopaminergic neuroblastoma cells (SH-SY5Y cells) to 6-OHDA, which produces oxidative stress and activates various PCD modalities that result in neuronal degeneration. Additionally, to explore the role of glia, we prepared rat midbrain primary mixed-cell cultures containing both neurons and glial cell types such as microglia and astroglia and then exposed the cultures to either MPP plus or lipopolysaccharide. Our results revealed that 6-OHDA activated several PCD pathways including apoptosis, autophagic stress, lysosomal membrane permeabilization, and perhaps paraptosis in SH-SY5Y cells. Furthermore, we found that minocycline protected SH-SY5Y cells from 6-OHDA by inhibiting both apoptotic and non-apoptotic PCD modalities. We also observed an inconsistent neuroprotective effect of various dietary anti-oxidant compounds against 6-OHDA toxicity in vitro in SH-SY5Y cells. Specifically, quercetin and curcumin exerted neuroprotection only within a narrow concentration range and a limited time frame, whereas resveratrol and epigallocatechin 3-gallate provided no protection whatsoever. Lastly, we found that molecules such as amantadine may delay or even halt the neurodegeneration in primary cell cultures by inhibiting the release of neurotoxic factors from overactivated microglia and by enhancing the pro-survival actions of astroglia. Together these data suggest that the strategy of dampening oxidative species with anti-oxidants is less effective than preventing the production of toxic factors such as oxidative and pro-inflammatory molecules by pathologically activated microglia. This would subsequently prevent the activation of various PCD modalities that cause neuronal degeneration.