La millor comprensió del desenvolupament cardíac i el dany cel•lular en els miòcits ajudarà a definir dianes terapèutiques

En el cor embrional, la senyalització de mort cel•lular apoptòtica iniciada per receptors de mort i les caspases executores 3 i 7 exerceixen un paper important durant el desenvolupament cardíac no relacionat amb la mort cel•lular, i posteriorment són silenciats en l’adult, on les vies independents de caspases estan implicades en la mort cel•lular patològica. Resultats previs del nostre grup han contribuït a entendre com es regula i silencia en el cor l’expressió dels gens de la via apoptòtica depenent de caspases durant el desenvolupament; a més, resultats no publicats demostren que les caspases regulen el procés d’expressió de gens en el cor i, contràriament a la maquinària depenent de caspases, TatD, una nucleasa, ’expressa abundantment al cor postnatal. Es desconeixen les funcions de la senyalització apoptòtica durant el desenvolupament cardíac, tot i que són essencials per al desenvolupament, a més, la senyalització independent de caspases implicada al dany cel•lular en els miòcits només es coneix parcialment, el nostre objectiu és contribuir al coneixement d’ambdós fenòmens. Creiem que les caspases podrien processar proteïnes reguladores de l’expressió de gens musculars alterant la seva activitat, mentre que TatD té un paper rellevant en el dany cel•lular però també en la funció cardíaca normal. Volem caracteritzar la contribució de les caspases 3 i 7 en el desenvolupament cardíac, utilitzant models in vivo (estem finalitzant els creuaments necessaris per a disposar dels animals amb el genotip desitjat) i in vitro (pràcticament hem preparat tot el material i hem optimitzat els protocols per a tirar-ho endavant). També volem caracteritzar la funció de TatD durant el desenvolupament i fisiologia del cor i conèixer-ne la seva funció utilitzant models in vitro i in vivo.

New insights into cellular prion protein (PrPc) functions: the 'ying and yang' of a relevant protein.

The conversion of cellular prion protein (PrPc), a GPI-anchored protein, into a protease-K-resistant and infective form (generally termed PrPsc) is mainly responsible for Transmissible Spongiform Encephalopathies (TSEs), characterized by neuronal degeneration and progressive loss of basic brain functions. Although PrPc is expressed by a wide range of tissues throughout the body, the complete repertoire of its functions has not been fully determined. Recent studies have confirmed its participation in basic physiological processes such as cell proliferation and the regulation of cellular homeostasis. Other studies indicate that PrPc interacts with several molecules to activate signaling cascades with a high number of cellular effects. To determine PrPc functions, transgenic mouse models have been generated in the last decade. In particular, mice lacking specific domains of the PrPc protein have revealed the contribution of these domains to neurodegenerative processes. A dual role of PrPc has been shown, since most authors report protective roles for this protein while others describe pro-apoptotic functions. In this review, we summarize new findings on PrPc functions, especially those related to neural degeneration and cell signaling.

New insights into cellular prion protein (PrPc) functions: the 'ying and yang' of a relevant protein.

The conversion of cellular prion protein (PrPc), a GPI-anchored protein, into a protease-K-resistant and infective form (generally termed PrPsc) is mainly responsible for Transmissible Spongiform Encephalopathies (TSEs), characterized by neuronal degeneration and progressive loss of basic brain functions. Although PrPc is expressed by a wide range of tissues throughout the body, the complete repertoire of its functions has not been fully determined. Recent studies have confirmed its participation in basic physiological processes such as cell proliferation and the regulation of cellular homeostasis. Other studies indicate that PrPc interacts with several molecules to activate signaling cascades with a high number of cellular effects. To determine PrPc functions, transgenic mouse models have been generated in the last decade. In particular, mice lacking specific domains of the PrPc protein have revealed the contribution of these domains to neurodegenerative processes. A dual role of PrPc has been shown, since most authors report protective roles for this protein while others describe pro-apoptotic functions. In this review, we summarize new findings on PrPc functions, especially those related to neural degeneration and cell signaling.

Identificació de noves dianes terapèutiques en neoplàsies limfoides

El limfoma de cèl•lules de mantell (LCM) és un limfoma de cèl•lules B incurable que presenta sobreexpressió de ciclina D1. Això fa necessari el desenvolupament de noves teràpies. Els gens supressors de tumors estan alterats en càncer pel silenciament epigenètic aberrant, com a conseqüència de la desacetilació de les histones dels seus promotors. Els inhibidors de les desacetilases d'histones (HDACi) són nous compostos amb resultats prometedors per al tractament de tumors. L'objectiu principal, i que ha durat 7 mesos, va ser analitzar l'activitat antitumoral de l'àcid hidroxàmic suberoilanílid (SAHA, vorinostat), un HDACi en fase d'assajos clínics per al tractament de varis tumors, en cèl•lules de LCM. Es va analitzar la sensibilitat al SAHA (Merck Pharmaceuticals) en nou línies cel•lulars humanes de LCM, que es diferenciaven en les alteracions genètiques, les característiques replicatives i la sensibilitat als fàrmacs; i cèl•lules primàries de 6 pacients. El SAHA va presentar un efecte citotòxic heterogeni amb DL50 (Dosi Letal 50) de 3.25 μM a &25 μM amb 24 d'incubació. Aquest efecte citotòxic s'incrementava notablement després de 48 hores d'incubació assolint una DL50 de 0.34 a 5.69 μM. Cal destacar que 5 dels 6 casos de les mostres primàries de LCM van mostrar una elevada sensibilitat (DL50 & 8.07 μM). A nivell mecanistic, el SAHA va augmentar l'acetilació de les histones H3 i H4, i va disminuir els nivells de proteïna de la ciclina D1 i c-Flip. La citometria de flux i els anàlisis per Western Blot van posar de manifest que l'efecte citotòxic del SAHA es dóna a través de l'activació de la via mitocondrial de mort cel•lular i la cascada de caspases. El SAHA indueix l'expressió transcripcional de la proteïna proapoptòtica Bmf. Aquests resultats suggereixen que el SAHA podria ser una nova teràpia prometedora per al tractament del LCM.

Gtdap-1 and the role of autophagy during planarian regeneration and starvation

Planarians have been established as an ideal model organism for stem cell research and regeneration. Planarian regeneration and homeostasis require an exquisite balancing act between cell death and cell proliferation as new tissues are made (epimorphosis) and existing tissues remodeled (morphallaxis). Some of the genes and mechanisms that control cell proliferation and pattern formation are known. However, studies about cell death during remodeling are few and far between. We have studied the gene Gtdap-1, the planarian ortholog of human death-associated protein-1 or DAP-1. DAP-1 together with DAP-kinase has been identified as a positive mediator of programmed cell death induced by gamma-interferon in HeLa cells. We have found that the gene functions at the interface between autophagy and cell death in the remodeling of the organism that occurs during regeneration and starvation in sexual and asexual races of planarians. Our data suggest that autophagy of existing cells may be essential to fuel the continued proliferation and differentiation of stem cells by providing the necessary energy and building blocks to neoblasts.

Relevance of death receptors in nervous system: role in the pathogenesis of neurodegenerative diseases and targets for therapy

L’apoptosi és un procés fisiològic que controla el nombre de cèl·lules en organismes superiors. L’apoptosi està estrictament regulada i s’ha vist que està implicada en la patogènesi d’algunes malalties del sistema nerviós. En aquest sentit, un excés de mort cel·lular contribueix a les malalties neurodegenerati- ves, mentre que, el seu dèficit és una de les raons del desenvolupament de tumors. El punt principal de regulació del procés apoptòtic és l’activació de les caspases, cisteïna-proteases que tenen especificitat pels residus aspàrtic. Les caspases es poden activar per dos mecanismes principals: (1) alliberament de citocrom C dels mitocondris alterats al citoplasma i (2) l’activació dels receptors de la membrana anomenats receptors de mort (DR, de l’anglès death receptor). Aquests receptors s’han caracteritzat extensament en el sistema immunitari, mentre que en el sistema nerviós les seves funcions són encara desconegudes. El present article se centra en el paper dels DR en la patogènesi de malalties neurodegeneratives i suggereix el seu potencial des del punt de vista terapèutic. També es descriuen diverses molècules intracel·lulars caracteritzades per la seva habilitat en la modulació dels DR. Entre elles, presentem dues noves proteïnes – lifeguard i FAIM – que s’expressen específicament al sistema nerviós.

EndoG links Bnip3-induced mitochondrial damage and caspase-independent DNA fragmentation in ischemic cardiomyocytes

Mitochondrial dysfunction, caspase activation and caspase-dependent DNA fragmentation are involved in cell damage in many tissues. However, differentiated cardiomyocytes repress the expression of the canonical apoptotic pathway and their death during ischemia is caspase-independent. The atypical BH3-only protein Bnip3 is involved in the process leading to caspase-independent DNA fragmentation in cardiomyocytes. However, the pathway by which DNA degradation ensues following Bnip3 activation is not resolved. To identify the mechanism involved, we analyzed the interdependence of Bnip3, Nix and EndoG in mitochondrial damage and DNA fragmentation during experimental ischemia in neonatal rat ventricular cardiomyocytes. Our results show that the expression of EndoG and Bnip3 increases in the heart throughout development, while the caspase-dependent machinery is silenced. TUNEL-positive DNA damage, which depends on caspase activity in other cells, is caspase-independent in ischemic cardiomyocytes and ischemia-induced DNA high and low molecular weight fragmentation is blocked by repressing EndoG expression. Ischemia-induced EndoG translocation and DNA degradation are prevented by silencing the expression of Bnip3, but not Nix, or by overexpressing Bcl-xL. These data establish a link between Bnip3 and EndoG-dependent, TUNEL-positive, DNA fragmentation in ischemic cardiomyocytes in the absence of caspases, defining an alternative cell death pathway in postmitotic cells.

Neuronal survival induced by neurotrophins requires calmodulin

It has been reported that phosphoinositide 3-kinase (PI 3-kinase) and its downstream target, protein kinase B (PKB), play a central role in the signaling of cell survival triggered by neurotrophins (NTs). In this report, we have analyzed the involvement of Ca2+ and calmodulin (CaM) in the activation of the PKB induced by NTs. We have found that reduction of intracellular Ca2+ concentration or functional blockade of CaM abolished NGF-induced activation of PKB in PC12 cells. Similar results were obtained in cultures of chicken spinal cord motoneurons treated with brain-derived neurotrophic factor (BDNF). Moreover, CaM inhibition prevented the cell survival triggered by NGF or BDNF. This effect was counteracted by the transient expression of constitutive active forms of the PKB, indicating that CaM regulates NT-induced cell survival through the activation of the PKB. We have investigated the mechanisms whereby CaM regulates the activation of the PKB, and we have found that CaM was necessary for the proper generation and/or accumulation of the products of the PI 3-kinase in intact cells.

The death receptor antagonist FAIM promotes neurite outgrowth by a mechanism that depends on ERK and NF-κB signaling

Fas apoptosis inhibitory molecule (FAIM) is a protein identified as an antagonist of Fas-induced cell death. We show that FAIM overexpression fails to rescue neurons from trophic factor deprivation, but exerts a marked neurite growth–promoting action in different neuronal systems. Whereas FAIM overexpression greatly enhanced neurite outgrowth from PC12 cells and sympathetic neurons grown with nerve growth factor (NGF), reduction of endogenous FAIM levels by RNAi decreased neurite outgrowth in these cells. FAIM overexpression promoted NF-κB activation, and blocking this activation by using a super-repressor IκBα or by carrying out experiments using cortical neurons from mice that lack the p65 NF-κB subunit prevented FAIM-induced neurite outgrowth. The effect of FAIM on neurite outgrowth was also blocked by inhibition of the Ras–ERK pathway. Finally, we show that FAIM interacts with both Trk and p75 neurotrophin receptor NGF receptors in a ligand-dependent manner. These results reveal a new function of FAIM in promoting neurite outgrowth by a mechanism involving activation of the Ras–ERK pathway and NF-κB.

Concentrative nucleoside transporter 1 (hCNT1) promotes phenotypic changes relevant to tumor biology in a translocation independent manner

Nucleoside transporters (NTs) mediate the uptake of nucleosides and nucleobases across the plasma membrane, mostly for salvage purposes. The canonical NTs belong to two gene families, SLC29 and SLC28. The former encode equilibrative nucleoside transporter proteins (ENTs), which mediate the facilitative diffusion of natural nucleosides with broad selectivity, whereas the latter encode concentrative nucleoside transporters (CNTs), which are sodium-coupled and show high affinity for substrates with variable selectivity. These proteins are expressed in most cell types, exhibiting apparent functional redundancy. This might indicate that CNTs play specific roles in the physiology of the cell beyond nucleoside salvage. Here, we addressed this possibility using adenoviral vectors to restore tumor cell expression of hCNT1 or a polymorphic variant (hCNT1S546P) lacking nucleoside translocation ability. We found that hCNT1 restoration in pancreatic cancer cells significantly altered cell-cycle progression and phosphorylation status of key signal-transducing kinases, promoted poly-(ADP ribose) polymerase hyperactivation and cell death, and reduced tumor growth and cell migration. Importantly, the translocation-defective transporter triggered these same effects on cell physiology. These data predict a novel and totally unexpected biological role for the nucleoside transporter protein hCNT1 that appears to be independent of its role as mediator of nucleoside uptake by cells, thereby suggesting a transceptor function. Cell Death & Disease Anastasis Stephanou Receiving Editor Cell Death & Disease 19th Apr 2013 Dr Perez-Torras Av/ Diagonal 643. Edif. Prevosti, Pl -1 Barcelona 08028 Spain RE: Manuscript CDDIS-13-0136R, 'CDDIS-13-0136R' Dear Dr Perez-Torras, It is a pleasure to inform you that your manuscript has been evaluated at the editorial level and has now been officially accepted for publication in Cell Death & Disease, pending you meet the following editorial requirements: 1) the list of the abbreviations is missing please include Could you send us the revised text as word file via e-mail and we will proceed and transfer the paper onto our typesetters. Please download, print, sign, and return the Licence to Publish Form using the link below. This must be returned via FAX to ++ 39 06 7259 6977 before your manuscript can be published:

Snail blocks the cell cycle and confers resistance to cell death

The Snail zinc-finger transcription factors trigger epithelial-mesenchymal transitions (EMTs), endowing epithelial cells with migratory and invasive properties during both embryonic development and tumor progression. During EMT, Snail provokes the loss of epithelial markers, as well as changes in cell shape and the expression of mesenchymal markers. Here, we show that in addition to inducing dramatic phenotypic alterations, Snail attenuates the cell cycle and confers resistance to cell death induced by the withdrawal of survival factors and by pro-apoptotic signals. Hence, Snail favors changes in cell shape versus cell division, indicating that with respect to oncogenesis, although a deregulation/increase in proliferation is crucial for tumor formation and growth, this may not be so for tumor malignization. Finally, the resistance to cell death conferred by Snail provides a selective advantage to embryonic cells to migrate and colonize distant territories, and to malignant cells to separate from the primary tumor, invade, and form metastasis.

Estudi de la influència de substàncies en la proliferació cel·lular: el·laboració d'un cultiu cel·lular

 Treball de recerca realitzat per un alumne d’ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l’any 2010. L’objectiu principal d'aquest treball de recerca és estudiar la manera com diverses substàncies afecten el creixement cel•lular in vitro. La hipòtesi principal és que algunes substàncies poden tenir un important efecte en el desenvolupament de les cèl•lules, perquè les substàncies modifiquen l'adherència de les cèl•lules a la placa de cultiu. Concretament, en aquest treball s'ha estudiat la possible influència de la poliornitina, el col•lagen i la polilisina en el creixement cel•lular in vitro de cèl•lules PC12 (cèl•lules tumorals de ronyó de rata) i 293 (cèl•lules embrionàries de ronyó humà). Per dur a terme aquest estudi és necessari utilitzar material de laboratori d'un nivell tècnic que sobrepassa els equipaments dels laboratoris dels Centres de Secundària. La cambra de flux laminar, per a poder manipular els cultius de manera estèril, incubadors cel•lulars estèrils i el microscopi invertit són equipaments imprescindibles per a poder treballar amb cultius cel•lulars. El Departament de Bioquímica de la Facultat de Medicina i Infermeria (Universitat de Lleida) ha posat a disposició de l'autor tots aquest equipaments i ha participat directament en la acció tutelar d'aquest estudi. Els resultats d'aquesta recerca han permès confirmar les hipòtesis principals que inicialment s'havien plantejat. S'ha constatat que les substàncies utilitzades tenen efectivament un influència decisiva en el creixement de les cèl•lules estudiades. Inicialment les substàncies utilitzades han afavorit el creixement cel•lular in vitro, exceptuant la polilisina, que ha resultat tòxica per a les cèl•lules 293. Ara bé, si el cultiu sobrecreix i la població sobrepassa un determinat llindar, les cèl•lules inicien la mort per apoptosi.

Individual-based modelling of bacterial cultures to study the lag ohase

Els bacteris són la forma dominant de vida del planeta: poden sobreviure en medis molt adversos, i en alguns casos poden generar substàncies que quan les ingerim ens són tòxiques. La seva presència en els aliments fa que la microbiologia predictiva sigui un camp imprescindible en la microbiologia dels aliments per garantir la seguretat alimentària. Un cultiu bacterià pot passar per quatre fases de creixement: latència, exponencial, estacionària i de mort. En aquest treball s’ha avançat en la comprensió dels fenòmens intrínsecs a la fase de latència, que és de gran interès en l’àmbit de la microbiologia predictiva. Aquest estudi, realitzat al llarg de quatre anys, s’ha abordat des de la metodologia Individual-based Modelling (IbM) amb el simulador INDISIM (INDividual DIScrete SIMulation), que ha estat millorat per poder fer-ho. INDISIM ha permès estudiar dues causes de la fase de latència de forma separada, i abordar l’estudi del comportament del cultiu des d’una perspectiva mesoscòpica. S’ha vist que la fase de latència ha de ser estudiada com un procés dinàmic, i no definida per un paràmetre. L’estudi de l’evolució de variables com la distribució de propietats individuals entre la població (per exemple, la distribució de masses) o la velocitat de creixement, han permès distingir dues etapes en la fase de latència, inicial i de transició, i aprofundir en la comprensió del que passa a nivell cel•lular. S’han observat experimentalment amb citometria de flux diversos resultats previstos per les simulacions. La coincidència entre simulacions i experiments no és trivial ni casual: el sistema estudiat és un sistema complex, i per tant la coincidència del comportament al llarg del temps de diversos paràmetres interrelacionats és un aval a la metodologia emprada en les simulacions. Es pot afirmar, doncs, que s’ha verificat experimentalment la bondat de la metodologia INDISIM.

Desenvolupament d'hidrogels superficials que contenen motius d'adhesió cel·lular

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Departament d’Enginyeria Química del Massachusetts Institute of Technology entre abril i octubre del 2006. S’ha dissenyat i sintetitzat uns nous films polimèrics, amb aplicacions en l’àmbit de l’enginyeria de teixits, utilitzant la tècnica anomenada iCVD (initiated Chemical Vapor Deposition), prèviament desenvolupada pel grup receptor. Es tracta d’uns hidrogels superficials de gruix controlable, que incorporen un monòmer fluorat, el qual s’havia estudiat extensament en el grup d’origen. Aquest monòmer es caracteritza per reaccionar molt fàcilment amb pèptids, de manera que aquests queden units covalentment a la superfície. Diferents estratègies pel desenvolupament d’aquests copolímers han estat avaluades, tant des del punt de vista purament sintètic com de la pròpia aplicació. Les condicions de polimerització han estat optimitzades i els hidrogels s’han caracteritzat químicament per tècniques espectroscòpiques (FTIR, XPS), i físicament per angle de contacte i el·lipsometria. D’aquesta manera, s’ha estudiat la capacitat dels hidrogels d’absorbir aigua i alhora augmentar el seu gruix, depenent de la quantitat d’agent reticulant introduït i de la incorporació del nou monòmer. A continuació, s’han optimitzat les condicions de reacció d’aquestes superfícies amb pèptids que incorporen una molècula fluorescent, la qual permet detectar fàcilment per microscòpia de fluorescència si la reacció ha tingut lloc. Una vegada la plataforma ha estat posada a punt, s’han iniciat assajos cel·lulars tant amb fibroblasts embriònics de ratolí com amb cèl·lules humanes umbilicals. Els resultats preliminars suggereixen una morfologia diferent de les cèl·lules segons si es cultiven sobre films modificats amb pèptids que promouen l’adhesió cel·lular o sobre les seves seqüències permutades no actives. Però, el més interessant és que també s’han observat certes diferències depenent si els films contenen el component hidrogel o no, fet que suggeriria un paper actiu d’aquests noves superfícies en el comportament cel·lular.

Nano-electro-mechanical in dynamical cellular processes

Report for the scientific sojourn carried out at the Department of Structure and Constituents of Matter during 2007.The main focus of the work was on phenomena related to nano-electromechanical processes that take place on a cellular level. Additionally, it has also been performed independent work related to charge and energy transfer in bio molecules, energy transfer in coupled spin systems as well as electrodynamics of nonlinear metamaterials.