Melanosome transfer between melanocytes and keratinocytes

RESUMO: A pele é o maior órgão do corpo humano e a sua pigmentação é essencial para a sua coloração e proteção contra os efeitos nocivos da radiação ultravioleta (UV). A pigmentação da pele resulta essencialmente de três processos: a síntese e o armazenamento de melanina pelos melanócitos, em organelos especializados denominados melanossomas; o transporte dos melanossomas dentro dos melanócitos; e finalmente, a transferência dos melanossomas para os queratinócitos adjacentes. Nos queratinócitos, a melanina migra para a região perinuclear apical da célula para formar um escudo protetor,responsável pela proteção do DNA dos danos causados pela radiação UV. Os melanócitos estão localizados na camada basal da epiderme e contactam com 30-40 queratinócitos. Em conjunto, estas células formam a “unidade melano-epidérmica”. Apesar dos processos de síntese e transporte de melanina nos melanócitos estarem bastante bem caracterizados, os mecanismos moleculares subjacentes à transferência inter-celular de melanina são menos conhecidos e ainda controversos. Dados preliminares obtidos pelo nosso grupo, que se basearam na observação de amostras de pele humana por microscopia electrónica, indicam que a forma predominante de transferência de melanina na epiderme consiste na exocitose dos melanossomas pelos melanócitos e subsequente endocitose da melanina por queratinócitos. Para além disso sabe-se que as proteínas Rab, que controlam o tráfego membranar, estão envolvidas em várias etapas de pigmentação da pele, nomeadamente na biogénese e no transporte de melanina. Assim, dado o seu papel fundamental nestes processos, questionámo-nos sobre o seu envolvimento na transferência de melanina. Com este trabalho, propomo-nos a expandir o conhecimento atual sobre a transferência de melanina na pele, através do estudo detalhado dos seus mecanismos moleculares, identificando as proteínas Rab que regulam o processo. Pretendemos também confirmar o modelo de exo/endocitose como sendo o mecanismo principal de transferência de melanina. Primeiro, explorámos a regulação da secreção de melanina pelos melanócitos e analisámos o papel de proteínas Rab neste processo. Os resultados foram obtidos recorrendo a um método in vitro, desenvolvido previamente no laboratório, que avalia a quantidade de melanina segregada para o meio de cultura por espectrofotometria, e ainda por microscopia, contando o número de melanossomas transferidos para os queratinócitos. Através de co-culturas de melanócitos e queratinócitos, verificou-se que os queratinócitos estimulam a libertação de melanina dos melanócitos para o meio extra-celular, bem como a sua transferência para os queratinócitos. Além disso, a proteína Rab11b foi identificada como um regulador da exocitose de melanina e da sua transferência para os queratinócitos. De facto, a diminuição da expressão de Rab11b em melanócitos provocou a redução da secreção de melanina estimulada por queratinócitos, bem como da transferência desta. Em segundo lugar, para complementar o nosso estudo, centrámos a nossa investigação na internalização de melanina por queratinócitos. Especificamente, usando uma biblioteca de siRNA, explorámos o envolvimento de proteínas Rab na captação de melanina por queratinócitos. Como primeira abordagem, usámos esferas fluorescentes como substituto de melanina, avaliando os resultados por citometria de fluxo. No entanto, este método revelou-se ineficaz uma vez que a internalização destas esferas é independente do recetor PAR-2 (recetor 2 ativado por protease), que foi previamente descrito como essencial na captação de melanina por queratinócitos Posteriormente, foi desenvolvido um novo protocolo de endocitose baseado em microscopia, usando melanossomas sem a membrana envolvente (melanocores) purificados do meio de cultura de melanócitos, incluindo um programa informático especialmente desenhado para realizar uma análise semi-automatizada. Após internalização, os melanocores acumulam-se na região perinuclear dos queratinócitos, em estruturas que se assemelham ao escudo supranuclear observado na pele humana. Seguidamente, o envolvimento do recetor PAR-2 na captação de melanocores por queratinócitos foi confirmado, utilizando o novo protocolo de endocitose desenvolvido. Para além disso, a necessidade de quatro proteínas Rab foi identificada na internalização de melanocores por queratinócitos. A redução da expressão de Rab1a ou Rab5b em queratinócitos diminuiu significativamente o nível de internalização de melanocores, enquanto o silenciamento da expressão de Rab2a ou Rab14 aumentou a quantidade de melanocores internalizados por estas células. Em conclusão, os resultados apresentados corroboram as observações anteriores, obtidas em amostras de pele humana, e sugerem que o mecanismo de transferência predominante é a exocitose de melanina pelos melanócitos, induzida por queratinócitos, seguida por endocitose pelos queratinócitos. A pigmentação da pele tem implicações tanto ao nível da cosmética, como ao nível médico, relacionadas com foto-envelhecimento e com doenças pigmentares. Assim sendo, ao esclarecer quais os mecanismos moleculares que regulam a transferência de melanina na pele, este trabalho pode conduzir ao desenvolvimento de novas estratégias para modular a pigmentação da pele.----------------ABSTRACT: Skin pigmentation is achieved through the highly regulated production of the pigment melanin in specialized organelles, termed melanosomes within melanocytes. These are transported from their site of synthesis to the melanocyte periphery before being transferred to keratinocytes where melanin forms a supra-nuclear cap to protect the DNA from UVinduced damage. Together, melanocytes and keratinocytes form a functional complex, termed “epidermal-melanin unit”, that confers color and photoprotective properties to the skin. Skin pigmentation requires three processes: the biogenesis of melanin; its intracelular transport within the melanocyte to the cell periphery; and the melanin transfer to keratinocytes. The first two processes have been extensively characterized. However, despite significant advances that have been made over the past few years, the mechanisms underlying inter-cellular transfer of pigment from melanocytes to keratinocytes remain controversial.Preliminary studies from our group using electron microscopy and human skin samples found evidence for a mechanism of coupled exocytosis-endocytosis. Rab GTPases are master regulators of intracellular trafficking and have already been implicated in several steps of skin pigmentation. Thus, we proposed to explore and characterize the molecular mechanisms of melanin transfer and the role of Rab GTPases in this process. Moreover, we investigated whether the exo/endocytosis model is the main mechanism of melanin transfer. We first focused on melanin exocytosis by melanocytes. Then, we started to investigate the key regulatory Rab proteins involved in this step by establishing an in vitro tissue culture model of melanin secretion. Using co-cultures of melanocytes and keratinocytes, we found that keratinocytes stimulate melanin release and transfer. Moreover, depletion of Rab11b decreases keratinocyte-induced melanin exocytosis by melanocytes. In order to determine whether melanin exocytosis is a predominant mechanism of melanin transfer, the amount of melanin transferred to keratinocytes was then assayed in conditions where melanin exocytosis was inhibited. Indeed, Rab11b depletion resulted in a significant decrease in melanin uptake by keratinocytes. Taken together, these observations suggest that Rab11b mediates melanosome exocytosis from melanocytes and transfer to keratinocytes. To complement and extend our study, we of melanin by keratinocytes. Thus, we aimed to explore the effect of depleting Rab GTPases on melanin uptake and trafficking within keratinocytes. As a first approach, we used fluorescent microspheres as a melanin surrogate. However, the uptake of microspheres was observed to be independent of PAR-2, a receptor that is required for melanin uptakecentred our attention in the internalization of melanin by keratinocytes. Thus, we aimed to explore the effect of depleting Rab GTPases on melanin uptake and trafficking within keratinocytes. As a first approach, we used fluorescent microspheres as a melanin surrogate. However, the uptake of microspheres was observed to be independent of PAR-2, a receptor that is required for melanin uptake.Therefore, we concluded that microspheres were uptaken by keratinocytes through a different pathway than melanin. Subsequently, we developed a microscopy-based endocytosis assay using purified melanocores (melanosomes lacking the limiting membrane) from melanocytes, including a program to perform a semi-automated analysis. Melanocores are taken up by keratinocytes and accumulate in structures in the perinuclear area that resemble the physiological supranuclear cap observed in human skin. We then confirmed the involvement of PAR-2 receptor in the uptake of melanocores by keratinocytes, using the newly developed assay. Furthermore, we identified the role of four Rab GTPases on the uptake of melanocores by keratinocytes. Depletion of Rab1a and Rab5b from keratinocytes significantly reduced the uptake of melanocores, whereas Rab2a, and Rab14 silencing increased the amount the melanocores internalized by XB2 keratinocytes. In conclusion, we present evidence supporting keratinocyte-inducedmelanosome exocytosis from melanocytes, followed by endocytosis of the melanin core by keratinocytes as the predominant mechanism of melanin transfer in skin. Although advances have been made, there is a need for more effective and safer therapies directed at pigmentation disorders and also treatments for cosmetic applications. Hence, the understanding of the above mechanisms of skin pigmentation will lead to a greater appreciation of the molecular machinery underlying human skin pigmentation and could interest the pharmaceutical and cosmetic industries.

O Poder do Sultão e o Estado Otomano

O estado Otomano representou um dos mais complexos sistemas políticos da história do Islão. O seu sistema burocrático e militar recorria ao recrutamento (devşirme) de não-Muçulmanos composto por crianças provenientes da Romélia para evitar que qualquer membro da sociedade Otomana interviesse na política. Sem raízes estabelecidas na sociedade Otomana a sua lealdade concentrava-se numa instituição: o Sultão. No século dezoito e dezanove o exotismo Otomano cativou muitos dos Europeus, o Sultão foi descrito como o centro da sociedade Otomana com um poder absoluto sobre todos os que a compunham. O poder do Sultão era absolutista, porém, o estado Otomano estava desenhado de uma forma em que a sua estrutura não podia ser alterada, pela sua matiz Islâmica e também para não enfraquecer as bases que mantinham a cúpula de poder. Através da metodologia de process-tracing o nosso estudo analisa a forma como o Sultão obteve e legitimou o seu poder assim como os actores que serviram de contrapeso ao seu poder. No século dezanove, particularmente, nenhum Sultão possuía um poder absoluto, a dificuldade que enfrentavam por parte da sociedade Otomana para realizar reformas mostra que não podiam agir só pela sua vontade. O nosso estudo tem como objectivo criticar Karl Marx e Max Weber, consideramos que simplificam o sistema de governação Otomano. Esperamos expor como se organizava este império como estrutura política e qual o poder do Sultão, considerando o “Círculo de Equidade” como o principal modelo para o seu poder.

Conception and first results of a cross-sectional national study on the demography, disease characteristics and socioeconomics status of the Portuguese patients with multiple sclerosis : the PORT-MS study

RESUMO: Introdução e objetivos: Não existia um estudo multicêntrico que descrevesse as características dos doentes com EM, da doença em si, ou do seu tratamento, em Portugal.Métodos: Doentes McDonald 2010 positivos foram sequencialmente recrutados em 7 centros entre Maio e Novembro 2014. Aplicou-se um Caderno de Recolha de Dados incidindo na demografia, doença, educação e emprego (estudo PORT-MS). Resultados: 561 doentes incluídos. Primeiros sintomas aos 30,2±10,5 anos (RRMS 29,2±10, PPMS 39,4±11,7, p<0,001); diagnóstico 3,2±5,3 anos depois (RRMS 3,0±5,1, PPMS 4,9±2,5, p=0,002); tempo de doença após diagnóstico 9,4±7,2 anos (semelhante RRMS no diagnóstico e PPMS); idade atual 42,9±12,4 anos (grupo RRMS no diagnóstico 42,0±12,1, PPMS 52,5±11,3, p<0,001); EDSS atual 2,5 (RRMS 2.0, PPMS 6.0); proporção feminino:masculino é 2,5:1 (RRMS semelhante, PPMS 1,1:1, p<0,05); no diagnóstico RRMS 90,6%, SPMS 0,9%, PPMS 8,6%; 9,5% dos RRMS encontravam-se em SP na inclusão (nomeadamente os com mais idade no diagnóstico e/ou atualidade ou tempo de doença mais prolongado). PPMS mais frequente em doentes diagnosticados mais tardiamente (p<0,001), onde aumenta também ligeiramente a proporção de mulheres na PPMS. Nas últimas décadas: novos casos mostram estabilidade na proporção de géneros e tipos de doença; idade nos primeiros sintomas e no diagnóstico aumentou ligeiramente, tempo entre eles diminuiu ligeiramente. Proporção sob DMT (Maio 2014): global 84,5%; atualmente RRMS 90,4%; SPMS 70,8%; PPMS 36,8%; progressivas agregadas 48%. Tipo de DMT, amostra global: interferões 56,5%, GA 18,4%, Natalizumab 11,6%, Fingolimod 9,7%. Global: economicamente ativos 61,5%, desemprego 13,5%, 74,1% dos não activos estão reformados por doença. Gravidezes após diagnóstico em 15% mulheres. Casos com história familiar positiva 7,8%. Discussão e conclusões: Incluída cerca de 10% da população portuguesa. Resultados congruentes com dados internacionais. Elevada proporção sob DMT, mesmo EDSS alto e formas progressivas. Terapêuticas de segunda linha sub representadas. Doentes jovens e com doença ligeira com vida económica ativa; restantes essencialmente reformados por doença.---------------- ABSTRACT : Background/aims: In Portugal, there wasn’t a multicentric study on the general characteristics (demography, disease milestones, DMT, socioeconomic status) of Multiple Sclerosis patients. Methods: Patients fulfilling McDonald 2010 criteria were sequentially recruited from May to November 2014 in 7 centers and data was systematically collected. Results: 561 patients included. First symptoms occurred at 30,2±10,5 years-old (RRMS 29,2±10, PPMS 39,4±11,7, p<0,001); diagnosis 3,2±5,3 years later (RRMS 3,0±5,1, PPMS 4,9±2,5, p=0,002); 9,4±7,2 years elapsed since diagnosis (similar for those is RRMS at diagnosis and PPMS); current age 42,9±12,4 years-old (group RRMS at diagnosis 42,0±12,1, PPMS 52,5±11,3, p<0,001); current EDSS 2,5 (RRMS 2.0, PPMS 6.0); females to males 2,5:1 (RRMS similar, PPMS 1,1:1, p<0,05); at diagnosis RRMS 90,6%, SPMS 0,9%, PPMS 8,6%; 9,5% of RRMS reached SP at inclusion (those older at diagnosis, in actuality, or with longer follow-up). PPMS more frequente in patients diagnosed at older ages (p<0,001), also slight increase in females. Along the last decades: new cases have showed stable proportions of gender and disease types; age at first symptoms and diagnosis slightly increased, time between them slightly decreased. Proportion on DMT (May 2014): 84,5% of all; 90,4% of currently in RRMS; 70,8% of SPMS; 36,8% of PPMS; 48% of progressive forms together. Type of DMT, all patients: interferons 56,5%, Glatiramer Acetate 18,4%, Natalizumab 11,6%, Fingolimod 9,7%. Economically active 61,5% of all, unemployment 13,5%, 74,1% of non-active are retired due to disease. Females pregnant after diagnosis 15%. Positive family cases in 7,8%. Discussion/Conclusions: 10% of the national MS population collected. Data generally consistente with international reports. Proportion under DMT relatively high in all disease types, but second line therapies underrepresented. Young patients with mild disease have an active economic life. Those not active are essentially retired due to disease.

Fostering e-participation sustainability through a BPM-driven semantic model

According to a recent Eurobarometer survey (2014), 68% of Europeans tend not to trust national governments. As the increasing alienation of citizens from politics endangers democracy and welfare, governments, practitioners and researchers look for innovative means to engage citizens in policy matters. One of the measures intended to overcome the so-called democratic deficit is the promotion of civic participation. Digital media proliferation offers a set of novel characteristics related to interactivity, ubiquitous connectivity, social networking and inclusiveness that enable new forms of societal-wide collaboration with a potential impact on leveraging participative democracy. Following this trend, e-Participation is an emerging research area that consists in the use of Information and Communication Technologies to mediate and transform the relations among citizens and governments towards increasing citizens’ participation in public decision-making. However, despite the widespread efforts to implement e-Participation through research programs, new technologies and projects, exhaustive studies on the achieved outcomes reveal that it has not yet been successfully incorporated in institutional politics. Given the problems underlying e-Participation implementation, the present research suggested that, rather than project-oriented efforts, the cornerstone for successfully implementing e-Participation in public institutions as a sustainable added-value activity is a systematic organisational planning, embodying the principles of open-governance and open-engagement. It further suggested that BPM, as a management discipline, can act as a catalyst to enable the desired transformations towards value creation throughout the policy-making cycle, including political, organisational and, ultimately, citizen value. Following these findings, the primary objective of this research was to provide an instrumental model to foster e-Participation sustainability across Government and Public Administration towards a participatory, inclusive, collaborative and deliberative democracy. The developed artefact, consisting in an e-Participation Organisational Semantic Model (ePOSM) underpinned by a BPM-steered approach, introduces this vision. This approach to e-Participation was modelled through a semi-formal lightweight ontology stack structured in four sub-ontologies, namely e-Participation Strategy, Organisational Units, Functions and Roles. The ePOSM facilitates e-Participation sustainability by: (1) Promoting a common and cross-functional understanding of the concepts underlying e-Participation implementation and of their articulation that bridges the gap between technical and non-technical users; (2) Providing an organisational model which allows a centralised and consistent roll-out of strategy-driven e-Participation initiatives, supported by operational units dedicated to the execution of transformation projects and participatory processes; (3) Providing a standardised organisational structure, goals, functions and roles related to e-Participation processes that enhances process-level interoperability among government agencies; (4) Providing a representation usable in software development for business processes’ automation, which allows advanced querying using a reasoner or inference engine to retrieve concrete and specific information about the e-Participation processes in place. An evaluation of the achieved outcomes, as well a comparative analysis with existent models, suggested that this innovative approach tackling the organisational planning dimension can constitute a stepping stone to harness e-Participation value.

Exploring the relationship between toxin and spore production in the human enteric pathogen Clostridium difficile

RESUMO: Clostridium difficile é presentemente a principal causa de doença gastrointestinal associada à utilização de antibióticos em adultos. C. difficile é uma bactéria Gram-positiva, obrigatoriamente anaeróbica, capaz de formar endósporos. Tem-se verificado um aumento dos casos de doença associada a C. difficile com sintomas mais severos, elevadas taxas de morbilidade, mortalidade e recorrência, em parte, devido à emergência de estirpes mais virulentas, mas também devido à má gestão do uso de antibióticos. C. difficile produz duas toxinas, TcdA e TcdB, que são os principais fatores de virulência e responsáveis pelos sintomas da doença. Estas são codificadas a partir do Locus de Patogenicidade (PaLoc) que codifica ainda para um regulador positivo, TcdR, uma holina, TcdE, e um regulador negativo, TcdC. Os esporos resistentes ao oxigénio são essenciais para a transmissão do organismo e recorrência da doença. A expressão dos genes do PaLoc ocorre em células vegetativas, no final da fase de crescimento exponencial, e em células em esporulação. Neste trabalho construímos dois mutantes de eliminação em fase dos genes tcdR e tcdE. Mostrámos que a auto-regulação do gene tcdR não é significativa. No entanto, tcdR é sempre necessário para a expressão dos genes presentes no PaLoc. Trabalho anterior mostrou que, com a exceção de tcdC, os demais genes do PaLoc são expressos no pré-esporo. Mostrámos aqui que TcdA é detectada à superfície do esporo maduro e que a eliminação do tcdE não influencia a acumulação de TcdA no meio de cultura ou em associação às células ou ao esporo. Estas observações têm consequências para o nosso entendimento do processo infecioso: sugeremque o esporo possa ser também um veículo para a entrega da toxina nos estágios iniciais da infecção, que TcdA possa ser libertada durante a germinação do esporo, e que o esporo possa utilizar o mesmo receptor reconhecido por TcdA para a ligação à mucosa do cólon.---------------------------ABSTRACT: Clostridium difficile is currently the major cause of antibiotic-associated gastrointestinal diseases in adults. This is a Gram-positive bacterium, endospore-forming and an obligate anaerobe that colonizes the gastrointestinal tract. Recent years have seen a rise in C. difficile associated disease (CDAD) cases, associated with more severe disease symptoms, higher rates of morbidity, mortality and recurrence, which were mostly caused due to the emergence of “hypervirulent” strains but also due to changing patterns of antibiotics use. C. difficile produces two potent toxins, TcdA and TcdB, which are the main virulence factors and the responsible for the disease symptoms. These are codified from a Pathogenicity Locus (PaLoc), composed also by the positive regulator, TcdR, the holin-like protein, TcdE, and a negative regulator, TcdC. Besides the toxins, the oxygen-resistant spores are also essential for transmission of the organism through diarrhea; moreover, spores can accumulate in the environment or in the host, which will cause disease recurrence. The expression of the PaLoc genes occurs in vegetative cells, at the end of the exponential growth phase, and in sporulating cells. In this work, we constructed two in-frame deletion mutants of tcdR and tcdE. We showed that the positive auto regulation of tcdR is not significant. However, tcdR is always necessary for the expression of the PaLoc genes. A previous work showed that, except tcdC, all the PaLoc genes are expressed in the forespore. Here, we detected TcdA at the spore surface. Furthermore, we showed that the in-frame deletion of tcdE does not affect the accumulation of TcdA in the culture medium or in association with cells or spores. This data was important for us to conclude about the infeccious process: it suggests that the spore may be the vehicle for the delivery of TcdA in early stages of infection, that TcdA may be released during spores germination and that this spore may use the same receptor recognized by TcdA to bind to the colonic mucosa.

How can Biotherm grow in the selective skincare channel in Portugal?

Branding Lab

How can digital help biotherm growing in the Portuguese selective skincare channel?

Branding Lab

Determinants for the subcellular localization of the inner and outer spore coat hubs in Bacillus subtilis

Endospores, or spores for simplicity, are a highly resistant cell type produced by some bacterial species under adverse conditions. Two main protective layers contribute to the resilience of spores: the cortex, composed of peptidoglycan, and the outermost proteinaceous coat. In Bacillus subtilis, the coat comprises up to 80 different proteins, organized into four sublayers: the basement layer, the inner coat, the outer coat and the crust. These proteins are synthesized at different times during sporulation and deposited at the spore surface in multiple coordinated waves. Central to coat formation is a group of morphogenetic proteins that guide the assembly of the coat components. Targeting of the coat proteins to the surface of the developing spore is mainly controlled by the SpoIVA morphogenetic ATPase. In a second stage, the coat proteins fully encircle the spore, a process termed encasement that requires the morphogenetic protein SpoVID. Assembly of the inner coat requires SafA, whereas formation of the outer coat and the crust requires CotE. SafA interacts directly with the N terminus of SpoVID. (...)