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.

Role of the cellular prion protein in oligodendrocyte precursor cell proliferation and differentiation in the developing and adult mouse CNS

There are numerous studies describing the signaling mechanisms that mediate oligodendrocyte precursor cell (OPC) proliferation and differentiation, although the contribution of the cellular prion protein (PrPc) to this process remains unclear. PrPc is a glycosyl-phosphatidylinositol (GPI)-anchored glycoprotein involved in diverse cellular processes during the development and maturation of the mammalian central nervous system (CNS). Here we describe how PrPc influences oligodendrocyte proliferation in the developing and adult CNS. OPCs that lack PrPc proliferate more vigorously at the expense of a delay in differentiation, which correlates with changes in the expression of oligodendrocyte lineage markers. In addition, numerous NG2-positive cells were observed in cortical regions of adult PrPc knockout mice, although no significant changes in myelination can be seen, probably due to the death of surplus cells.

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.

Funcions de les molècules associades a la mielina i la proteïna priònica cel•lular (PrPc) en neurodegeneració (Malaltia d’Alzheimer) i neuroinflamació (Esclerosi Múltiple)

Les proteïnes associades a la mielina (MAIS), Nogo-A, MAG i OMgp, són molècules que presenten una capacitat inhibitòria molt important per el recreixement axonal i la neuroreparació després de lesió. No obstant des de fa anys les seves funcions han estat ampliades i s’han involucrat en diferents processos degeneratius del sistema nerviós o en processos neuroinflamatoris del sistema nerviós central i el perifèric com ara l'Escleresi Múltiple (MS). La base neurobiològica d’indicadors moleculars que són responsables del dany axonal en MS segueixen sense estar plenament descrits. Recentment s’ha publicat que el mecanisme de senyalització Nogo-A pot regir els primers canvis de la desmielinització immunomediada del sistema nerviós central en el model animal de MS, l’encefalomielitis autoimmune experimental (EAE). De la mateixa forma la proteïna priònica cel•lular és una proteïna que s’ha associat majoritàriament a malalties espongiformes, però que recentment s’ha vinculat (no sense controvèrsia) amb la seva possible relació amb la Malaltia d'Alzheimer (AD), ja que seria capaç de reclutar els oligòmers d’Aβ (ADDLs), els quals correlacionen millor amb el grau de demència, i amb els que interacciona directament, actuant així com un possible mediador de la fosforilació de tau en la malaltia. No obstant, les funcions de les MAIS i de la PrPc en aquests models de la malaltia no estan clarament definits i, per altra banda, es desconeixen els mecanismes de senyalització implicats, no descartant de forma clara el component neural i l’immune.

Regulation of GABA(A) and glutamate receptor expression, synaptic facilitation and long-term potentiation in the hippocampus of prion mutant mice

Background: Prionopathies are characterized by spongiform brain degeneration, myoclonia, dementia, and periodic electroencephalographic (EEG) disturbances. The hallmark of prioniopathies is the presence of an abnormal conformational isoform (PrP(sc)) of the natural cellular prion protein (PrP(c)) encoded by the Prnp gene. Although several roles have been attributed to PrP(c), its putative functions in neuronal excitability are unknown. Although early studies of the behavior of Prnp knockout mice described minor changes, later studies report altered behavior. To date, most functional PrP(c) studies on synaptic plasticity have been performed in vitro. To our knowledge, only one electrophysiological study has been performed in vivo in anesthetized mice, by Curtis and coworkers. They reported no significant differences in paired-pulse facilitation or LTP in the CA1 region after Schaffer collateral/commissural pathway stimulation. Principal Findings: Here we explore the role of PrP(c) expression in neurotransmission and neural excitability using wild-type, Prnp -/- and PrP(c)-overexpressing mice (Tg20 strain). By correlating histopathology with electrophysiology in living behaving mice, we demonstrate that both Prnp -/- mice but, more relevantly Tg20 mice show increased susceptibility to KA, leading to significant cell death in the hippocampus. This finding correlates with enhanced synaptic facilitation in paired-pulse experiments and hippocampal LTP in living behaving mutant mice. Gene expression profiling using Illumina microarrays and Ingenuity pathways analysis showed that 129 genes involved in canonical pathways such as Ubiquitination or Neurotransmission were co-regulated in Prnp -/- and Tg20 mice. Lastly, RT-qPCR of neurotransmission-related genes indicated that subunits of GABA(A) and AMPA-kainate receptors are co-regulated in both Prnp -/- and Tg20 mice. Conclusions/Significance: Present results demonstrate that PrP(c) is necessary for the proper homeostatic functioning of hippocampal circuits, because of its relationships with GABA(A) and AMPA-Kainate neurotransmission. New PrP(c) functions have recently been described, which point to PrP(c) as a target for putative therapies in Alzheimer's disease. However, our results indicate that a "gain of function" strategy in Alzheimer's disease, or a "loss of function" in prionopathies, may impair PrP(c) function, with devastating effects. In conclusion, we believe that present data should be taken into account in the development of future therapies.

Neuroprotective role of PrPC against kainate-induced epileptic seizures and cell death depends on the modulation of JNK3 activation by GluR6/7-PSD-95 binding

Cellular prion protein (PrPC) is a glycosyl-phosphatidylinositol¿anchored glycoprotein. When mutated or misfolded, the pathogenic form (PrPSC) induces transmissible spongiform encephalopathies. In contrast, PrPC has a number of physiological functions in several neural processes. Several lines of evidence implicate PrPC in synaptic transmission and neuroprotection since its absence results in an increase in neuronal excitability and enhanced excitotoxicity in vitro and in vivo. Furthermore, PrPC has been implicated in the inhibition of N-methyl-D-aspartic acid (NMDA)¿mediated neurotransmission, and prion protein gene (Prnp) knockout mice show enhanced neuronal death in response to NMDA and kainate (KA). In this study, we demonstrate that neurotoxicity induced by KA in Prnp knockout mice depends on the c-Jun N-terminal kinase 3 (JNK3) pathway since Prnpo/oJnk3o/o mice were not affected by KA. Pharmacological blockage of JNK3 activity impaired PrPC-dependent neurotoxicity. Furthermore, our results indicate that JNK3 activation depends on the interaction of PrPC with postsynaptic density 95 protein (PSD-95) and glutamate receptor 6/7 (GluR6/7). Indeed, GluR6¿PSD-95 interaction after KA injections was favored by the absence of PrPC. Finally, neurotoxicity in Prnp knockout mice was reversed by an AMPA/KA inhibitor (6,7-dinitroquinoxaline-2,3-dione) and the GluR6 antagonist NS-102. We conclude that the protection afforded by PrPC against KA is due to its ability to modulate GluR6/7-mediated neurotransmission and hence JNK3 activation.

Neuroprotective role of PrPC against kainate-induced epileptic seizures and cell death depends on the modulation of JNK3 activation by GluR6/7-PSD-95 binding

Cellular prion protein (PrPC) is a glycosyl-phosphatidylinositol¿anchored glycoprotein. When mutated or misfolded, the pathogenic form (PrPSC) induces transmissible spongiform encephalopathies. In contrast, PrPC has a number of physiological functions in several neural processes. Several lines of evidence implicate PrPC in synaptic transmission and neuroprotection since its absence results in an increase in neuronal excitability and enhanced excitotoxicity in vitro and in vivo. Furthermore, PrPC has been implicated in the inhibition of N-methyl-D-aspartic acid (NMDA)¿mediated neurotransmission, and prion protein gene (Prnp) knockout mice show enhanced neuronal death in response to NMDA and kainate (KA). In this study, we demonstrate that neurotoxicity induced by KA in Prnp knockout mice depends on the c-Jun N-terminal kinase 3 (JNK3) pathway since Prnpo/oJnk3o/o mice were not affected by KA. Pharmacological blockage of JNK3 activity impaired PrPC-dependent neurotoxicity. Furthermore, our results indicate that JNK3 activation depends on the interaction of PrPC with postsynaptic density 95 protein (PSD-95) and glutamate receptor 6/7 (GluR6/7). Indeed, GluR6¿PSD-95 interaction after KA injections was favored by the absence of PrPC. Finally, neurotoxicity in Prnp knockout mice was reversed by an AMPA/KA inhibitor (6,7-dinitroquinoxaline-2,3-dione) and the GluR6 antagonist NS-102. We conclude that the protection afforded by PrPC against KA is due to its ability to modulate GluR6/7-mediated neurotransmission and hence JNK3 activation.

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.

Projectes d’autoaprenentatge de Biologia Cel·lular a la Llicenciatura de Medicina

Aquest projecte de MQD ha permès realitzar una sèrie d’experiències diverses i valuoses que han apuntat formes alternatives en la docència de la Biologia Cel·lular i l’aprenentatge de l'estudiant de la llicenciatura o del grau de medicina. En base a la valoració qualitativa del grau de satisfacció dels usuaris i en un estudi antitatiu de la seva opinió, considerem que ha estat experiències molt vàlides que afavoreixen que l’alumne participi de forma més activa en la seva formació. La principal dificultat observada ha estat o millor dit serà, l’aplicació de les experiències desenvolupades, de forma obligatòria i generalitzada, a tots els alumnes, sobretot als de 1er curs, donat que es tracta d’un grup molt nombrós (més de 300 alumnes). De totes maneres l’experiència adquirida ha estat molt favorable. Les activitats desenvolupades es continuen aplicant i es continuaran aplicant en el nou pla de medicina. Una aplicació perllongada en cursos successius afavorirà poder extreure’n conclusions de tipus més quantitatiu a més de les apreciacions qualitatives.

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.

Estabilització del color de la fracció cel·lular de sang de porc deshidratada per atomització

L’ús de colorants alimentaris pot ser controvertit, ja que la seva presència s’associa amb problemes provocats pel seu consum a llarg termini, o perquè es tem que siguin emprats per dissimular deficiències en la qualitat del producte. Aquesta preocupació és una tendència creixent entre els consumidors i ha portat a moltes empreses del sector alimentari a revisar la formulació dels seus productes i substituir, sempre que sigui econòmica i tecnològicament possible, els colorants artificials per colorants naturals. L’hemoglobina procedent de la sang dels escorxadors industrials podria ser una font important de colorant vermell natural degut a les grans quantitats generades diàriament. A més, s' evitaria que anés a parar a les aigües residuals. El seu ús com a colorant vermell natural queda supeditada al fet de trobar alguna substància o sistema capaç de protegir-la de l’oxidació durant el procés de deshidratació i el posterior període d’emmagatzematge ja que l’hemoglobina és poc estable i es poden produir canvis en el seu color. Inicialment l’hemoglobina presenta un color vermell brillant. La seva desoxigenació comporta un canvi a color porpra. I l’oxidació del ferro confereix a la molècula un indesitjable color marró. En l’estudi que aquí es presenta es pretén estabilitzar el color de l’hemoglobina de sang porcina tant durant la seva deshidratació per atomització com durant l’emmagatzematge a temperatura ambient de la pols obtinguda afegint al concentrat d’hemoglobina, prèviament a la deshidratació, combinacions de diferents substàncies que puguin actuar de manera complementària en l’estabilització del ferro hèmic enfront la seva oxidació. L’objectiu d’aquest treball és determinar si la seva combinació amb agents antioxidants comporta una millora en l’estabilització de la forma reduïda de l’hemoglobina tant durant la deshidratació per atomització com durant l’emmagatzematge de la pols a temperatura ambient

De-hyping transmit diversity in modern MIMO cellular systems

A contemporary perspective on the tradeoff between transmit antenna diversity and spatial multi-plexing is provided. It is argued that, in the context of modern cellular systems and for the operating points of interest, transmission techniques that utilize all available spatial degrees of freedom for multiplexingoutperform techniques that explicitly sacrifice spatialmultiplexing for diversity. Reaching this conclusion, however, requires that the channel and some key system features be adequately modeled; failure to do so may bring about starkly different conclusions. As a specific example, this contrast is illustrated using the 3GPP Long-Term Evolution system design.

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.

E2F1 regulates cellular growth by mTOR signaling

During cell proliferation, growth must occur to maintain homeostatic cell size. Here we show that E2F1 is capable of inducing growth by regulating mTORC1 activity. The activation of cell growth and mTORC1 by E2F1 is dependent on both E2F1's ability to bind DNA and to regulate gene transcription, demonstrating that a gene induction expression program is required in this process. Unlike E2F1, E2F3 is unable to activate mTORC1, suggesting that growth activity could be restricted to individual E2F members. The effect of E2F1 on the activation of mTORC1 does not depend on Akt. Furthermore, over-expression of TSC2 does not interfere with the effect of E2F1, indicating that the E2F1-induced signal pathway can compensate for the inhibitory effect of TSC2 on Rheb. Immunolocalization studies demonstrate that E2F1 induces the translocation of mTORC1 to the late endosome vesicles, in a mechanism dependent of leucine. E2F1 and leucine, or insulin, together affect the activation of S6K stronger than alone suggesting that they are complementary in activating the signal pathway. From these studies, E2F1 emerges as a key protein that integrates cell division and growth, both of which are essential for cell proliferation.