JNK controls the onset of mitosis of planarian stem cells and triggers apoptotic cell death required for regeneration and remodeling

Regeneration of lost tissues depends on the precise interpretation of molecular signals that control and coordinate the onset of proliferation, cellular differentiation and cell death. However, the nature of those molecular signals and the mechanisms that integrate the cellular responses remain largely unknown. The planarian flatworm is a unique model in which regeneration and tissue renewal can be comprehensively studied in vivo. The presence of a population of adult pluripotent stem cells combined with the ability to decode signaling after wounding enable planarians to regenerate a complete, correctly proportioned animal within a few days after any kind of amputation, and to adapt their size to nutritional changes without compromising functionality. Here, we demonstrate that the stress-activated c-jun-NH2-kinase (JNK) links wound-induced apoptosis to the stem cell response during planarian regeneration. We show that JNK modulates the expression of wound-related genes, triggers apoptosis and attenuates the onset of mitosis in stem cells specifically after tissue loss. Furthermore, in pre-existing body regions, JNK activity is required to establish a positive balance between cell death and stem cell proliferation to enable tissue renewal, remodeling and the maintenance of proportionality. During homeostatic degrowth, JNK RNAi blocks apoptosis, resulting in impaired organ remodeling and rescaling. Our findings indicate that JNK-dependent apoptotic cell death is crucial to coordinate tissue renewal and remodeling required to regenerate and to maintain a correctly proportioned animal. Hence, JNK might act as a hub, translating wound signals into apoptotic cell death, controlled stem cell proliferation and differentiation, all of which are required to coordinate regeneration and tissue renewal.

A system-level, molecular evolutionary analysis of mammalian phototransduction

Visual perception is initiated in the photoreceptor cells of the retina via the phototransduction system.This system has shown marked evolution during mammalian divergence in such complex attributes as activation time and recovery time. We have performed a molecular evolutionary analysis of proteins involved in mammalianphototransduction in order to unravel how the action of natural selection has been distributed throughout thesystem to evolve such traits. We found selective pressures to be non-randomly distributed according to both a simple protein classification scheme and a protein-interaction network representation of the signaling pathway. Proteins which are topologically central in the signaling pathway, such as the G proteins, as well as retinoid cycle chaperones and proteins involved in photoreceptor cell-type determination, were found to be more constrained in their evolution. Proteins peripheral to the pathway, such as ion channels and exchangers, as well as the retinoid cycle enzymes, have experienced a relaxation of selective pressures. Furthermore, signals of positive selection were detected in two genes: the short-wave (blue) opsin (OPN1SW) in hominids and the rod-specific Na+/Ca2+,K+ ion exchanger (SLC24A1) in rodents. The functions of the proteins involved in phototransduction and the topology of the interactions between them have imposed non-random constraints on their evolution. Thus, in shaping or conserving system-level phototransduction traits, natural selection has targeted the underlying proteins in a concerted manner.

Automatic filtering and substantiation of drug safety signals

Drug safety issues pose serious health threats to the population and constitute a major cause of mortality worldwide. Due to the prominent implications to both public health and the pharmaceutical industry, it is of great importance to unravel the molecular mechanisms by which an adverse drug reaction can be potentially elicited. These mechanisms can be investigated by placing the pharmaco-epidemiologically detected adverse drug reaction in an information-rich context and by exploiting all currently available biomedical knowledge to substantiate it. We present a computational framework for the biological annotation of potential adverse drug reactions. First, the proposed framework investigates previous evidences on the drug-event association in the context of biomedical literature (signal filtering). Then, it seeks to provide a biological explanation (signal substantiation) by exploring mechanistic connections that might explain why a drug produces a specific adverse reaction. The mechanistic connections include the activity of the drug, related compounds and drug metabolites on protein targets, the association of protein targets to clinical events, and the annotation of proteins (both protein targets and proteins associated with clinical events) to biological pathways. Hence, the workflows for signal filtering and substantiation integrate modules for literature and database mining, in silico drug-target profiling, and analyses based on gene-disease networks and biological pathways. Application examples of these workflows carried out on selected cases of drug safety signals are discussed. The methodology and workflows presented offer a novel approach to explore the molecular mechanisms underlying adverse drug reactions

Caracterización agronómica, fenológica, cualitativa y molecular de la colección nuclear de cebadas españolas

El presente proyecto planteaba el paso siguiente a la construcción, por nosotros mismos, de la Colección Nuclear de Cebadas Españolas, que es una representación esquemática de la variabilidad genética de las cebadas ancestralmente cultivadas en nuestro país. Para la explotación completa de estos materiales autóctonos en el Programa Nacional de Mejora de Cebadas, que estamos llevando a cabo los grupos integrantes de este proyecto, se realizó el mismo, que ha comprendido los objetivos siguientes: - Caracterización agronómica, mediante ensayos de campo en ambientes contrastantes y representativos, incluyendo la evaluación de respuestas a factores productores de estreses bióticos y abióticos. - Caracterización fenológica, mediante ensayos en invernadero con protocolos desarrollados por nosotros, para identificar la respuesta de estos genotipos a la vernalización y el fotoperiodo. - Caracterización maltero-cervecera/pienso, mediante análisis de cebada y malta. - Caracterización molecular, mediante el uso de marcadores SSRs y STS.

Aplicación de técnicas de citogenética molecular para la detección de aneuploidía y clastogenicidad en células humanas expuestas a arsénico

Los objetivos de esta investigación son: a) Determinar la potencialidad genotóxica de diversos compuestos de arsénico (incluyendo inorgánicos y sus formas metiladas) con el ensayo de micronúcleos utilizando cultivos de células humanas; y b)Estudiar la posible acción aneugénica y clastogénica de los compuestos analizados, determinando el origen de los micronúcleos inducidos mediante la técnica FISH, utilizando sondas pancentroméricas.

Estudi de la reactivitat respecte l'oxigen molecular d'una nova família de complexos dinuclears de coure(I) amb lligands hexaazamacrocíclics. Estudis preliminars d'oxidacions de fenols i sulfurs

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Università degli Studi di Pavia entre setembre i desembre del 2007. Els lligands macrocíclics són sistemes que han estat àmpliament utilitzats per mimetitzar els centres actius de proteïnes dinuclears de coure com ara oxigenases (per exemple la tirosinasa). S’ha observat que la reactivitat del complex model depèn de les característiques del lligand com ara la geometria, la cavitat o la distància intermetàl•lica. En aquest sentit, es van sintetitzar dues noves famílies de lligands hexaazamacrocíclics ditòpics, una amb braços laterals tipus piridil i l’altra amb braços laterals tipus fenol. Dintre de cada família, els lligands es diferencien en la cavitat macrocíclica. En aquest treball s’han realitzat estudis de ractivitat respecte de l’oxigen molecular dels complexos dinuclears de coure(I) amb els lligands sintetitzats. Quan es deixen reaccionar els complexos amb oxigen molecular a baixa temperatura, no s’ha observat l’acumulació de cap espècie intermèdia, però si una diferència de reactivitat entre les dues famílies, essent els complexos amb els lligands fenolics molt més reactius que els complexos amb els lligands piridina. També s’han realitzat estudis per comprovar l’activitat oxigenasa dels complexos amb substrats externs. S’han assajat el para-clorofenol i la tioanisole. En el cas del p-clorofenol no s’ha observat en cap cas el producte d’oxigenació corresponent (p-clorocatecol). Quan s’han realitzat els experiments amb la tioanisole, en tots tres casos s’ha observat l’aparició del producte d’oxigenació corresponent (metilfenilsulfòxid), però amb una marcada diferència en el rendiment, mostrant-se molt més actius de nou els complexos amb el lligand fenòlic que el complex amb el lligand piridina.

Oscillations in a molecular structured cell population model

We consider a nonlinear cyclin content structured model of a cell population divided into proliferative and quiescent cells. We show, for particular values of the parameters, existence of solutions that do not depend on the cyclin content. We make numerical simulations for the general case obtaining, for some values of the parameters convergence to the steady state but also oscillations of the population for others.

Anàlisi genètica i molecular de les malalties Niemann-Pick tipus A/B i tipus C. Estratègies terapèutiques.

Aquest treball es basa en l’estudi de dues malalties lisosòmiques: la malaltia de Niemann-Pick A/B (NPAB) i la malaltia de Niemann-Pick tipus C (NPC). En relació a la malaltia de NPAB, s’ha realitzat l’expressió in vitro d’algunes de les mutacions de canvi d’aminoàcid trobades en pacients espanyols per tal de detectar les activitats enzimàtiques residuals. Totes les mutacions presenten una activitat molt baixa, gairebé nul•la, excepte la p.L225P i la R608del que tenen un 11% i 20% d’activitat respectivament. Els resultats obtinguts són coherents amb la severitat del fenotip que presenten els pacients. D’altra banda, s’ha caracteritzat un al•lel amb una mutació que afecta a una posició poc conservada d’un donador de splicing i que produeix la generació de trànscrits aberrants corresponents a trànscrits minoritaris de SMPD1, prèviament descrits, que no codifiquen per proteïna funcional. Respecte a malaltia de NPC, s’ha realitzat una anàlisi molecular de pacients espanyols prèviament estudiats identificant, en la majoria dels casos, la segona mutació responsable de la patologia. S’ha descrit per primer cop per aquesta malaltia una gran deleció que inclou el gen NPC1 i altres gens flanquejants i s’ha estudiat l’efecte que tenen les mutacions de splicing trobades a nivell de RNA. Per una d’aquestes mutacions, c.1554-1009G&A, s’ha assajat amb èxit una estratègia terapèutica basada en la utilització d’oligonuclèotids antisentit. D’altra banda, s’està desenvolupant un model cel•lular neuronal de la malaltia de Niemann-Pick tipus C, basat en la utilització de RNAs d’interferència, sobre el qual es podran assajar possibles estratègies terapèutiques en un futur.

Obtenció de nous anàlegs amb activitat brassinoesteroide mitjançant modelització molecular i síntesi

Els brassinoesteroides són productes naturals que actuen com a potents reguladors del creixement vegetal. Presenten aplicacions prometedores en l’agricultura degut a que, aplicats exògenament, augmenten la qualitat i la quantitat de les collites. Ara bé, el seu ús s’ha vist restringit degut a la seva costosa obtenció. Aquest fet ha motivat la recerca de nous compostos actius més assequibles. En aquest projecte es planteja el disseny i obtenció de nous anàlegs seguint diferents estratègies que impliquen tant l’ús de mètodes de modelització molecular com de síntesi orgànica. La primera d’aquestes estratègies consisteix en buscar compostos actius en bases de dades de compostos comercials a través de processos de Virtual Screening desenvolupats amb mètodes computacionals basats en Camps d’Interacció Molecular. Així, es van establir i interpretar models de Relacions Quantitatives Estructura-Activitat (QSAR) emprant descriptors independents de l’alineament (GRIND) i, amb col•laboració amb la Universitat de Perugia, aquest criteri de cerca es va ampliar amb l’aplicació de descriptors FLAP de nova generació. Una altra estratègia es va basar en intentar substituir l’esquelet esteroide dels brassinoesteroides per una estructura equivalent, fixant com a cadena lateral el grup (R)-hexahidromandelil. S’han aplicat dos criteris: mètodes computacionals basats en models QSAR establerts amb descriptors GRIND i també en la metodologia SHOP (scaffold hopping), i, per altra banda, anàlegs proposats racionalment a partir d’un estudi efectuat sobre disruptors endocrins no esteroïdals. Sobre les estructures trobades s’hi va unir la cadena lateral comercial esmentada per via sintètica, en la qual s’ha hagut de fer un èmfasi especial en grups protectors. En total, 49 estructures es proposen per a ser obtingudes sintèticament. També s’ha treballat en l’obtenció un agonista derivat de l’hipotètic antagonista KM-01. Totes les molècules candidates, ja siguin comercials o obtingudes sintèticament, estant sent avaluades en el test d’inclinació de la làmina d’arròs (RLIT).

Identificación de variedades de vitis vinifera procedentes de diferentes regiones del mundo mediante tècnica de biologia molecular de los microsatéllites

El objetivo de este estudio se centró en analizar una colección privada de germoplasma de Vitis vinifera L., de 338 cultivares procedentes de 24 países, para caracterizarlas creando una base de datos, utilizando 11 marcadores microsatélites o SSR (Simple Sequence Repeat). Como resultado se encontraron que algunas de las muestras analizadas presentaron un perfil idéntico de SSR, indicando que se trata de una sinonimia (la misma variedad pero con diferente nombre). Se detectaron 293 perfiles únicos. Adicionalmente, 15 pares de variedades presentaron diferencias en un solo locus y otros 7 grupos difieren en 2 loci, lo cual indicaría la alta proximidad genética entre esas variedades, sin llegar a ser la misma. El germoplasma analizado cuenta con una compleja biodiversidad varietal que se debe preservar. El estudio se realizó programando para el primer año la revisión bibliográfica detallada, recolección de las hojas y el inicio de la puesta a punto de la metodología, en el segundo año se completa la puesta a punto de la metodología, se trituran las hojas y se realiza la extraccinón del ADN. El tercer año se emplea para amplificar los fragmentos de ADN por medio de la PCR (reacción en cadena de la polimerasa), obtener la longitud de los fragmentos con un secuenciador ABI PRISM 310, valorar resultados y realizar repeticiones. El último año se analizan los resultados obtenidos, se realizan repeticiones pertinentes y se comienza la redacción de artículos científicos.

Detecció, identificació de Mycobacterium tuberculosis i caracterització molecular de la resistència als principals antituberculosos en mostra clínica directa mitjançant piroseqüenciació: aplicabilitat en l’estudi de la clonalitat de les soques.

L’augment de soques de Mycobacerium tuberculosis multiresistents i l’aparició de soques extremadament resistents, ha posat de manifest la necessitat de disposar de nous mètodes de detecció precoç de M.tuberculosis i les seves resistències als principals fàrmacs antituberculosos, així com l’estudi eficaç dels brots, per a poder dur a terme un control eficient de la malaltia. L’objectiu de l’estudi va ser determinar la capacitat de la piroseqüenciació per a detectar i identificar micobacteris a partir d’aïllats clínics i mostra directa, determinar el seu patró de resistència a Rifampicina, Isoniacida, Etambutol, Fluoroquinolones, Canamicina i Capreomicina i explorar la seva potencialitat per a ser emprada en el tipatge molecular de les soques. Mitjançant la optimització de la tecnologia de la piroseqüenciació pels gens analitzats, i el disseny de primers específics, hem verificat la utilitat de la piroseqüenciació per al maneig de la tuberculosi. S’ha pogut estudiar la presència de mutacions relacionades amb resistències a fàrmacs de primera línia en el 96.5% de les posicions analitzades en soca clínica i en el 70.4% en mostra directa. Van concordar amb el resultats obtinguts per altres mètodes fenotípics i/o fenotípics el 97.1% i el 98.2% del resultats obtinguts en soca clínica i mostra directa respectivament. La piroseqüenciació ens ha permet analitzar la presència de mutacions relacionades amb resistències a antituberculosos de segona línia, servint com a mètode de confirmació en l’anàlisi d’altres mètodes genotípics. La tècnica ens ha permès també identificar els principals micobacteris no tuberculosos implicats en la infecció humana, sòls o en coinfecció. Resultats preliminars mostren que l’anàlisi amb piroseqüenciació pot ser d’utilitat per l’estudi clonal de les soques de M.tuberculosis. Les nostres observacions mostren la piroseqüenciació com una eina valuosa en l’àmbit clínic, ja que permet una reducció de la demora del diagnòstic, estudi filogenètic i detecció de resistències M.tuberculosis, i per tant una millora de l’aplicació del tractament adequat, ajudant al control de la malaltia.

Visualització de la interaccio entre la proteïnaG12 i la catenina p120

Els processos de senyalització a través de receptors acoplats a proteïnes G (GPCRs) estan implicats en una gran varietat de processos fisiològics i patològics. Els objectius de la meva recerca es centren en l’estudi de la funció de les proteïnes heterotrimèriques de la família G12, en particular, en el paper que aquestes proteïnes poden tenir en la inducció de la migració cel•lular. Des del seu descobriment, s’han descrit diversos efectors que s’uneixen i es regulen per aquestes proteïnes. Les proteïnes de la família de RhoGEF semblen ser els efectors més directes i que juguen un paper més important en els processos de senyalització de les proteïnes G12. Tanmateix, resultats recents semblen indicar que altres vies independent de l’activació de Rho són també necessàries perquè els efectes fisiològics de les vies de les proteïnes G12 tinguin lloc. En aquest camp, els resultats que he obtingut, juntament amb resultats previs del grup, han descrit una nova via d’activació independent de Rho. Hem trobat que la proteïna G12 s’uneix a una catenina: la catenina p120. La seva unió sembla tenir lloc a través l’extrem N-terminal de la catenina i condueix a la reducció de la fosforilació en algun dels seus residus de tirosina, ja sigui per la quinasa Src o per l’activació a través d’EGF. Per tant, aquests resultats suggereixen que una altra via d’acció de la proteïna G12 seria mitjançant la regulació de la catenina p120 i, com a conseqüència, alguns processos d’adhesió cel•lular es podrien veure afectats. A fi d’entendre millor la regulació i la interacció de la catenina p120 hem iniciat l’estudi de la seva distribució cel•lular en l’espai i temps mitjançant tècniques de microscopia. Així, vam intentar construir una sonda de G12 fluorescent amb GFP. Després de diversos intents i experiments amb proteïnes no funcionals hem aconseguit, amb la col•laboració de T. Meigs, una construcció funcional que activa Rho. Això ens permetrà acabar els experiments de seguiment in vivo.