Distinct Unfolding and Refolding Pathways of Ribonuclease A Revealed by Heating and Cooling Temperature Jumps

Heating and cooling temperature jumps (T-jumps) were performed using a newly developed technique to trigger unfolding and refolding of wild-type ribonuclease A and a tryptophan-containing variant (Y115W). From the linear Arrhenius plots of the microscopic folding and unfolding rate constants, activation enthalpy (ΔH#), and activation entropy (ΔS#) were determined to characterize the kinetic transition states (TS) for the unfolding and refolding reactions. The single TS of the wild-type protein was split into three for the Y115W variant. Two of these transition states, TS1 and TS2, characterize a slow kinetic phase, and one, TS3, a fast phase. Heating T-jumps induced protein unfolding via TS2 and TS3; cooling T-jumps induced refolding via TS1 and TS3. The observed speed of the fast phase increased at lower temperature, due to a strongly negative ΔH# of the folding-rate constant. The results are consistent with a path-dependent protein folding/unfolding mechanism. TS1 and TS2 are likely to reflect X-Pro114 isomerization in the folded and unfolded protein, respectively, and TS3 the local conformational change of the β-hairpin comprising Trp115. A very fast protein folding/unfolding phase appears to precede both processes. The path dependence of the observed kinetics is suggestive of a rugged energy protein folding funne

Anàlisi microscòpica de l'esperma ejaculada i de la maduració epididimària dels espermatozoides de Sus domesticus

El present treball analitza la morfologia espermàtica de l'ejaculat de Sus domesticus, la histologia del conducte epididimari i la qualitat de l'esperma epididimari. El material d'estudi prové de mascles reproductors porcins de les races Landrace i Pietrain, sans i sexualment madurs. La metodologia emprada es basa en l'examen al microscopi òptic (camp dar, contrast de fases i contrast interferencial) i al microscopi electrònic (de rastreig i de transmissió). Per a l'anàlisi estadística de les dades s'ha utilitzat el test de la X2 de Pearson (p<0,01). L'estudi de la morfologia espermàtica de l'ejaculat permet distingir diversos tipus de gàmetes que s'han classificat en tres grups: espermatozoides madurs, espermatozoides immadurs i espermatozoides aberrants, així com algunes cèI.lules somàtiques. L'espermatozoide madur de Sus domesticus és un gàmeta típic de mamífer (format per tres parts: cap, peça de connexió i cua) en que destaquen: la forma oval i plana del cap, el desenvolupament d'una protuberància acrosòmica apical en una de les cares del cap i la presencia dels cossos laminars en la peça de connexió. L'espermatozoide immadur es caracteritza per la presencia de la gota citoplasmàtica, el major desenvolupament de la protuberància acrosòmica apical i per la flexibilitat del cap. Els espermatozoides aberrants es descriuen i classifiquen segons la morfologia externa i la morfologia interna, distingint-se una amplia gama de malformacions que afecten les diverses parts de l'espermatozoide. Les cèl·lules somàtiques presents en l'ejaculat ofereixen les característiques pròpies d'un macròfag i se les ha observat englobant espermatozoides immadurs. L'estudi de l'estructura i la ultraestructura de les tres regions anatòmiques de l'epidídim (caput, corpus i cauda) revela que: a) l'epiteli epididimari és pseudoestratificat amb esterocilis, b) cada regió epididimària presenta uns valors característics en relació al diàmetre intern del conducte, a l'alçada de l'epiteli, a la longitud dels esterocilis i al nombre de cèl·lules somàtiques luminals, i c) l'epiteli epididimari esta format per cinc tipus cel·lulars: les cèl·lules principals, les cèl·lules basals, les cèl·lules dares, les cèl·lules estretes i les cèl·lules basòfiles. Dels resultats obtinguts es pot deduir que: a) aquests cinc tipus cel·lulars es distribueixen al llarg del conducte epididimari de forma no homogènia, b) les cèl·lules basals, les cèl·lules principals, les cèI.Iules dares i les cèl·lules estretes són diversos estadis del desenvolupament d'un mateix tipus cel·lular especialitzat en la secreció i reabsorció cel·lular, i c) les cèl·lules basòfiles són les precursores de les cèl·lules somàtiques luminals. La qualitat de l'esperma procedent de les tres regions de l'epidídim ha estat analitzada a partir dels següents paràmetres espermàtics: vitalitat, resistència osmòtica dels acrosomes, estabilitat cefàlica, morfologia, malformacions i aglutinació. La vitalitat espermàtica disminueix progressivament al llarg del conducte epididimari. La resistència osmòtica dels acrosomes s'assoleix en la regió corporal de l'epidídim. L'estabilitat cefàlica dels espermatozoides és més elevada en les dues primeres regions de l'epidídim que en la regió caudal. Cada regió de l'epidídim es caracteritza per una morfologia espermàtica específica: a) el caput es caracteritza per l'elevat percentatge d'espermatozoides immadurs amb gota citoplasmàtica proximal, b) el corpus es caracteritza per l'elevat percentatge d'espermatozoides immadurs amb gota citoplasmàtica distal, i c) el cauda es caracteritza per l'elevat percentatge d'espermatozoides madurs. S'han estudiat les següents malformacions d'origen epididimari: espermatozoides de cua doblegada per l'anell de Jensen (origen en el cauda), espermatozoides de cua enrotllada i espermatozoides de cues fusionades (origen en el corpus). Els espermatozoides perden la capacitat de doblegar la cua per la peça intermèdia a mesura que avancen pel conducte epididimari. L'aglutinació espermàtica tendeix a augmentar progressivament al llarg del conducte epididimari, si bé, no s'han observat variacions significatives en els diversos tipus d'aglutinació. La maduració epididimaria dels espermatozoides de Sus domesticus és un procés lent i complex, i la qualitat de l'ejaculat depèn de que aquesta maduració hagi estat completa. La presencia en l'esperma ejaculat de formes gamètiques pròpies de l'esperma epididimari és un signe d'una incompleta maduració dels espermatozoides; i, pot considerar-se com un paràmetre indicador d'estrés del mascle reproductor, tant més quant més s'assembli a la morfologia espermàtica de la regió cefàlica de l'epidídim.

El virus de l'hepatitis C i la ribonucleasa Phumana: aspectes biològics i terapèutics

El virus de l'hepatitis C (VHC) provoca una hepatitis crònica que afecta a més de 170 milions de persones d'arreu del món. És un virus petit que es classifica dins de la família Flaviviridae i és un virus d'RNA de cadena positiva amb un genoma d'aproximadament 9.600 nucleòtids. A l'extrem 5' del genoma viral s'hi troba una regió no codificant (5'NCR) que comprèn els primers 341 nucleòtids i la seva funció està relaciona amb la traducció. Immediatament després hi ha una pauta de lectura oberta ORF que acaba en un únic codó d'aturada i codifica una poliproteïna de 3.010 aminoàcids. A continuació l'extrem 3' no codificant (3'NCR), que malgrat es desconeixen les seves funcions exactes, s'ha demostrat que és essencial per a la replicació vírica. La única poliproteïna generada és processada co- i postraduccionalment mitjançant proteases de l'hoste i víriques, donant lloc a les proteïnes estructurals (Core, E1 i E2-p7) i no estructurals (NS2-NS5B). Igual que la majoria de virus RNA, el VHC es caracteritza per tenir una taxa de mutació elevada. De fet, el genoma del virus no es pot definir com una única seqüència sinó per una població de variants molt relacionades entre sí. A aquesta manera d'organitzar la informació genètica se l'anomena quasiespècie viral i una de les seves implicacions principals és la facilitat amb què sorgeixen resistents al tractament. Els tractaments disponibles són llargs, cars, provoquen efectes secundaris considerables i només es resolen completament el 40% dels casos. Per aquesta raó es busquen altres solucions terapèutiques per combatre el virus entre les quals s'hi inclouen diferents estratègies. Una de les més innovadores i prometedores és la utilització de ribozims dirigits directament contra el genoma del virus. Aquest treball es centra en l'estudi de les noves estratègies terapèutiques basades en ribozims, concretament la ribonucleasa P. La ribonucleasa P és un ribozim que està present en tots els organismes ja que és l'enzim responsable de la maduració dels precursors d'RNA de transferència. El més interessant a nivell terapèutic és que s'ha demostrat que es pot dirigir la seva activitat cap a qualsevol RNA utilitzant una seqüència guia d'RNA que quan hibrida amb l'RNA diana, l'híbrid imita l'estructura secundària del substrat natural. En el cas del VHC, s'han estudiat ribozims dependents de seqüència (ribozims derivats d'RNAs satèl·lits i de viroides de plantes), sempre dirigits contra la regió més conservada del virus per evitar una disminució de l'eficiència del ribozim deguda a la variació de la diana. La ribonucleasa P és una endonucleasa d'activitat molt específica i es diferencia dels altres ribozims naturals en el sistema de reconeixement del substrat, reconeix elements estructurals i no de seqüència. L'objectiu final del treball és tallar in vitro l'RNA del VHC aprofitant la propietat que presenta aquest ribozim de reconèixer elements estructurals i no de seqüència ja que per a un mateix nombre de seqüències, el nombre d'estructures viables que pot adoptar l'RNA genòmic és molt més petit i per tant la variabilitat de la diana disminueix. S'han estudiat dos models d'RNasa P, la RNasa P humana guiada per seqüència guia externa (EGS) i l'RNA M1 de l'RNasa P d'E.coli unit a la seqüència guia per l'extrem 3' (ribozim M1GS). Abans però de dirigir el ribozim, s'han estudiat l'estructura i la variabilitat d'una regió del genoma del virus ja que s'ha descrit que són factors que poden limitar l'eficiència de qualsevol ribozim. Derivat d'aquests estudis s'aporten dades sobre accessibilitat i variabilitat d'una regió interna del genoma del virus de l'hepatitis C, la zona d'unió de la regió E2/NS2 (regió 2658-2869). L'estudi d'accessibilitat revela que la regió 2658-2869 del genoma del virus conté dominis oberts i tancats i que la transició entre uns i altres no és brusca si es compara amb altres regions d'estructura coneguda (regió 5' no codificant). Els resultats dels assajos in vitro amb els dos models de RNasa P mostren que s'ha aconseguit dirigir tant la ribonucleasa P humana com el ribozim M1GS cap a una zona, predeterminada segons l'estudi d'accessibilitat, com a poc estructurada i tallar l'RNA del virus. De l'anàlisi de mutacions, però, es dedueix que la regió estudiada és variable. Tot i dirigir el ribozim cap a la zona més accessible, la variació de la diana podria afectar la interacció amb la seqüència guia i per tant disminuir l'eficiència de tall. Si es proposés una estratègia terapèutica consistiria en un atac simultani de vàries dianes.D'altra banda i derivat d'un resultat inesperat on s'ha observat en els experiments control que l'extracte de RNasa P humana tallava l'RNA viral en absència de seqüències guia externes, s'ha caracteritzat una nova interacció entre l'RNA del VHC i la RNasa P humana. Per a la identificació de l'enzim responsable dels talls s'han aplicat diferents tècniques que es poden dividir en mètodes directes (RNA fingerprinting) i indirectes (immunoprecipitació i inhibicions competitives). Els resultats demostren que la ribonucleasa P humana, i no un altre enzim contaminant de l'extracte purificat, és la responsable dels dos talls específics observats i que es localitzen, un a l'entrada interna al ribosoma (IRES) i molt a prop del codó AUG d'inici de la traducció i l'altre entre la regió codificant estructural i no estructural. La ribonucleasa P és un dels enzims del metabolisme del tRNA que s'utilitza per identificar estructures similars al tRNA en substrats diferents del substrat natural. Així doncs, el fet que la ribonucleasa P reconegui i talli el genoma del VHC en dues posicions determinades suggereix que, a les zones de tall, el virus conté estructures semblants al substrat natural, és a dir estructures tipus tRNA. A més, tot i que el VHC és molt variable, els resultats indiquen que aquestes estructures poden ser importants per el virus, ja que es mantenen en totes les variants naturals analitzades. Creiem que la seva presència podria permetre al genoma interaccionar amb factors cel·lulars que intervenen en la biologia del tRNA,particularment en el cas de l'estructura tipus tRNA que es localitza a l'element IRES. Independentment però de la seva funció, es converteixen en unes noves dianes terapèutiques per a la RNasa P. S'ha de replantejar però l'estratègia inicial ja que la similitud amb el tRNA les fa susceptibles a l'atac de la ribonucleasa P, directament, en absència de seqüències guia externes.