G Protein-Coupled Receptor heterodimerization in the brain

G protein-coupled receptors (GPCRs) play critical roles in cellular processes and signaling and have been shown to form heteromers with diverge biochemical and/or pharmacological activities that are different from those of the corresponding monomers or homomers. However, despite extensive experimental results supporting the formation of GPCR heteromers in heterologous systems, the existence of such receptor heterocomplexes in the brain remains largely unknown, mostly because of the lack of appropriate methodology. Herein, we describe the in situ proximity ligation assay procedure underlining its high selectivity and sensitivity to image GPCR heteromers with confocal microscopy in brain sections. We describe here how the assay is performed and discuss advantages and disadvantages of this method compared with other available techniques.

On the role of G protein-coupled receptors oligomerization

The existence of a supramolecular organization of the G protein-coupled receptor (GPCR) is now being widely accepted by the scientific community. Indeed, GPCR oligomers may enhance the diversity and performance by which extracellular signals are transferred to the G proteins in the process of receptor transduction, although the mechanism that underlies this phenomenon still remains unsolved. Recently, it has been proposed that a trans-conformational switching model could be the mechanism allowing direct inhibition/activation of receptor activation/inhibition, respectively. Thus, heterotropic receptor-receptor allosteric regulations are behind the GPCR oligomeric function. In this paper we want to revise how GPCR oligomerization impinges on several important receptor functions like biosynthesis, plasma membrane diffusion or velocity, pharmacology and signaling. In particular, the rationale of receptor oligomerization might lie in the need of sensing complex whole cell extracellular signals and translating them into a simple computational model.

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.

A T42A Ran Mutation: Differential Interactions with Effectors and Regulators, and Defect in Nuclear Protein Import

Ran, the small, predominantly nuclear GTPase, has been implicated in the regulation of a variety of cellular processes including cell cycle progression, nuclear-cytoplasmic trafficking of RNA and protein, nuclear structure, and DNA synthesis. It is not known whether Ran functions directly in each process or whether many of its roles may be secondary to a direct role in only one, for example, nuclear protein import. To identify biochemical links between Ran and its functional target(s), we have generated and examined the properties of a putative Ran effector mutation, T42A-Ran. T42A-Ran binds guanine nucleotides as well as wild-type Ran and responds as well as wild-type Ran to GTP or GDP exchange stimulated by the Ran-specific guanine nucleotide exchange factor, RCC1. T42A-Ran·GDP also retains the ability to bind p10/NTF2, a component of the nuclear import pathway. In contrast to wild-type Ran, T42A-Ran·GTP binds very weakly or not detectably to three proposed Ran effectors, Ran-binding protein 1 (RanBP1), Ran-binding protein 2 (RanBP2, a nucleoporin), and karyopherin ß (a component of the nuclear protein import pathway), and is not stimulated to hydrolyze bound GTP by Ran GTPase-activating protein, RanGAP1. Also in contrast to wild-type Ran, T42A-Ran does not stimulate nuclear protein import in a digitonin permeabilized cell assay and also inhibits wild-type Ran function in this system. However, the T42A mutation does not block the docking of karyophilic substrates at the nuclear pore. These properties of T42A-Ran are consistent with its classification as an effector mutant and define the exposed region of Ran containing the mutation as a probable effector loop.

Extrasynaptic neurotransmission in the modulation of brain function. Focus on the striatal neuronal glial networks

Extrasynaptic neurotransmission is an important short distance form of volume transmission (VT) and describes the extracellular diffusion of transmitters and modulators after synaptic spillover or extrasynaptic release in the local circuit regions binding to and activating mainly extrasynaptic neuronal and glial receptors in the neuroglial networks of the brain. Receptor-receptor interactions in G protein-coupled receptor (GPCR) heteromers play a major role, on dendritic spines and nerve terminals including glutamate synapses, in the integrative processes of the extrasynaptic signaling. Heteromeric complexes between GPCR and ion-channel receptors play a special role in the integration of the synaptic and extrasynaptic signals. Changes in extracellular concentrations of the classical synaptic neurotransmitters glutamate and GABA found with microdialysis is likely an expression of the activity of the neuron-astrocyte unit of the brain and can be used as an index of VT-mediated actions of these two neurotransmitters in the brain. Thus, the activity of neurons may be functionally linked to the activity of astrocytes, which may release glutamate and GABA to the extracellular space where extrasynaptic glutamate and GABA receptors do exist. Wiring transmission (WT) and VT are fundamental properties of all neurons of the CNS but the balance between WT and VT varies from one nerve cell population to the other. The focus is on the striatal cellular networks, and the WT and VT and their integration via receptor heteromers are described in the GABA projection neurons, the glutamate, dopamine, 5-hydroxytryptamine (5-HT) and histamine striatal afferents, the cholinergic interneurons, and different types of GABA interneurons. In addition, the role in these networks of VT signaling of the energy-dependent modulator adenosine and of endocannabinoids mainly formed in the striatal projection neurons will be underlined to understand the communication in the striatal cellular networks

On the existence and function of galanin receptor heteromers in the central nervous system

Galanin receptor (GalR) subtypes 1-3 linked to central galanin neurons may form heteromers with each other and other types of G protein-coupled receptors in the central nervous system (CNS). These heteromers may be one molecular mechanism for galanin peptides and their N-terminal fragments (gal 1-15) to modulate the function of different types of glia-neuronal networks in the CNS, especially the emotional and the cardiovascular networks. GalR-5-HT1A heteromers likely exist with antagonistic GalR-5-HT1A receptor-receptor interactions in the ascending midbrain raphe 5-HT neuron systems and their target regions. They represent a novel target for antidepressant drugs. Evidence is given for the existence of GalR1-5-HT1A heteromers in cellular models with trans-inhibition of the protomer signaling. A GalR1-GalR2 heteromer is proposed to be a galanin N-terminal fragment preferring receptor (1-15) in the CNS. Furthermore, a GalR1-GalR2-5-HT1A heterotrimer is postulated to explain why only galanin (1-15) but not galanin (1-29) can antagonistically modulate the 5-HT1A receptors in the dorsal hippocampus rich in gal fragment binding sites. The results underline a putative role of different types of GalR-5-HT1A heteroreceptor complexes in depression. GalR antagonists may also have therapeutic actions in depression by blocking the antagonistic GalR-NPYY1 receptor interactions in putative GalR-NPYY1 receptor heteromers in the CNS resulting in increases in NPYY1 transmission and antidepressant effects. In contrast the galanin fragment receptor (a postulated GalR1-GalR2 heteromer) appears to be linked to the NPYY2 receptor enhancing the affinity of the NPYY2 binding sites in a putative GalR1-GalR2-NPYY2 heterotrimer. Finally, putative GalR-α2-adrenoreceptor heteromers with antagonistic receptor-receptor interactions may be a widespread mechanism in the CNS for integration of galanin and noradrenaline signals also of likely relevance for depression

Ras-association domain of sorting nexin 27 is critical for regulating expression of GIRK potassium channels

G protein-gated inwardly rectifying potassium (GIRK) channels play an important role in regulating neuronal excitability. Sorting nexin 27b (SNX27b), which reduces surface expression of GIRK channels through a PDZ domain interaction, contains a putative Ras-association (RA) domain with unknown function. Deleting the RA domain in SNX27b (SNX27b-DRA) prevents the down-regulation of GIRK2c/GIRK3 channels. Similarly, a point mutation (K305A) in the RA domain disrupts regulation of GIRK2c/GIRK3 channels and reduces H-Ras binding in vitro. Finally, the dominant-negative H-Ras (S17N) occludes the SNX27b-dependent decrease in surface expression of GIRK2c/GIRK3 channels. Thus, the presence of a functional RA domain and the interaction with Ras-like G proteins comprise a novel mechanism for modulating SNX27b control of GIRK channel surface expression and cellular excitability.

Sistema de información SIGARQ: desarrollo de un aplicativo S.I.G. para la gestión de la secuencia estratigráfica de una intervención arqueológica

El Sistema de Información Geográfica Arqueológico (SIGARQ), pretende ser una herramienta que permita integrar, gestionar y analizar todos aquellos datos procedentes de cualquier tipo de intervención arqueológica independientemente de la naturaleza del elemento patrimonial a estudiar y de la técnica de trabajo empleada en la intervención. Al mismo tiempo ha de permitir contextualizar cada una de las intervenciones y sus resultados en un marco geográfico más extenso. De esta manera, el proyecto actual también supone un avance de las potencialidades del sistema de cara a la gestión patrimonial del territorio y los estudios de carácter paisajístico.

Anàlisi de l'expressió de gens de proteïnes de cohesió cromosòmica en oòcits humans

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Mount Sinai School Mountain, Estats Units, entre abril i juliol del 2007. Les aneuploïdies cromosòmiques en humans constitueixen un problema genètic amb gran repercussió clínica i social. Afecten un 5% dels embarassos reconeguts clínicament i la seva incidència augmenta amb l’edat materna Les aneuploïdies estan íntimament lligades al procés d’oogènesi, que ha demostrat ser un procés que tendeix encara més a l’error a mesura que la dona envelleix. Estudis recents realitzats en ratolí han demostrat que la deficiència d’una proteïna de cohesió cromosòmica (SMC1b) provoca l’aparició d’aneuploïdies i que augmenta amb l’edat, similarment a la situació en la dona. Fins al moment, però, no hi ha estudis al respecte en l’espècie humana. Durant l’estada es va posar a punt una metodologia per analitzar l’expressió de SMC1b en oòcits humans, amb la finalitat de demostrar si la seva expressió disminueix a mesura que la dona envelleix, i pot explicar l’efecte de l’edat materna sobre la taxa d’aneuploïdies.

Organització nuclear dels gens que codifiquen per a les proteïnes làcties en cèlules epitelials mamàries en diferents estadis de desenvolupament

Estudi realitzat a partir d’una estada al Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), a França, entre 2006 i 2008. En el ultims anys, estudis realitzats en diferents tipus cel•lulars han pogut determinar l’importància de l’organització nuclear en el control i regulació gènica. S’han realizat diferents experiments per tal de determinar si la posició dels gens de les proteïnes làcties en el nucli interfàsic de cel•lules epitelials mamaries és important per regular la seva expressió. Els gens de les proteïnes de la llet s’expressen a la glàndula mamaria durant la lactació en resposta a les hormones lactogèniques (majoritàriament prolactina i glucocorticoids). Mitjançant la tècnica de FISH (fluorescent in situ hibridization) en 3D s’ha caracteritzat la localització nuclear del gens WAP (whey acidic protein) i les caseïnes en cèl•lules epitelials mamaries de ratolí (HC11) cultivades en l’absència i presencia d’hormones lactogèniques. En absència d’hormones, els dos gens estan distribuïts dins del nucli de forma no aleatòria, el gen WAP es troba localitzat en l’interior del nucli, mentre que les caseïnes es troben localitzades prop de la perifèria nuclear. L’estimulació hormonal indueix un canvi significatiu en la distància dels dos gens a la perifèria nuclear. Així mateix, la posició del locus de la caseïna en relació al seu territori cromosòmic (CT) 5 està correlacionada amb la inducció hormonal i per tant amb la seva activació transcripcional, mentre que la posició del gen WAP amb relació al seu CT11 sembla més determinada pel context cromosòmic del gen. Per últim, no s’han trobat diferencies en la localització dels gens en relació a l'heterocromatina del centròmer, descrit com a compartiment repressiu, entre les cèl•lules estimulades amb hormones i les que no. En els dos casos s’ha trobat un gran percentatge de gens que no estan associats als centròmers.

Selección de péptidos sintéticos del Virus de la Hepatitis G (GBV-C/HGV) inhibidores del Péptido de Fusión HIV-I

El GB virus C (GBV-C) o virus de l'hepatitis G (HGV) es un virus format per una única cadena de RNA que pertany a la familia Flaviviridae. En els últims anys, s'han publicat nombrosos treballs en els quals s'associa la coinfecció del GBV-C i del virus de la immunodeficiència humana (VIH) amb una menor progressió de l'esmentada malaltia així com amb una major supervivència dels pacients una vegada que la SIDA s'ha desenvolupat. El mecanisme pel qual el virus GBV-C/HGV exerceix un “efecte protector” en els pacients amb VIH encara no està descrit. L’estudi de la interacció entre els virus GBVC/HGV i VIH podria donar lloc al desenvolupament de nous agents terapèutics per al tractament de la SIDA.Treballs recents mostren com la capacitat inhibitòria del virus del GBV-C/HGV és deguda a la seva glicoproteina estructural E2. S’ha vist que aquesta proteina seria capaç d’inhibir la primera fase de replicació de VIH, així com la unió i la fusió amb les membranes cel•lulars. Sobre la base d’aquests estudis, l’objectiu d’aquest treball ha estat seleccionar inhibidors del pèptid de fusió del VIH utilitzant pèptids sintètics de la proteina E2 del GBV-C/HGV. El treball realitzat ha consistit en estudiar, utilitzant assajos biofísics de leakage i de lipid mixing, la capacitat dels pèptids de la proteina estructural del virus del GBV-C/HGV per inhibir la interacció i el procés de desestabilització de membranes induïdes pel pèptid de fusió de la glicoproteina de l’embolcall, GP41, del VIH. Aquests assajos, com es descriu en treballs anteriors, han resultat útils per a la selecció i la identificació de compostos amb activitat específica anti-GP41. Es pot afirmar que efectivament els pèptids seleccionats de la proteina E2 del virus del GBV-C/HGV inhibeixen l’activitat del pèptid de fusió del VIH probablement com a consequència d’un canvi conformacional en aquest darrer.

Diseño de la herramienta G.I.A. (Gestión Integral de Accesibilidad)

Con este PFC se ha pretendido desarrollar una herramienta que permita a organismos encargados de la gestión de la accesibilidad la realización de Planes Integrales de Accesibilidad de forma ágil e intuitiva, consiguiendo con ello mejorar la accesibilidad global dentro de un municipio y por consiguiente a los ciudadanos en general. De esta manera se dispondrá de información actualizada que reduzca las barreras arquitectónicas y mejore la accesibilidad universal de los espacios públicos.

“Unmixing” Tissue Gene Expression Signatures from Tumor Biopsies

Emergent molecular measurement methods, such as DNA microarray, qRTPCR, andmany others, offer tremendous promise for the personalized treatment of cancer. Thesetechnologies measure the amount of specific proteins, RNA, DNA or other moleculartargets from tumor specimens with the goal of “fingerprinting” individual cancers. Tumorspecimens are heterogeneous; an individual specimen typically contains unknownamounts of multiple tissues types. Thus, the measured molecular concentrations resultfrom an unknown mixture of tissue types, and must be normalized to account for thecomposition of the mixture.For example, a breast tumor biopsy may contain normal, dysplastic and cancerousepithelial cells, as well as stromal components (fatty and connective tissue) and bloodand lymphatic vessels. Our diagnostic interest focuses solely on the dysplastic andcancerous epithelial cells. The remaining tissue components serve to “contaminate”the signal of interest. The proportion of each of the tissue components changes asa function of patient characteristics (e.g., age), and varies spatially across the tumorregion. Because each of the tissue components produces a different molecular signature,and the amount of each tissue type is specimen dependent, we must estimate the tissuecomposition of the specimen, and adjust the molecular signal for this composition.Using the idea of a chemical mass balance, we consider the total measured concentrationsto be a weighted sum of the individual tissue signatures, where weightsare determined by the relative amounts of the different tissue types. We develop acompositional source apportionment model to estimate the relative amounts of tissuecomponents in a tumor specimen. We then use these estimates to infer the tissuespecificconcentrations of key molecular targets for sub-typing individual tumors. Weanticipate these specific measurements will greatly improve our ability to discriminatebetween different classes of tumors, and allow more precise matching of each patient tothe appropriate treatment

Adaptive intelligent agent approach to guide the web navigation on the PLAN-G distance learning platform

Hypermedia systems based on the Web for open distance education are becoming increasinglypopular as tools for user-driven access learning information. Adaptive hypermedia is a new direction in research within the area of user-adaptive systems, to increase its functionality by making it personalized [Eklu 961. This paper sketches a general agents architecture to include navigationaladaptability and user-friendly processes which would guide and accompany the student during hislher learning on the PLAN-G hypermedia system (New Generation Telematics Platform to Support Open and Distance Learning), with the aid of computer networks and specifically WWW technology [Marz 98-1] [Marz 98-2]. The PLAN-G actual prototype is successfully used with some informatics courses (the current version has no agents yet). The propased multi-agent system, contains two different types of adaptive autonomous software agents: Personal Digital Agents {Interface), to interacl directly with the student when necessary; and Information Agents (Intermediaries), to filtrate and discover information to learn and to adapt navigation space to a specific student

Estudi de la relació estructura-funció de les proteïnes CPT1

En aquest treball s’ha analitzat la relació estructura-funció dels enzims CPT1, o Carnitina palmitoïltransferasa 1, que catalitza la reacció de transesterificació dels àcids grassos de cadena llarga a acil-carnitines, per tal que puguin accedir a la matriu mitocondrial i ser oxidats. Aquest enzim es troba estrictament regulat per malonil-CoA, primer intermediari de la síntesi d’àcids grassos, establint-se així una regulació coordinada entre la formació i la degradació de grasses. S’han estudiat els tres isotips de CPT1 descrits fins al moment: CPT1A, CPT1B i CPT1C. Mitjançant l’expressió heteròloga de mutants de CPT1A de rata i CPT1B de porc en el llevat P. pastoris, s’ha estudiat l’efecte sobre la inhibició per malonil-CoA de petits canvis en la seva estructura, per tal de trobar una relació entre la seva funció enzimàtica i la disposició conformacional de la proteïna. Segons els resultats obtinguts, el residu Glu590 de CPT1A de rata estaria impedint la unió de l’inhibidor, mentre que el residu Met593 estaria afavorint aquesta unió. Els estudis amb l’enzim CPT1B de porc demostraren l’existència d’un determinant positiu per la sensibilitat al malonil-CoA en els primers 18 residus de la proteïna, i definiren la posició Glu17 com la responsable de l’alta afinitat a la carnitina i la baixa sensibilitat a la inhibició per malonil-CoA (8). Es clonà i caracteritzà la regió promotora del gen de CPT1C humana, amb la intenció d’analitzar la funcionalitat de putatius elements de resposta identificats in silico. Cap dels elements estudiats resultà ser funcional in vivo. A més, es demostrà que la manca d’activitat catalítica de la proteïna no és deguda a l’extensió C-terminal que presenta respecte els isotips A i B, tot i presentar un alt percentatge d’identitat de seqüència. S’ha amplificat una isoforma humana de CPT1C (Pubmed Acc. Num. AK299866), corresponent a la regió carboxiterminal de la proteïna, que es pretén utilitzar per obtenir el primer cristall de la part soluble d’una proteïna CPT1.