Sistema de secreción de tipo III en Aeromonas mesòfilas

Aeromonas hydrophila és un bacil gram-negatiu, patogen oportunista d’animal i humans. La patogènesi d’A. Hydrophila és multifactorial. A fi d'identificar gens implicats en la virulència de la soca PPD134/91 d’A. hydrophila, vam realitzar experiments de substracció gènica, que van dur a la detecció de 22 fragments d’ADN que codificaven 19 potencials factors de virulencia, incloent un gen que codificava una proteïna de sistema de secreció de tipus III (T3SS). La importància creixent del T3SS en la patogènesi de diversos bacteris, ens va dur a identificar i analitzar l'agrupació gènica del T3SS de les soques AH-1 i AH-3 d’A. hydrophila. La inactivació dels gens de T3SS aopB i aopD d’A. hydrophila AH-1, i ascV d’A. hydrophila AH-3, comporta una disminució de la citotoxicitat, un increment de la fagocitosi, i una reducció de la virulència en diferents models animals. Aquests resultats demostren que el T3SS és necessari per a la patogenicitat. També vam clonar i seqüenciar una ADP-ribosiltransferasa (AexT) a la soca AH-3 d’A. hydrophila, i vam demostrar que aquesta toxina és translocada via el T3SS, sistema que al seu torn sembla ser induïble in vitro en condicions de depleció de calci. El mutant en el gen aexT de la soca AH-3 d’A. hydrophila va mostrar una lleugera reducció de la virulència, assajada amb diferents mètodes. Mitjançant l'ús de diferents sondes d’ADN, vam determinar la presència del T3SS en soques tant clíniques com ambientals de diferents espècies del gènere Aeromonas: A. hydrophila, A. veronii, i A. caviae, i la codistribució d'aquesta agrupació gènica i el gen aexT. Finalment, amb la finalitat d'estudiar la regulació transcripcional de l'agrupació gènica de T3SS i de l’efector AexT A. hydrophila AH-3, vam aïllar els promotors predits per l’operó aopN-aopD i el gen aexT, i els vam fusionar amb el gen reporter gfp (Green Fluorescence Protein). A més, vam demostrar que l'expressió d'ambdós promotors depèn de diferents components bacterians, com per exemple el sistema de dos components PhoP/PhoQ, el sistema de quorum sensing AhyI/AhyR, o el complex piruvat deshidrogenasa.

Caracterització estructural i funcional del gen de la miogenia en l’orada (Sparus aurata )

Report for the scientific sojourn at the University of Maryland Biotechnology Institute from February to August 2007. Myogenesis of skeletal muscles in vertebrates is controlled by extracellular signalling molecules together with intracellular transcription factors. Among the transcriptional factors, the members of the myogenic regulatory family play important roles regulating skeletal muscle development and growth. To characterize the gene structure and expression of fish myogenin, we have isolated the myogenin genomic gene and cDNA from gilthead seabream (Sparus aurata) and analyzed the genomic structure, pattern of expression and the regulation of musclespecific expression. Sequence analysis revealed that the seabream myogenin shares a similar gene structure with other fish myogenins, with three exons, two introns and the highly conserved bHLH domain. Expression studies demonstrated that myogenin is expressed in both slow and fast muscles as well as in muscle cells in primary culture. In situ hybridization showed that myogenin was specifically expressed in developing somites of seabream embryos. Promoter activity analysis demonstrated that the myogenin promoter could drive green fluorescence protein expression in muscle cells of zebrafish embryos, as well as in myofibers of adult zebrafish and juvenile seabream.

Utilització de plantes d'Arabidopsis thaliana mutants de CK2 per a l'establiment de línies cel·lulars i per a l'estudi de la implicació de la CK2 en l'estructuració de la cromatina

La proteïna CK2 és una Ser/Thr fosfotransferasa evolutivament conservada. Està formada per dues subunitats diferents, α (catalítica) i β (reguladora), que s’associen en un complex heterotetramèric (α2β2). L’activitat d’aquest enzim està regulada per varis mecanismes que la modulen diferencialment en funció del substrat, entre ells, la localització subcel·lular de les diferents subunitats. A partir de plantes transgèniques que contenen les subunitats de CK2 fusionades a una proteïna fluorescent (GFP o YFP) hem establert línies cel·lulars que permetran analitzar, en treballs futurs, els canvis de localització subcel·lular de les subunitats de CK2 provocats per diferents estímuls. La CK2 intervé en un gran nombre de processos cel·lulars, entre d’altres, metabolisme, transport a nucli, control del cicle cel·lular i reparació del DNA. Amb la finalitat d’estudiar el paper de la CK2 en el desenvolupament de les plantes, membres del grup van generar un mutant dominant negatiu per transformació estable de plantes d’Arabidopsis thaliana. Estudis previs mostraven que la pèrdua d’activitat CK2 en aquestes plantes provocava una alteració de l’activitat mitòtica i un bloqueig del cicle cel·lular. Els resultats obtinguts en aquest treball indiquen que aquests fenotips podrien ser conseqüència de la implicació de la CK2 en processos d’estructuració de la cromatina.

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.

CAV2 vector gene transfer into central nervious System

Estudi realitzat a partir d’una estada al Institut de Génétique Moléculaire de Montpellier, França, entre 2010 i 2012. En aquest projecte s’ha avaluat les avantatges dels vectors adenovirals canins tipus 2 (CAV2) com a vectors de transferència gènica al sistema nerviós central (SNC) en un model primat no-humà i en un model caní del síndrome de Sly (mucopolisacaridosis tipus 7, MPS VII), malaltia monogènica que cursa amb neurodegeneració. En una primera part del projecte s’ha avaluat la biodistribució, l’eficàcia i la durada de l’expressió del transgen en un model primat no humà, (Microcebus murinus). Com ha vector s’ha utilitzat un CAV2 de primera generació que expressa la proteïna verda fluorescent (CAVGFP). Els resultats aportats en aquesta memòria demostren que en primats no humans, com en d’altres espècies testades anteriorment per l’equip de l’EJ Kremer, la injecció intracerebral de CAV2 resulta en una extensa transducció del SNC, siguent les neurones i els precursors neuronals les cèl•lules preferencialment transduïdes. Els vectors canins, servint-se de vesícules intracel•lulars són transportats, majoritàriament, des de les sinapsis cap al soma neuronal, aquest transport intracel•lular permet una extensa transducció del SNC a partir d’una única injecció intracerebral dels vectors virals. En una segona part d’aquest projecte s’ha avaluat l’ús terapèutic dels CAV2. S’ha injectat un vector helper-dependent que expressa el gen la b-glucuronidasa i el gen de la proteïna verda fluorescent (HD-RIGIE), en el SNC del model caní del síndrome de Sly (MPS VII). La biodistribució i la eficàcia terapèutica han estat avaluades. Els nivells d’activitat enzimàtica en animals malalts injectats amb el vector terapèutic va arribar a valors similars als dels animals no afectes. A més a més s’ha observat una reducció en la quantitat dels GAGs acumulats en les cèl•lules dels animals malalts tractats amb el vector terapèutic, demostrant la potencialitat terapèutica dels CAV2 per a malalties que afecten al SNC. Els resultats aportats en aquest treball ens permeten dir que els CAV2 són unes bones eines terapèutiques per al tractament de malalties que afecten al SNC.

Reprogramming of human fibroblasts to induced pluripotent stem cells under xeno-free conditions

The availability of induced pluripotent stem cells (iPSCs)has created extraordinary opportunities for modeling andperhaps treating human disease. However, all reprogrammingprotocols used to date involve the use of products of animal origin. Here, we set out to develop a protocol to generate and maintain human iPSC that would be entirelydevoid of xenobiotics. We first developed a xeno-free cellculture media that supported the long-term propagation of human embryonic stem cells (hESCs) to a similar extent as conventional media containing animal origin products or commercially available xeno-free medium. We also derivedprimary cultures of human dermal fibroblasts under strictxeno-free conditions (XF-HFF), and we show that they can be used as both the cell source for iPSC generation as well as autologous feeder cells to support their growth. We also replaced other reagents of animal origin trypsin, gelatin, matrigel) with their recombinant equivalents. Finally, we used vesicular stomatitis virus G-pseudotyped retroviral particles expressing a polycistronic construct encoding Oct4, Sox2, Klf4, and GFP to reprogram XF-HFF cells under xeno-free conditions. A total of 10 xeno-free humaniPSC lines were generated, which could be continuously passaged in xeno-free conditions and aintained characteristics indistinguishable from hESCs, including colonymorphology and growth behavior, expression of pluripotency-associated markers, and pluripotent differentiationability in vitro and in teratoma assays. Overall, the resultspresented here demonstrate that human iPSCs can be generatedand maintained under strict xeno-free conditions and provide a path to good manufacturing practice (GMP) applicability that should facilitate the clinical translation of iPSC-based therapies.

Regenerating cortical connections in a dish: the entorhino-hippocampal organotypic slice co-culture as tool for pharmacological screening of molecules promoting axon regeneration

We present a method for using long-term organotypic slice co-cultures of the entorhino-hippocampal formation to analyze the axon-regenerative properties of a determined compound. The culture method is based on the membrane interphase method, which is easy to perform and is generally reproducible. The degree of axonal regeneration after treatment in lesioned cultures can be seen directly using green fluorescent protein (GFP) transgenic mice or by axon tracing and histological methods. Possible changes in cell morphology after pharmacological treatment can be determined easily by focal in vitro electroporation. The well-preserved cytoarchitectonics in the co-culture facilitate the analysis of identified cells or regenerating axons. The protocol takes up to a month.

Regulation of protein transport from the Golgi complex to the endoplasmic reticulum by CDC42 and N-WASP.

Actin is involved in the organization of the Golgi complex and Golgi-to-ER protein transport in mammalian cells. Little, however, is known about the regulation of the Golgi-associated actin cytoskeleton. We provide evidence that Cdc42, a small GTPase that regulates actin dynamics, controls Golgi-to-ER protein transport. We located GFP-Cdc42 in the lateral portions of Golgi cisternae and in COPI-coated and noncoated Golgi-associated transport intermediates. Overexpression of Cdc42 and its activated form Cdc42V12 inhibited the retrograde transport of Shiga toxin from the Golgi complex to the ER, the redistribution of the KDEL receptor, and the ER accumulation of Golgi-resident proteins induced by the active GTP-bound mutant of Sar1 (Sar1[H79G]). Coexpression of wild-type or activated Cdc42 and N-WASP also inhibited Golgito-ER transport, but this was not the case in cells expressing Cdc42V12 and N-WASP(AWA), a mutant form of N-WASP that lacks Arp2/3 binding. Furthermore, Cdc42V12 recruited GFP-NWASP to the Golgi complex. We therefore conclude that Cdc42 regulates Golgi-to-ER protein transport in an N-WASP¿dependent manner.

Clathrin Assembly Lymphoid Myeloid Leukemia (CALM) Protein: Localization in Endocytic-coated Pits, Interactions with Clathrin, and the Impact of Overexpression on Clathrin-mediated Traffic

The clathrin assembly lymphoid myeloid leukemia (CALM) gene encodes a putative homologue of the clathrin assembly synaptic protein AP180. Hence the biochemical properties, the subcellular localization, and the role in endocytosis of a CALM protein were studied. In vitro binding and coimmunoprecipitation demonstrated that the clathrin heavy chain is the major binding partner of CALM. The bulk of cellular CALM was associated with the membrane fractions of the cell and localized to clathrin-coated areas of the plasma membrane. In the membrane fraction, CALM was present at near stoichiometric amounts relative to clathrin. To perform structure-function analysis of CALM, we engineered chimeric fusion proteins of CALM and its fragments with the green fluorescent protein (GFP). GFP-CALM was targeted to the plasma membrane-coated pits and also found colocalized with clathrin in the Golgi area. High levels of expression of GFP-CALM or its fragments with clathrin-binding activity inhibited the endocytosis of transferrin and epidermal growth factor receptors and altered the steady-state distribution of the mannose-6-phosphate receptor in the cell. In addition, GFP-CALM overexpression caused the loss of clathrin accumulation in the trans-Golgi network area, whereas the localization of the clathrin adaptor protein complex 1 in the trans-Golgi network remained unaffected. The ability of the GFP-tagged fragments of CALM to affect clathrin-mediated processes correlated with the targeting of the fragments to clathrin-coated areas and their clathrin-binding capacities. Clathrin-CALM interaction seems to be regulated by multiple contact interfaces. The C-terminal part of CALM binds clathrin heavy chain, although the full-length protein exhibited maximal ability for interaction. Altogether, the data suggest that CALM is an important component of coated pit internalization machinery, possibly involved in the regulation of clathrin recruitment to the membrane and/or the formation of the coated pit.

Correlation between in vitro cytotoxicity and in vivo lethal activity in mice of epsilon toxin mutants from Clostridium perfringens

Epsilon toxin (Etx) from Clostridium perfringens is a pore-forming protein with a lethal effect on livestock, producing severe enterotoxemia characterized by general edema and neurological alterations. Site-specific mutations of the toxin are valuable tools to study the cellular and molecular mechanism of the toxin activity. In particular, mutants with paired cysteine substitutions that affect the membrane insertion domain behaved as dominant-negative inhibitors of toxin activity in MDCK cells. We produced similar mutants, together with a well-known non-toxic mutant (Etx-H106P), as green fluorescent protein (GFP) fusion proteins to perform in vivo studies in an acutely intoxicated mouse model. The mutant (GFP-Etx-I51C/A114C) had a lethal effect with generalized edema, and accumulated in the brain parenchyma due to its ability to cross the blood-brain barrier (BBB). In the renal system, this mutant had a cytotoxic effect on distal tubule epithelial cells. The other mutants studied (GFP-Etx-V56C/F118C and GFP-Etx-H106P) did not have a lethal effect or cross the BBB, and failed to induce a cytotoxic effect on renal epithelial cells. These data suggest a direct correlation between the lethal effect of the toxin, with its cytotoxic effect on the kidney distal tubule cells, and the ability to cross the BBB.