Environmental variables, habitat discontinuity and life history shaping the genetic structure of Pomatoschistus marmoratus

Coastal lagoons are semi-isolated ecosystems exposed to wide fluctuations of environmental conditions and showing habitat fragmentation. These features may play an important role in separating species into different populations, even at small spatial scales. In this study, we evaluate the concordance between mitochondrial (previous published data) and nuclear data analyzing the genetic variability of Pomatoschistus marmoratus in five localities, inside and outside the Mar Menor coastal lagoon (SE Spain) using eight microsatellites. High genetic diversity and similar levels of allele richness were observed across all loci and localities, although significant genic and genotypic differentiation was found between populations inside and outside the lagoon. In contrast to the FST values obtained from previous mitochondrial DNA analyses (control region), the microsatellite data exhibited significant differentiation among samples inside the Mar Menor and between lagoonal and marine samples. This pattern was corroborated using Cavalli-Sforza genetic distances. The habitat fragmentation inside the coastal lagoon and among lagoon and marine localities could be acting as a barrier to gene flow and contributing to the observed genetic structure. Our results from generalized additive models point a significant link between extreme lagoonal environmental conditions (mainly maximum salinity) and P. marmoratus genetic composition. Thereby, these environmental features could be also acting on genetic structure of coastal lagoon populations of P. marmoratus favoring their genetic divergence. The mating strategy of P. marmoratus could be also influencing our results obtained from mitochondrial and nuclear DNA. Therefore, a special consideration must be done in the selection of the DNA markers depending on the reproductive strategy of the species.

Phylogeographical history of the white seabream Diplodus sargus (Sparidae): Implications for insularity

Partial sequences of the mitochondrial control region and its comparison with previously published cytochrome b (cyt-b) and microsatellite data were used to investigate the influence of island isolation and connectivity on white seabream genetic structure. To achieve this, a total of 188 individuals from four island localities (Castellamare and Mallorca, Mediterranean Sea; Azores and Canary Islands, Atlantic Ocean) and five coastal localities (Banyuls, Murcia and Tunisia, Mediterranean Sea; Galicia and Faro, Atlantic Ocean) were analysed. Results showed high haplotype diversity and low to moderate nucleotide diversity in all populations (except for the Canary Islands). This pattern of genetic diversity is attributed to a recent population expansion which is corroborated by other results such as cyt-b network and demographic analyses. Low differentiation among Mediterranean/Atlantic and coastal/island groups was shown by the AMOVA and FST values, although a weak phylogeographic break was detected using cyt-b data. However, we found a clear and significant island/ distance effect with regard to the Azores islands. Significant genetic differentiation has been detected between the Azores islands and all other populations. The large geographical distance between the European continental slope and the Azores islands is a barrier to gene flow within this region and historic events such as glaciation could also explain this genetic differentiation.

In vitro blood-brain barrier models to predict the permeation of gene therapy vectors into the brain

A terapia génica tem-se revelado uma alternativa relevante no tratamento de doenças neurodegenerativas (DN). Contudo, a entrega de vetores para transferência génica no cérebro representa ainda um enorme desafio devido à presença da barreira hemato-encefálica (BHE). A BHE é uma interface dinâmica e seletiva entre o sangue e o cérebro, constituída pelas células endoteliais cerebrais, astrócitos e pericitos, desempenhando um importante papel na regulação da homeostasia cerebral. A BHE representa um dos maiores obstáculos no tratamento de DN, uma vez que esta barreira impede o transporte para o cérebro da maioria das moléculas terapêuticas, incluindo os vetores para terapia génica. Embora tenham sido desenvolvidos diferentes modelos in vitro da BHE de forma a avaliar o transporte de fármacos através da BHE, muito poucos foram criados com o intuito de testar a permeabilidade desta barreira a vetores de terapia génica. O presente trabalho teve como objetivo principal o desenvolvimento e a avaliação de modelos in vitro de BHE que permitam a investigação da capacidade dos vetores de terapia génica de penetrarem no cérebro. No nosso estudo, foram testados diferentes modelos in vitro de BHE em monocultura, constituídos por células endoteliais de rato ou murganho (RBE4 e bEnd3, respetivamente), e modelos de co-cultura, que combinam células endoteliais com células neuronais (Neuro2a) ou astrócitos primários, cultivados num sistema transwell. Para caraterizar estes modelos foram realizados testes de permeabilidade e de resistência elétrica transendotelial, bem como estudos baseados na técnica de PCR quantitativo e na imunocitoquímica das proteínas das junções intercelulares. Verificámos que os modelos baseados na cultura de células bEnd3 e células neuronais ou astrócitos apresentavam as melhores propriedades de barreira. Posteriormente foi avaliada nos modelos selecionados a penetração de um vetor não-viral que reconhecidamente tem a capacidade de atravessar in vivo a BHE: o peptídeo da glicoproteína do vírus da raiva (RGV-9r). Os siRNAs marcados com um fluoróforo e acoplados ao peptídeo RVG-9r foram capazes de penetrar eficientemente as células bEnd3, localizadas no lado luminal do insert, via endocitose mediada por recetores, e ainda de penetrar os astrócitos ou células neuronais, previamente cultivadas no lado abluminal. Estes resultados correlacionam-se, de forma clara, com os resultados previamente descritos em estudos in vivo. Em conclusão, os modelos in vitro de BHE baseados na co-cultura de células bEnd3 com células Neuro2a ou astrócitos, têm grande potencial na seleção de candidatos a vetores de terapia génica para o cérebro, uma vez que apresentam importantes características da BHE e se baseiam num método fácil e reprodutível. Tal facto representa uma promessa significativa para a identificação de novas estratégias de terapia génica não invasiva para o tratamento de doenças neurológicas.