Temporal changes in the expression and distribution of adhesion molecules during liver development and regeneration

We have compared by immunocytochemistry and immunoblotting the expression and distribution of adhesion molecules participating in cell-matrix and cell-cell interactions during embryonic development and regeneration of rat liver. Fibronectin and the fibronectin receptor, integrin alpha 5 beta 1, were distributed pericellularly and expressed at a steady level during development from the 16th day of gestation and in neonate and adult liver. AGp110, a nonintegrin fibronectin receptor was first detected on the 17th day of gestation in a similar, nonpolarized distribution on parenchymal cell surfaces. At that stage of development haemopoiesis is at a peak in rat liver and fibronectin and receptors alpha 5 beta 1 and AGp110 were prominent on the surface of blood cell precursors. During the last 2 d of gestation (20th and 21st day) hepatocytes assembled around lumina. AGp110 was initially depolarized on the surface of these acinar cells but then confined to the lumen and to newly-formed bile canaliculi. At birth, a marked increase occurred in the canalicular expression of AGp110 and in the branching of the canalicular network. Simultaneously, there was enhanced expression of ZO-1, a protein component of tight junctions. On the second day postpartum, presence of AGp110 and of protein constituents of desmosomes and intermediate junctions, DGI and E-cadherin, respectively, was notably enhanced in cellular fractions insoluble in nonionic detergents, presumably signifying linkage of AGp110 with the cytoskeleton and assembly of desmosomal and intermediate junctions. During liver regeneration after partial hepatectomy, AGp110 remained confined to apical surfaces, indicating a preservation of basic polarity in parenchymal cells. A decrease in the extent and continuity of the canalicular network occurred in proliferating parenchyma, starting 24 h after resection in areas close to the terminal afferent blood supply of portal veins and spreading to the rest of the liver within the next 24 h. Distinct acinar structures, similar to the ones in prenatal liver, appeared at 72 h after hepatectomy. Restoration of the normal branching of the biliary tree commenced at 72 h. At 7 d postoperatively acinar formation declined and one-cell-thick hepatic plates, as in normal liver, were observed.

Thrombin-induced contraction in alveolar epithelial cells probed by traction microscopy

Contractile tension of alveolar epithelial cells plays a major role in the force balance that regulates the structural integrity of the alveolar barrier. The aim of this work was to study thrombin-induced contractile forces of alveolar epithelial cells. A549 alveolar epithelial cells were challenged with thrombin, and time course of contractile forces was measured by traction microscopy. The cells exhibited basal contraction with total force magnitude 55.0 ± 12.0 nN (mean ± SE, n = 12). Traction forces were exerted predominantly at the cell periphery and pointed to the cell center. Thrombin (1 U/ml) induced a fast and sustained 2.5-fold increase in traction forces, which maintained peripheral and centripetal distribution. Actin fluorescent staining revealed F-actin polymerization and enhancement of peripheral actin rim. Disruption of actin cytoskeleton with cytochalasin D (5 µM, 30 min) and inhibition of myosin light chain kinase with ML-7 (10 µM, 30 min) and Rho kinase with Y-27632 (10 µM, 30 min) markedly depressed basal contractile tone and abolished thrombin-induced cell contraction. Therefore, the contractile response of alveolar epithelial cells to the inflammatory agonist thrombin was mediated by actin cytoskeleton remodeling and actomyosin activation through myosin light chain kinase and Rho kinase signaling pathways. Thrombin-induced contractile tension might further impair alveolar epithelial barrier integrity in the injured lung.

Rab27a: A key to melanosome transport in human melanocytes

Normal pigmentation depends on the uniform distribution of melanin-containing vesicles, the melanosomes, in the epidermis. Griscelli syndrome (GS) is a rare autosomal recessive disease, characterized by an immune deficiency and a partial albinism that has been ascribed to an abnormal melanosome distribution. GS maps to 15q21 and was first associated with mutations in the myosin-V gene. However, it was demonstrated recently that GS can also be caused by a mutation in the Rab27a gene. These observations prompted us to investigate the role of Rab27a in melanosome transport. Using immunofluorescence and immunoelectron microscopy studies, we show that in normal melanocytes Rab27a colocalizes with melanosomes. In melanocytes isolated from a patient with GS, we show an abnormal melanosome distribution and a lack of Rab27a expression. Finally, reexpression of Rab27a in GS melanocytes restored melanosome transport to dendrite tips, leading to a phenotypic reversion of the diseased cells. These results identify Rab27a as a key component of vesicle transport machinery in melanocytes.

IFN-gamma-dependent transcription of MHC class II IA is impaired in macrophages from aged mice

To determine the effect of aging on IFN-gamma-induced MHC class II antigen expression, we produced bone marrow¿derived macrophages in vitro. In these conditions, we analyzed the effect of aging on the genomic expression of macrophages without the influence of other cell types that may be affected by aging. Although macrophages from young and aged mice showed an identical degree of differentiation, after incubation with IFN-gamma, the expression at the cell surface of the IA complex and the levels of IAbeta protein and mRNA were lower in aged macrophages. Moreover, the transcription of the IAbeta gene was impaired in aged macrophages. The amount of transcription factors that bound to the W and X, but not to the Y, boxes of the IAbeta promoter gene was lower in aged macrophages. Similar levels of CIITA mRNA were found after IFN-gamma treatment of both young and aged macrophages. This shows that neither the initial cascade that starts after the interaction of IFN-gamma with the receptor nor the second signals involved in the expression of CIITA are impaired in aged macrophages. These data indicate that aging is associated with low levels of MHC class II gene induction by IFN-gamma because of impaired transcription.

IFN-gamma-dependent transcription of MHC class II IA is impaired in macrophages from aged mice

To determine the effect of aging on IFN-gamma-induced MHC class II antigen expression, we produced bone marrow¿derived macrophages in vitro. In these conditions, we analyzed the effect of aging on the genomic expression of macrophages without the influence of other cell types that may be affected by aging. Although macrophages from young and aged mice showed an identical degree of differentiation, after incubation with IFN-gamma, the expression at the cell surface of the IA complex and the levels of IAbeta protein and mRNA were lower in aged macrophages. Moreover, the transcription of the IAbeta gene was impaired in aged macrophages. The amount of transcription factors that bound to the W and X, but not to the Y, boxes of the IAbeta promoter gene was lower in aged macrophages. Similar levels of CIITA mRNA were found after IFN-gamma treatment of both young and aged macrophages. This shows that neither the initial cascade that starts after the interaction of IFN-gamma with the receptor nor the second signals involved in the expression of CIITA are impaired in aged macrophages. These data indicate that aging is associated with low levels of MHC class II gene induction by IFN-gamma because of impaired transcription.

The Interplay between NF-kappaB and E2F1 Coordinately Regulates Inflammation and Metabolism in Human Cardiac Cells

Pyruvate dehydrogenase kinase 4 (PDK4) inhibition by nuclear factor-κB (NF-κB) is related to a shift towards increased glycolysis during cardiac pathological processes such as cardiac hypertrophy and heart failure. The transcription factors estrogen-related receptor-α (ERRα) and peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) regulate PDK4 expression through the potent transcriptional coactivator PPARγ coactivator-1α (PGC-1α). NF-κB activation in AC16 cardiac cells inhibit ERRα and PPARβ/δ transcriptional activity, resulting in reduced PGC-1α and PDK4 expression, and an enhanced glucose oxidation rate. However, addition of the NF-κB inhibitor parthenolide to these cells prevents the downregulation of PDK4 expression but not ERRα and PPARβ/δ DNA binding activity, thus suggesting that additional transcription factors are regulating PDK4. Interestingly, a recent study has demonstrated that the transcription factor E2F1, which is crucial for cell cycle control, may regulate PDK4 expression. Given that NF-κB may antagonize the transcriptional activity of E2F1 in cardiac myocytes, we sought to study whether inflammatory processes driven by NF-κB can downregulate PDK4 expression in human cardiac AC16 cells through E2F1 inhibition. Protein coimmunoprecipitation indicated that PDK4 downregulation entailed enhanced physical interaction between the p65 subunit of NF-κB and E2F1. Chromatin immunoprecipitation analyses demonstrated that p65 translocation into the nucleus prevented the recruitment of E2F1 to the PDK4 promoter and its subsequent E2F1-dependent gene transcription. Interestingly, the NF-κB inhibitor parthenolide prevented the inhibition of E2F1, while E2F1 overexpression reduced interleukin expression in stimulated cardiac cells. Based on these findings, we propose that NF-κB acts as a molecular switch that regulates E2F1-dependent PDK4 gene transcription.

Increased voltage-dependent K+ channel Kv1.3 and Kv1.5 expression correlates with leiomyosarcoma aggressiveness

Voltage-dependent K+ channels (Kv) are involved in the proliferation and differentiation of mammalian cells, since Kv antagonists impair cell cycle progression. Although myofibers are terminally differentiated, some myoblasts may re-enter the cell cycle and proliferate. Since Kv1.3 and Kv1.5 expression is remodeled during tumorigenesis and is involved in smooth muscle proliferation, the purpose of this study was to analyze the expression of Kv1.3 and Kv1.5 in smooth muscle neoplasms. In the present study, we examined human samples of smooth muscle tumors together with healthy speci­mens. Thus, leiomyoma (LM) and leiomyosarcoma (LMS) tumors were analyzed. Results showed that Kv1.3 was poorly expressed in the healthy muscle and indolent LM specimens, whereas aggressive LMS showed high levels of Kv1.3 expression. Kv1.5 staining was correlated with malignancy. The findings show a remodeling of Kv1.3 and Kv1.5 in human smooth muscle sarcoma. A correlation of Kv1.3 and Kv1.5 expression with tumor aggressiveness was observed. Thus, our results indicate Kv1.5 and Kv1.3 as potential tumorigenic targets for aggressive human LMS.

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.

Regulació del factor de transcripció NFAT5 per les quinases WNK1, SPAK i OSR1 i cerca de quinases activadores de la pròpia WNK1 en resposta a estrés osmòtic

Estudi elaborat a partir d’una estada a la School of Life Sciences de la University of Dundee, Gran Bretanya, entre gener i març del 2007.L'estrès osmòtic causa rà pidament l'activació de la quinasa WNK1, que fosforila i activa a continuació les quinases SPAK i OSR1, que alhora regulen canals i transportadors d’ions preexistents a la membrana cel•lular. El factor de transcripció NFAT5 és el principal regulador de la resposta cel•lular transcripcional secundà ria a hipertonicitat i s’ha descrit que les quinases p38, Fyn, PKA, ERK/MEK i ATM estan involucrades en la seva regulació post-traduccional. No obstant, com que la funció d’aquestes quinases no explica totalment els mecanismes d'activació de NFAT5, s’ha estudiat si l’activitat transcripcional de NFAT5 pot estar regulada per WNK1, SPAK o OSR1. Així doncs, es va observar que l’activitat d’un reporter dependent de NFAT5 no es veu afectada per la presència de cap de les quinases anteriors, en la seva forma wild-type o dominant negatiu. D’altra banda, es va estudiar quin domini de WNK1 és necessari per a que pugui respondre a hipertonicitat i quines quinases poden estar involucrades en la fosforilació de la serina 382 de WNK1. En conclusió, les dades obtingudes apunten que l’activació de WNK1 en resposta a estrès osmòtic requereix la seva fosforilació en la serina 382 per quinases upstream com PAK2 o RSK i que també és necessari un dels seus dominis coiled-coil, almenys els aminoà cids 558 i 561. Aquests processos, però, semblen ser independents de l’activació de NFAT5 en resposta a hipertonicitat.   

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.

L'aprenentatge basat en problemes en models híbrids de docència-aprenentatge

La Facultat de Ciències de la Salut i de la Vida ha utilitzat des de 2004 la metodologia d'aprenentatge basat en problemes (en endavant ABP) com a mètode docent en els seus estudis de Biologia. En aquest període hem après algunes de les claus de l'aplicació del mètode en els nostres estudis. En primer lloc, cal disposar d'elements formatius que afavoreixin la formació dels tutors que participin en el projecte. Per assolir aquest objectiu hem dissenyat un portal on els nostres professors poden disposar de materials útils per a la seva activitat, així com de documents que permetin entendre millor el que suposa l'ABP. En segon lloc, el projecte tenia l'objectiu de dissenyar i avaluar activitats que permetessin integrar les pràctiques de laboratori en la lògica de la resolució de problemes pròpia de l'ABP. En aquest sentit vam dissenyar dues activitats en el tercer curs de la llicenciatura que anomenaren aprenentatge basat en el laboratori (ABL). Per aquest motiu es van dissenyar problemes que tinguessin una primera part de resolució a l'aula en grup de tutoria i una segona que obligués els estudiants a realitzar experiments de laboratori dirigits a entendre i resoldre les qüestions plantejades al grup de tutoria. L'ABL-1 fou un projecte de biologia cel·lular i destinat a aprofundir en els mecanismes implicats en els fenòmens de diferenciació dels miòcits. L'ABL-2 era un projecte conjunt dels professors de Fisiologia vegetal, Bioestadística i Microbiologia. En aquest cas es desitjava que els estudiants plantegessin la resolució a un problema que suposava la manipulació genètica de cèl·lules vegetals per fer possible que produïssin una substància específica, l'escopolamina. Finalment els estudiants havien d'escriure un article original com a projecte final de cada ABL. Els resultats dels dos anys d'experimentació han esta altament satisfactoris, d'acord amb les enquestes completades per alumnes i professors.

Influencia del Inmuno-estimulador G1M! en la dieta de las doradas juveniles

Tradicionalment, els peixos marins s'han alimentat amb dietes altes en lípids amb ingredients d'origen marí, que contenen els àcids grassos essencials per a aquestes espècies. El subministrament dels olis i les farines de peix s'han vist afectats per l'augment de la ramaderia intensiva incloent l'aqüicultura i els fenòmens naturals que afecten la producció del mar. En diversos estudis s'ha observat que les dietes poden afectar la salut dels peixos cultivats. La quantitat i qualitat dels macronutrients, així com les vitamines i minerals essencials, poden afectar tant la incidència com la gravetat de determinades malalties infeccioses dels peixos. Alguns canvis en les dietes, encara que siguin molt subtils, poden influir greument en la capacitat de l'organisme de resistir els patògens oportunistes. Aquestes malalties microbianes causen grans pèrdues a l'aqüicultura intensiva i necessiten ser controlades per millorar el benestar dels animals i el benefici econòmic. Hi ha diferents tipus de substàncies conegudes per actuar com a immunoestimulants, però només unes poques són aptes per a la seva utilització en l'aqüicultura. Aquests immunoestimulants són extractes biològics i substàncies químiques sintètiques que estimulen la resposta immune mitjançant la promoció de la funció de cèl•lules fagocítiques.

Implication of Nerve Growth Factor in intestinal mucosal mast cell activity and colonic motor alterations in a model of ovalbumin-induced gut dysfunction in rats

We determined NGF involvement in MMCs and colonic motor alterations in an ovalbumin (OVA)-induced gut dysfunction model in rats. Animals received OVA (6 weeks), with/without simultaneous K252a (TrkA antagonist) treatment. MMCs, rat mast cell protease II (RMCPII) levels and colonic contractility in vitro were assessed. OVA increased MMC density and RMCPII concentration. Spontaneous contractility was similar in both groups and inhibited by K252a. Carbachol responses were increased by OVA in a K252a-independent manner. NO-synthase inhibition increased spontaneous activity in OVA-treated animals in a K252a-dependent manner. These observations support an involvement of NGF in the functional changes observed in this model.