Mechanisms underlying functional recovery after in vivo focal cerebral ischemia : from preconditioning to diffusion MRI

Version abregée L'ischémie cérébrale est la troisième cause de mort dans les pays développés, et la maladie responsable des plus sérieux handicaps neurologiques. La compréhension des bases moléculaires et anatomiques de la récupération fonctionnelle après l'ischémie cérébrale est donc extrêmement importante et représente un domaine d'intérêt crucial pour la recherche fondamentale et clinique. Durant les deux dernières décennies, les chercheurs ont tenté de combattre les effets nocifs de l'ischémie cérébrale à l'aide de substances exogènes qui, bien que testées avec succès dans le domaine expérimental, ont montré un effet contradictoire dans l'application clinique. Une approche différente mais complémentaire est de stimuler des mécanismes intrinsèques de neuroprotection en utilisant le «modèle de préconditionnement» : une brève insulte protège contre des épisodes d'ischémie plus sévères à travers la stimulation de voies de signalisation endogènes qui augmentent la résistance à l'ischémie. Cette approche peut offrir des éléments importants pour clarifier les mécanismes endogènes de neuroprotection et fournir de nouvelles stratégies pour rendre les neurones et la glie plus résistants à l'attaque ischémique cérébrale. Dans un premier temps, nous avons donc étudié les mécanismes de neuroprotection intrinsèques stimulés par la thrombine, un neuroprotecteur «préconditionnant» dont on a montré, à l'aide de modèles expérimentaux in vitro et in vivo, qu'il réduit la mort neuronale. En appliquant une technique de microchirurgie pour induire une ischémie cérébrale transitoire chez la souris, nous avons montré que la thrombine peut stimuler les voies de signalisation intracellulaire médiées par MAPK et JNK par une approche moléculaire et l'analyse in vivo d'un inhibiteur spécifique de JNK (L JNK) .Nous avons également étudié l'impact de la thrombine sur la récupération fonctionnelle après une attaque et avons pu démontrer que ces mécanismes moléculaires peuvent améliorer la récupération motrice. La deuxième partie de cette étude des mécanismes de récupération après ischémie cérébrale est basée sur l'investigation des bases anatomiques de la plasticité des connections cérébrales, soit dans le modèle animal d'ischémie transitoire, soit chez l'homme. Selon des résultats précédemment publiés par divers groupes ,nous savons que des mécanismes de plasticité aboutissant à des degrés divers de récupération fonctionnelle sont mis enjeu après une lésion ischémique. Le résultat de cette réorganisation est une nouvelle architecture fonctionnelle et structurelle, qui varie individuellement selon l'anatomie de la lésion, l'âge du sujet et la chronicité de la lésion. Le succès de toute intervention thérapeutique dépendra donc de son interaction avec la nouvelle architecture anatomique. Pour cette raison, nous avons appliqué deux techniques de diffusion en résonance magnétique qui permettent de détecter les changements de microstructure cérébrale et de connexions anatomiques suite à une attaque : IRM par tenseur de diffusion (DT-IR1V) et IRM par spectre de diffusion (DSIRM). Grâce à la DT-IRM hautement sophistiquée, nous avons pu effectuer une étude de follow-up à long terme chez des souris ayant subi une ischémie cérébrale transitoire, qui a mis en évidence que les changements microstructurels dans l'infarctus ainsi que la modification des voies anatomiques sont corrélés à la récupération fonctionnelle. De plus, nous avons observé une réorganisation axonale dans des aires où l'on détecte une augmentation d'expression d'une protéine de plasticité exprimée dans le cône de croissance des axones (GAP-43). En appliquant la même technique, nous avons également effectué deux études, rétrospective et prospective, qui ont montré comment des paramètres obtenus avec DT-IRM peuvent monitorer la rapidité de récupération et mettre en évidence un changement structurel dans les voies impliquées dans les manifestations cliniques. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons décrit la manière dont la DS-IRM peut être appliquée dans le domaine expérimental et clinique pour étudier la plasticité cérébrale après ischémie. Abstract Ischemic stroke is the third leading cause of death in developed countries and the disease responsible for the most serious long-term neurological disability. Understanding molecular and anatomical basis of stroke recovery is, therefore, extremely important and represents a major field of interest for basic and clinical research. Over the past 2 decades, much attention has focused on counteracting noxious effect of the ischemic insult with exogenous substances (oxygen radical scavengers, AMPA and NMDA receptor antagonists, MMP inhibitors etc) which were successfully tested in the experimental field -but which turned out to have controversial effects in clinical trials. A different but complementary approach to address ischemia pathophysiology and treatment options is to stimulate and investigate intrinsic mechanisms of neuroprotection using the "preconditioning effect": applying a brief insult protects against subsequent prolonged and detrimental ischemic episodes, by up-regulating powerful endogenous pathways that increase resistance to injury. We believe that this approach might offer an important insight into the molecular mechanisms responsible for endogenous neuroprotection. In addition, results from preconditioning model experiment may provide new strategies for making brain cells "naturally" more resistant to ischemic injury and accelerate their rate of functional recovery. In the first part of this work, we investigated down-stream mechanisms of neuroprotection induced by thrombin, a well known neuroprotectant which has been demonstrated to reduce stroke-induced cell death in vitro and in vivo experimental models. Using microsurgery to induce transient brain ischemia in mice, we showed that thrombin can stimulate both MAPK and JNK intracellular pathways through a molecular biology approach and an in vivo analysis of a specific kinase inhibitor (L JNK1). We also studied thrombin's impact on functional recovery demonstrating that these molecular mechanisms could enhance post-stroke motor outcome. The second part of this study is based on investigating the anatomical basis underlying connectivity remodeling, leading to functional improvement after stroke. To do this, we used both a mouse model of experimental ischemia and human subjects with stroke. It is known from previous data published in literature, that the brain adapts to damage in a way that attempts to preserve motor function. The result of this reorganization is a new functional and structural architecture, which will vary from patient to patient depending on the anatomy of the damage, the biological age of the patient and the chronicity of the lesion. The success of any given therapeutic intervention will depend on how well it interacts with this new architecture. For this reason, we applied diffusion magnetic resonance techniques able to detect micro-structural and connectivity changes following an ischemic lesion: diffusion tensor MRI (DT-MRI) and diffusion spectrum MRI (DS-MRI). Using DT-MRI, we performed along-term follow up study of stroke mice which showed how diffusion changes in the stroke region and fiber tract remodeling is correlating with stroke recovery. In addition, axonal reorganization is shown in areas of increased plasticity related protein expression (GAP 43, growth axonal cone related protein). Applying the same technique, we then performed a retrospective and a prospective study in humans demonstrating how specific DTI parameters could help to monitor the speed of recovery and show longitudinal changes in damaged tracts involved in clinical symptoms. Finally, in the last part of this study we showed how DS-MRI could be applied both to experimental and human stroke and which perspectives it can open to further investigate post stroke plasticity.

Identification of Multiple Mechanisms of Resistance to Vemurafenib in a Patient with BRAFV600E-Mutated Cutaneous Melanoma Successfully Rechallenged after Progression.

PURPOSE: To investigate the mechanism(s) of resistance to the RAF-inhibitor vemurafenib, we conducted a comprehensive analysis of the genetic alterations occurring in metastatic lesions from a patient with a BRAF(V600E)-mutant cutaneous melanoma who, after a first response, underwent subsequent rechallenge with this drug. EXPERIMENTAL DESIGN: We obtained blood and tissue samples from a patient diagnosed with a BRAF(V600E)-mutant cutaneous melanoma that was treated with vemurafenib and achieved a near-complete response. At progression, he received additional lines of chemo/immunotherapy and was successfully rechallenged with vemurafenib. Exome and RNA sequencing were conducted on a pretreatment tumor and two subcutaneous resistant metastases, one that was present at baseline and previously responded to vemurafenib (PV1) and one that occurred de novo after reintroduction of the drug (PV2). A culture established from PV1 was also analyzed. RESULTS: We identified two NRAS-activating somatic mutations, Q61R and Q61K, affecting two main subpopulations in the metastasis PV1 and a BRAF alternative splicing, involving exons 4-10, in the metastasis PV2. These alterations, known to confer resistance to RAF inhibitors, were tumor-specific, mutually exclusive, and were not detected in pretreatment tumor samples. In addition, the oncogenic PIK3CA(H1047R) mutation was detected in a subpopulation of PV1, but this mutation did not seem to play a major role in vemurafenib resistance in this metastasis. CONCLUSIONS: This work describes the coexistence within the same patient of different molecular mechanisms of resistance to vemurafenib affecting different metastatic sites. These findings have direct implications for the clinical management of BRAF-mutant melanoma. Clin Cancer Res; 19(20); 5749-57. ©2013 AACR.

Mechanisms of Antifungal Drug Resistance.

Antifungal therapy is a central component of patient management for acute and chronic mycoses. Yet, treatment choices are restricted because of the sparse number of antifungal drug classes. Clinical management of fungal diseases is further compromised by the emergence of antifungal drug resistance, which eliminates available drug classes as treatment options. Once considered a rare occurrence, antifungal drug resistance is on the rise in many high-risk medical centers. Most concerning is the evolution of multidrug- resistant organisms refractory to several different classes of antifungal agents, especially among common Candida species. The mechanisms responsible are mostly shared by both resistant strains displaying inherently reduced susceptibility and those acquiring resistance during therapy. The molecular mechanisms include altered drug affinity and target abundance, reduced intracellular drug levels caused by efflux pumps, and formation of biofilms. New insights into genetic factors regulating these mechanisms, as well as cellular factors important for stress adaptation, provide a foundation to better understand the emergence of antifungal drug resistance.

New mechanisms regulating human Th1 and Th2 cell differentiation

Selective development of human T helper (Th) cells into functionally distinct Th1 and Th2 subtypes plays an essential role in the host immune response towards pathogens. However, abnormal function or differentiation of these cells can lead to development of various autoimmune diseases as well as asthma and allergy. Therefore, identification of key factors and the molecular mechanisms mediating Th1 and Th2 cell differentiation is important for understanding the molecular mechanisms of these diseases. The goal of this study was to identify novel factors involved in the regulation of Th1 and Th2 differentiation processes. A new method was optimized for enrichment of transiently transfected resting human primary T lymphocytes, that allowed the study of the influence of genes of interest in human Th1/Th2 cell differentiation and other primary Th cell functions. Functional characterization of PRELI, a novel activation-induced protein in human Th cells, identified it as a mitochondrial protein involved in the regulation of Th cell differentiation and apoptosis. By influencing the intracellular redox state, PRELI induces mitochondrial apoptosis pathway and downregulates STAT6 and Th2 differentiation. The data suggested that Calpain, an oxidative stress induced cysteine protease, is involved as a mediator in PRELI-induced downregulation of STAT6. PIM serine/threonine-specific kinases were identified as new regulators of human Th1 cell differentiation. PIM1 and PIM2 kinases were shown to be preferentially expressed in Th1 cells as compared to Th2 cells. RNA interference studies showed that PIM kinases enhance the production of IFN, the hallmark cytokine produced by Th1 cells. They also induce the expression of the key Th1-driving factor T-bet and the IL-12 signaling pathway during early phases of Th1 cell differentiation. Taken together, new regulators of human T helper cell differentiation were identified in this study, which provides new insights into the signaling mechanisms controlling the selective activation of human Th cell subsets.

Mechanisms of cell transformation induced by polyomavirus

Polyomavirus is a DNA tumor virus that induces a variety of tumors in mice. Its genome encodes three proteins, namely large T (LT), middle T (MT), and small T (ST) antigens, that have been implicated in cell transformation and tumorigenesis. LT is associated with cell immortalization, whereas MT plays an essential role in cell transformation by binding to and activating several cytoplasmic proteins that participate in growth factor-induced mitogenic signal transduction to the nucleus. The use of different MT mutants has led to the identification of MT-binding proteins as well as analysis of their importance during cell transformation. Studying the molecular mechanisms of cell transformation by MT has contributed to a better understanding of cell cycle regulation and growth control.

Eccentric and concentric cardiac hypertrophy induced by exercise training: microRNAs and molecular determinants

Among the molecular, biochemical and cellular processes that orchestrate the development of the different phenotypes of cardiac hypertrophy in response to physiological stimuli or pathological insults, the specific contribution of exercise training has recently become appreciated. Physiological cardiac hypertrophy involves complex cardiac remodeling that occurs as an adaptive response to static or dynamic chronic exercise, but the stimuli and molecular mechanisms underlying transduction of the hemodynamic overload into myocardial growth are poorly understood. This review summarizes the physiological stimuli that induce concentric and eccentric physiological hypertrophy, and discusses the molecular mechanisms, sarcomeric organization, and signaling pathway involved, also showing that the cardiac markers of pathological hypertrophy (atrial natriuretic factor, β-myosin heavy chain and α-skeletal actin) are not increased. There is no fibrosis and no cardiac dysfunction in eccentric or concentric hypertrophy induced by exercise training. Therefore, the renin-angiotensin system has been implicated as one of the regulatory mechanisms for the control of cardiac function and structure. Here, we show that the angiotensin II type 1 (AT1) receptor is locally activated in pathological and physiological cardiac hypertrophy, although with exercise training it can be stimulated independently of the involvement of angiotensin II. Recently, microRNAs (miRs) have been investigated as a possible therapeutic approach since they regulate the translation of the target mRNAs involved in cardiac hypertrophy; however, miRs in relation to physiological hypertrophy have not been extensively investigated. We summarize here profiling studies that have examined miRs in pathological and physiological cardiac hypertrophy. An understanding of physiological cardiac remodeling may provide a strategy to improve ventricular function in cardiac dysfunction.

Transcriptional regulation of effector CD8+ T cell differentiation and molecular dysfunction during HIV-1 infection

Les cellules T CD8+ jouent un rôle primordial dans le contrôle des infections virales en limitant la dissémination des cellules infectées. Lors de l’infection chronique par le virus HIV, les cellules T CD8+ HIV-spécifiques ne se différencient pas en cellules effectrices fonctionnelles capables de tuer les cellules infectées par le virus ; ces cellules ne sont plus capables de proliférer ou de produire l’ IL-2. Ces cellules expriment PD-1 et l’engagement de PD-1, par son ligand, aboutit a plusieurs de ces déficits fonctionnels des cellules T . Le rôle de PD-1 dans la régulation d'évènements transcriptionnels contrôlant la différentiation et l'obtention des fonction effectrices des cellules T CD8+ reste à démontrer. Id2 joue un rôle central dans la différenciation des cellules T CD8+ effectrices. Nous avons émis l’hypothèse que le défaut de maturation observé chez les cellules T CD8+ PD-1 high HIV-spécifiques (CD8+PD-1hi) au cours de l’infection chronique par le virus HIV pouvait être lié à la diminution d’expression du régulateur Id2. Nous avons ainsi démontré que l'engagement de PD-1 contribuait à une diminution d'expression de Id2 et de ses cibles transcriptionnelles. La surexpression de Id2 de ces cellules a permis de restaurer l'expression de marqueurs tels que Granzyme B et Bcl-2 et diminuir l’expression du marqueur de maturation de CD27. La famille des cytokines à chaine gamma joue un rôle clef dans la survie et l’homéostasie des cellules T. Dans ce travail, nous avons démontré que l’IL-15 était unique grâce à ses capacités de stimulation de l’expression d’Id2 et ses propriétés favorisant la survie ainsi que la différenciation des cellules T CD8+ effectrices. l’IL-15 induit la prolifération de toutes les populations de cellules T mémoires provenant de donneurs sains. L’addition de cette cytokine aux sous-populations cellulaires Ttm et Tem a permis leur différenciation en cellules effectrices capables de produire Granzyme B alors que la stimulation par l’IL-15 des cellules Tcm ne favorise pas leur différenciation. Un test de cytotoxicitié par cytométrie en flux nous a permis de confirmer que la stimulation de cellules T CD8+ HIV spécifiques par l’IL-15 favorisait l’expression de Id2 et restaurait les fonctions cytotoxiques des cellules T CD8+ HIV spécifiques. En conclusion, nous avons pour la première fois dans cette thèse défini les mécanismes moléculaires impliqués dans la modulation de l’expression du régulateur transcriptionnel Id2 par l’IL-15. Nous avons également révélé comment l’engagement de PD-1 conduisait a une altération de l’expression et de la fonction d’Id2 et favorisait la diminution des fonctions effectrices des cellules T CD8-HIV spécifiques. Une perspective de traitement avec des agents tels que l’IL-15 ou le bloquage de PD-1, en combinaison avec les traitements conventionnels, pourrait contribuer à une meilleure stimulation des réponses immunes favorisant ainsi la réactivation des cellules T CD8+ et permettant la destruction de cellules T CD4+ infectées de manière latente.

Molecular characterization of the contribution of autophagy to antigen presentation using quantitative proteomics

L’autophagie est une voie hautement conservée de dégradation lysosomale des constituants cellulaires qui est essentiel à l’homéostasie cellulaire et contribue à l’apprêtement et à la présentation des antigènes. Les rôles relativement récents de l'autophagie dans l'immunité innée et acquise sous-tendent de nouveaux paradigmes immunologiques pouvant faciliter le développement de nouvelles thérapies où la dérégulation de l’autophagie est associée à des maladies auto-immunes. Cependant, l'étude in vivo de la réponse autophagique est difficile en raison du nombre limité de méthodes d'analyse pouvant fournir une définition dynamique des protéines clés impliquées dans cette voie. En conséquence, nous avons développé un programme de recherche en protéomique intégrée afin d’identifier et de quantifier les proteines associées à l'autophagie et de déterminer les mécanismes moléculaires régissant les fonctions de l’autophagosome dans la présentation antigénique en utilisant une approche de biologie des systèmes. Pour étudier comment l'autophagie et la présentation antigénique sont activement régulés dans les macrophages, nous avons d'abord procédé à une étude protéomique à grande échelle sous différentes conditions connues pour stimuler l'autophagie, tels l’activation par les cytokines et l’infection virale. La cytokine tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha) est l'une des principales cytokines pro-inflammatoires qui intervient dans les réactions locales et systémiques afin de développer une réponse immune adaptative. La protéomique quantitative d'extraits membranaires de macrophages contrôles et stimulés avec le TNF-alpha a révélé que l'activation des macrophages a entrainé la dégradation de protéines mitochondriales et des changements d’abondance de plusieurs protéines impliquées dans le trafic vésiculaire et la réponse immunitaire. Nous avons constaté que la dégradation des protéines mitochondriales était sous le contrôle de la voie ATG5, et était spécifique au TNF-alpha. En outre, l’utilisation d’un nouveau système de présentation antigènique, nous a permi de constater que l'induction de la mitophagie par le TNF-alpha a entrainée l’apprêtement et la présentation d’antigènes mitochondriaux par des molécules du CMH de classe I, contribuant ainsi la variation du répertoire immunopeptidomique à la surface cellulaire. Ces résultats mettent en évidence un rôle insoupçonné du TNF-alpha dans la mitophagie et permet une meilleure compréhension des mécanismes responsables de la présentation d’auto-antigènes par les molécules du CMH de classe I. Une interaction complexe existe également entre infection virale et l'autophagie. Récemment, notre laboratoire a fourni une première preuve suggérant que la macroautophagie peut contribuer à la présentation de protéines virales par les molécules du CMH de classe I lors de l’infection virale par l'herpès simplex virus de type 1 (HSV-1). Le virus HSV1 fait parti des virus humains les plus complexes et les plus répandues. Bien que la composition des particules virales a été étudiée précédemment, on connaît moins bien l'expression de l'ensemble du protéome viral lors de l’infection des cellules hôtes. Afin de caractériser les changements dynamiques de l’expression des protéines virales lors de l’infection, nous avons analysé par LC-MS/MS le protéome du HSV1 dans les macrophages infectés. Ces analyses nous ont permis d’identifier un total de 67 protéines virales structurales et non structurales (82% du protéome HSV1) en utilisant le spectromètre de masse LTQ-Orbitrap. Nous avons également identifié 90 nouveaux sites de phosphorylation et de dix nouveaux sites d’ubiquitylation sur différentes protéines virales. Suite à l’ubiquitylation, les protéines virales peuvent se localiser au noyau ou participer à des événements de fusion avec la membrane nucléaire, suggérant ainsi que cette modification pourrait influer le trafic vésiculaire des protéines virales. Le traitement avec des inhibiteurs de la réplication de l'ADN induit des changements sur l'abondance et la modification des protéines virales, mettant en évidence l'interdépendance des protéines virales au cours du cycle de vie du virus. Compte tenu de l'importance de la dynamique d'expression, de l’ubiquitylation et la phosphorylation sur la fonction des proteines virales, ces résultats ouvriront la voie vers de nouvelles études sur la biologie des virus de l'herpès. Fait intéressant, l'infection HSV1 dans les macrophages déclenche une nouvelle forme d'autophagie qui diffère remarquablement de la macroautophagie. Ce processus, appelé autophagie associée à l’enveloppe nucléaire (nuclear envelope derived autophagy, NEDA), conduit à la formation de vésicules membranaires contenant 4 couches lipidiques provenant de l'enveloppe nucléaire où on retrouve une grande proportion de certaines protéines virales, telle la glycoprotéine B. Les mécanismes régissant NEDA et leur importance lors de l’infection virale sont encore méconnus. En utilisant un essai de présentation antigénique, nous avons pu montrer que la voie NEDA est indépendante d’ATG5 et participe à l’apprêtement et la présentation d’antigènes viraux par le CMH de classe I. Pour comprendre l'implication de NEDA dans la présentation des antigènes, il est essentiel de caractériser le protéome des autophagosomes isolés à partir de macrophages infectés par HSV1. Aussi, nous avons développé une nouvelle approche de fractionnement basé sur l’isolation de lysosomes chargés de billes de latex, nous permettant ainsi d’obtenir des extraits cellulaires enrichis en autophagosomes. Le transfert des antigènes HSV1 dans les autophagosomes a été determine par protéomique quantitative. Les protéines provenant de l’enveloppe nucléaire ont été préférentiellement transférées dans les autophagosome lors de l'infection des macrophages par le HSV1. Les analyses protéomiques d’autophagosomes impliquant NEDA ou la macroautophagie ont permis de decouvrir des mécanismes jouant un rôle clé dans l’immunodominance de la glycoprotéine B lors de l'infection HSV1. Ces analyses ont également révélées que diverses voies autophagiques peuvent être induites pour favoriser la capture sélective de protéines virales, façonnant de façon dynamique la nature de la réponse immunitaire lors d'une infection. En conclusion, l'application des méthodes de protéomique quantitative a joué un rôle clé dans l'identification et la quantification des protéines ayant des rôles importants dans la régulation de l'autophagie chez les macrophages, et nous a permis d'identifier les changements qui se produisent lors de la formation des autophagosomes lors de maladies inflammatoires ou d’infection virale. En outre, notre approche de biologie des systèmes, qui combine la protéomique quantitative basée sur la spectrométrie de masse avec des essais fonctionnels tels la présentation antigénique, nous a permis d’acquérir de nouvelles connaissances sur les mécanismes moléculaires régissant les fonctions de l'autophagie lors de la présentation antigénique. Une meilleure compréhension de ces mécanismes permettra de réduire les effets nuisibles de l'immunodominance suite à l'infection virale ou lors du développement du cancer en mettant en place une réponse immunitaire appropriée.

Associations between dairy consumption and body weight: a review of the evidence and underlying mechanisms

As the incidence of obesity is reaching 'epidemic' proportions, there is currently widespread interest in the impact of dietary components on body-weight and food intake regulation. The majority of data available from both epidemiological and intervention studies provide evidence of a negative but modest association between milk and dairy product consumption and BMI and other measures of adiposity, with indications that higher intakes result in increased weight loss and lean tissue maintenance during energy restriction. The purported physiological and molecular mechanisms underlying the impact of dairy constituents on adiposity are incompletely understood but may include effects on lipolysis, lipogeneis and fatty acid absorption. Furthermore, accumulating evidence indicates an impact of dairy constituents, in particular whey protein derivatives, on appetite regulation and food intake. The present review summarises available data and provides an insight into the likely contribution of dairy foods to strategies aimed at appetite regulation, weight loss or the prevention of weight gain.

SARS coronavirus unique domain: three-domain molecular architecture in solution and RNA binding

Nonstructural protein 3 of the severe acute respiratory syndrome (SARS) coronavirus includes a "SARS-unique domain" (SUD) consisting of three globular domains separated by short linker peptide segments. This work reports NMR structure determinations of the C-terminal domain (SUD-C) and a two-domain construct (SUD-MC) containing the middle domain (SUD-M) and the C-terminal domain, and NMR data on the conformational states of the N-terminal domain (SUD-N) and the SUD-NM two-domain construct. Both SUD-N and SUD-NM are monomeric and globular in solution; in SUD-NM, there is high mobility in the two-residue interdomain linking sequence, with no preferred relative orientation of the two domains. SUD-C adopts a frataxin like fold and has structural similarity to DNA-binding domains of DNA-modifying enzymes. The structures of both SUD-M (previously determined) and SUD-C (from the present study) are maintained in SUD-MC, where the two domains are flexibly linked. Gel-shift experiments showed that both SUD-C and SUD-MC bind to single-stranded RNA and recognize purine bases more strongly than pyrimidine bases, whereby SUD-MC binds to a more restricted set of purine-containing RNA sequences than SUD-M. NMR chemical shift perturbation experiments with observations of (15)N-labeled proteins further resulted in delineation of RNA binding sites (i.e., in SUD-M, a positively charged surface area with a pronounced cavity, and in SUD-C, several residues of an anti-parallel beta-sheet). Overall, the present data provide evidence for molecular mechanisms involving the concerted actions of SUD-M and SUD-C, which result in specific RNA binding that might be unique to the SUD and, thus, to the SARS coronavirus.

Investigating the mechanisms underlying neuronal death in ischemia using in vitro oxygen-glucose deprivation: potential involvement of protein SUMOylation

It is well established that brain ischemia can cause neuronal death via different signaling cascades. The relative importance and interrelationships between these pathways, however, remain poorly understood. Here is presented an overview of studies using oxygen-glucose deprivation of organotypic hippocampal slice cultures to investigate the molecular mechanisms involved in ischemia. The culturing techniques, setup of the oxygen-glucose deprivation model, and analytical tools are reviewed. The authors focus on SUMOylation, a posttranslational protein modification that has recently been implicated in ischemia from whole animal studies as an example of how these powerful tools can be applied and could be of interest to investigate the molecular pathways underlying ischemic cell death.

Detection and molecular characterisation of Pyrenopeziza brassicae isolates resistant to methyl benzimidazole carbamates

BACKGROUND Methyl benzimidazole carbamate (MBC) fungicides are used to control the oilseed rape pathogen Pyrenopeziza brassicae. Resistance to MBCs has been reported in P. brassicae, but the molecular mechanism(s) associated with reductions in sensitivity have not been verified in this species. Elucidation of the genetic changes responsible for resistance, hypothesised to be target-site mutations in β-tubulin, will enable resistance diagnostics and thereby inform resistance management strategies. RESULTS P. brassicae isolates were classified as sensitive, moderately resistant or resistant to MBCs. Crossing P. brassicae isolates of different MBC sensitivities indicated that resistance was conferred by a single gene. The MBC-target encoding gene β-tubulin was cloned and sequenced. Reduced MBC sensitivity of field isolates correlated with β-tubulin amino acid substitutions L240F and E198A. The highest level of MBC resistance was measured for isolates carrying E198A. Negative cross-resistance between MBCs and the fungicides diethofencarb and zoxamide was only measured in E198A isolates. PCR-RFLP was used to screen isolates for the presence of L240F and E198A. The substitutions E198G and F200Y were also detected in DNA samples from P. brassicae populations after cloning and sequencing of PCR products. The frequencies of L240F and E198A in different P. brassicae populations were quantified by pyrosequencing. There were no differences in the frequencies of these alleles between P. brassicae populations sampled from different locations or after fungicide treatment regimes. CONCLUSIONS The molecular mechanisms affecting sensitivity to MBCs in P. brassicae have been identified. Pyrosequencing assays are a powerful tool for quantifying fungicide-resistant alleles in pathogen populations.

The use of biodiversity as source of new chemical entities against defined molecular targets for treatment of malaria, tuberculosis, and T-cell mediated diseases: a review

The modern approach to the development of new chemical entities against complex diseases, especially the neglected endemic diseases such as tuberculosis and malaria, is based on the use of defined molecular targets. Among the advantages, this approach allows (i) the search and identification of lead compounds with defined molecular mechanisms against a defined target (e.g. enzymes from defined pathways), (ii) the analysis of a great number of compounds with a favorable cost/benefit ratio, (iii) the development even in the initial stages of compounds with selective toxicity (the fundamental principle of chemotherapy), (iv) the evaluation of plant extracts as well as of pure substances. The current use of such technology, unfortunately, is concentrated in developed countries, especially in the big pharma. This fact contributes in a significant way to hamper the development of innovative new compounds to treat neglected diseases. The large biodiversity within the territory of Brazil puts the country in a strategic position to develop the rational and sustained exploration of new metabolites of therapeutic value. The extension of the country covers a wide range of climates, soil types, and altitudes, providing a unique set of selective pressures for the adaptation of plant life in these scenarios. Chemical diversity is also driven by these forces, in an attempt to best fit the plant communities to the particular abiotic stresses, fauna, and microbes that co-exist with them. Certain areas of vegetation (Amazonian Forest, Atlantic Forest, Araucaria Forest, Cerrado-Brazilian Savanna, and Caatinga) are rich in species and types of environments to be used to search for natural compounds active against tuberculosis, malaria, and chronic-degenerative diseases. The present review describes some strategies to search for natural compounds, whose choice can be based on ethnobotanical and chemotaxonomical studies, and screen for their ability to bind to immobilized drug targets and to inhibit their activities. Molecular cloning, gene knockout, protein expression and purification, N-terminal sequencing, and mass spectrometry are the methods of choice to provide homogeneous drug targets for immobilization by optimized chemical reactions. Plant extract preparations, fractionation of promising plant extracts, propagation protocols and definition of in planta studies to maximize product yield of plant species producing active compounds have to be performed to provide a continuing supply of bioactive materials. Chemical characterization of natural compounds, determination of mode of action by kinetics and other spectroscopic methods (MS, X-ray, NMR), as well as in vitro and in vivo biological assays, chemical derivatization, and structure-activity relationships have to be carried out to provide a thorough knowledge on which to base the search for natural compounds or their derivatives with biological activity.

Drosophila melanogaster P transposable elements: mechanisms of transposition and regulation

The molecular mechanisms that control P element transposition and determine its tissue specificity remain incompletely understood, although much information has been compiled about this element in the last decade. This review summarizes the currently available information about P element transposition, P-M hybrid dysgenesis and P cytotype features, P element-encoded repressors, and regulation of transposition.

Estrutura molecular e citogenética de cromossomos B em Astyanax paranae (Characiformes, Characidae)

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Genética) - IBB