A "Trojan horse" strategy to reverse drug-resistance in brain tumors

Los gliomas malignos representan una de las formas más agresivas de los tumores del sistema nervioso central (SNC). De acuerdo con la clasificación de los tumores cerebrales de la Organización Mundial de la Salud (OMS), los astrocitomas han sido categorizados en cuatro grados, determinados por la patología subyacente. Es así como los gliomas malignos (o de alto grado) incluyen el glioma anaplásico (grado III) así como el glioblastoma multiforme (GBM, grado IV),estos últimos los más agresivos con el peor pronóstico (1). El manejo terapéutico de los tumores del SNC se basa en la cirugía, la radioterapia y la quimioterapia, dependiendo de las características del tumor, el estadio clínico y la edad (2),(3), sin embargo ninguno de los tratamientos estándar es completamente seguro y compatible con una calidad de vida aceptable (3), (4). En general, la quimioterapia es la primera opción en los tumores diseminados, como el glioblastoma invasivo y el meduloblastoma de alto riesgo o con metástasis múltiple, pero el pronóstico en estos pacientes es muy pobre (2),(3). Solamente nuevas terapias dirigidas (2) como las terapias anti-angiogénicas (4); o terapias génicas muestran un beneficio real en grupos limitados de pacientes con defectos moleculares específicos conocidos (4). De este modo, se hace necesario el desarrollo de nuevas terapias farmacológicas para atacar los tumores cerebrales. Frente a las terapias los gliomas malignos son con frecuencia quimioresistentes, y esta resistencia parece depender de al menos dos mecanismos: en primer lugar, la pobre penetración de muchas drogas anticáncer a través de la barrera hematoencefálica (BBB: Blood Brain Barrier), la barrera del fluido sangre-cerebroespinal (BCSFB: Blood-cerebrospinal fluid barrier) y la barrera sangre-tumor (BTB: blood-tumor barrier). Dicha resistencia se debe a la interacción de la droga con varios transportadores o bombas de eflujo de droga ABC (ABC: ATP-binding cassette) que se sobre expresan en las células endoteliales o epiteliales de estas barreras. En segundo lugar, estos transportadores de eflujo de drogas ABC propios de las células tumorales confieren un fenotipo conocido como resistencia a multidrogas (MDR: multidrug resistance), el cual es característico de varios tumores sólidos. Este fenotipo también está presente en los tumores del SNC y su papel en gliomas es objeto de investigación (5). Por consiguiente el suministro de medicamentos a través de la BBB es uno de los problemas vitales en los tratamientos de terapia dirigida. Estudios recientes han demostrado que algunas moléculas pequeñas utilizadas en estas terapias son sustratos de la glicoproteína P (Pgp: P-gycoprotein), así como también de otras bombas de eflujo como las proteínas relacionadas con la resistencia a multidrogas (MRPs: multidrug resistance-related proteins (MRPs) o la proteína relacionada con cáncer de seno (BCRP: breast-cancer resistance related protein)) que no permiten que las drogas de este tipo alcancen el tumor (1). Un sustrato de Pgp y BCRP es la DOXOrubicina (DOXO), un fármaco utilizado en la terapia anti cáncer, el cual es muy eficaz para atacar las células del tumor cerebral in vitro, pero con un uso clínico limitado por la poca entrega a través de la barrera hematoencefálica (BBB) y por la resistencia propia de los tumores. Por otra parte las células de BBB y las células del tumor cerebral tienen también proteínas superficiales, como el receptor de la lipoproteína de baja densidad (LDLR), que podría utilizarse como blanco terapéutico en BBB y tumores cerebrales. Es asi como la importancia de este estudio se basa en la generación de estrategias terapéuticas que promuevan el paso de las drogas a través de la barrera hematoencefalica y tumoral, y a su vez, se reconozcan mecanismos celulares que induzcan el incremento en la expresión de los transportadores ABC, de manera que puedan ser utilizados como blancos terapéuticos.Este estudio demostró que el uso de una nueva estrategia basada en el “Caballo de Troya”, donde se combina la droga DOXOrubicina, la cual es introducida dentro de un liposoma, salvaguarda la droga de manera que se evita su reconocimiento por parte de los transportadores ABC tanto de la BBB como de las células del tumor. La construcción del liposoma permitió utilizar el receptor LDLR de las células asegurando la entrada a través de la BBB y hacia las células tumorales a través de un proceso de endocitosis. Este mecanismo fue asociado al uso de estatinas o drogas anticolesterol las cuales favorecieron la expresión de LDLR y disminuyeron la actividad de los transportadores ABC por nitración de los mismos, incrementando la eficiencia de nuestro Caballo de Troya. Por consiguiente demostramos que el uso de una nueva estrategia o formulación denominada ApolipoDOXO más el uso de estatinas favorece la administración de fármacos a través de la BBB, venciendo la resistencia del tumor y reduciendo los efectos colaterales dosis dependiente de la DOXOrubicina. Además esta estrategia del "Caballo de Troya", es un nuevo enfoque terapéutico que puede ser considerado como una nueva estrategia para aumentar la eficacia de diferentes fármacos en varios tumores cerebrales y garantiza una alta eficiencia incluso en un medio hipóxico,característico de las células cancerosas, donde la expresión del transportador Pgp se vió aumentada. Teniendo en cuenta la relación entre algunas vías de señalización reconocidas como moduladores de la actividad de Pgp, este estudio presenta no solo la estrategia del Caballo de Troya, sino también otra propuesta terapéutica relacionada con el uso de Temozolomide más DOXOrubicina. Esta estrategia demostró que el temozolomide logra penetrar la BBB por que interviene en la via de señalización de la Wnt/GSK3/β-catenina, la cual modula la expresión del transportador Pgp. Se demostró que el TMZ disminuye la proteína y el mRNA de Wnt3 permitiendo plantear la hipótesis de que la droga al disminuir la transcripción del gen Wnt3 en células de BBB, incrementa la activación de la vía fosforilando la β-catenina y conduciendo a disminuir la β-catenina nuclear y por tanto su unión al promotor del gen mdr1. Con base en los resultados este estudio permitió el reconocimiento de tres mecanismos básicos relacionados con la expresión de los transportadores ABC y asociados a las estrategias empleadas: el primero fue el uso de las estatinas, el cual condujo a la nitración de los transportadores disminuyendo su actividad por la via del factor de transcripción NFκB; el segundo a partir del uso del temozolomide, el cual metila el gen de Wnt3 reduciendo la actividad de la via de señalización de la la β-catenina, disminuyendo la expresión del transportador Pgp. El tercero consistió en la determinación de la relación entre el eje RhoA/RhoA quinasa como un modulador de la via (no canónica) GSK3/β-catenina. Se demostró que la proteína quinasa RhoA promovió la activación de la proteína PTB1, la cual al fosforilar a GSK3 indujo la fosforilación de la β-catenina, lo cual dio lugar a su destrucción por el proteosoma, evitando su unión al promotor del gen mdr1 y por tanto reduciendo su expresión. En conclusión las estrategias propuestas en este trabajo incrementaron la citotoxicidad de las células tumorales al aumentar la permeabilidad no solo de la barrera hematoencefálica, sino también de la propia barrera tumoral. Igualmente, la estrategia del “Caballo de Troya” podría ser útil para la terapia de otras enfermedades asociadas al sistema nervioso central. Por otra parte estos estudios indican que el reconocimiento de mecanismos asociados a la expresión de los transportadores ABC podría constituir una herramienta clave en el desarrollo de nuevas terapias anticáncer.

Investigar enseñando lenguas extranjeras : análisis, reflexiones y ejemplos prácticos.

Resumen tomado de la publicación

Les pintures rupestres prehistòriques del Zemmur (Sahara Occidental)

El treball de tesi ha tingut per objectiu estudiar les pintures rupestres del Zemmur, al Sahara Occidental. El Zemmur és una regió muntanyosa molt rica en abrics, que s'obren a les cingleres dels seus turons de gres baixos, aplanats i allargassats. Aquestes pintures foren descobertes al 1995, quan el personal del ministeri de Cultura de la República Àrab Sahrauí i Democràtica les va mostrar a un equip d'arqueòlegs i antropòlegs de la Universitat de Girona. Les campanyes d'estudi continuades que s'han realitzat en aquests jaciments de pintura rupestre prehistòrica des d'aleshores han proporcionat les dades per aquesta investigació. En total es tracta d'un conjunt de 2734 figures repartides en 130 abrics de 5 jaciments diferents: Uad Ymal, Uadi Kenta, Rekeiz Ajahfun, Rekeiz Lemgasem i Asako. Les hipòtesis a contrastar eren dues. La primera que al Zemmur hi havia diversos estils de pintura rupestre. La segona que la majoria d'aquests estils dataven de la prehistòria. Ambdues han pogut ser verificades i s'han aportat arguments que demostren que eren certes. El treball de tesi ha consistit en fotografiar les pintures, digitalitzar-les, reproduir-les i estudiar-les. Concretament l'estudi ha consistit en descriure-les, classificar-les estilísticament i datar-les. La classificació s'ha realitzat a partir d'una sèrie de criteris morfològics i tècnics. Posteriorment les imatges han estat atribuïdes a diversos estils, que també havien estat definits amb criteris morfotècnics a partir de l'observació de les imatges. La seva existència, i per tant la verificació de la primera hipòtesi, es dedueix de la presència de recurrències morfotècniques en les representacions. Més tard aquests estils han estat ordenats de manera relativa tot estudiant les seves superposicions. La seqüència dels cinc estils identificats, de més antic a més recent és: Balladors, Modelats, Tracejats, Figures Fosques i Linial. Posteriorment s'ha intentat datar cadascun dels estils a partir de les representacions ja que les anàlisis efectuades indicaren que no era possible datar les imatges per tècniques radiomètriques a causa de la manca de matèria orgànica en les pintures. En qualsevol cas, gràcies a les representacions d'armes, d'animals i els textos escrits hem pogut verificar que la majoria d'elles són prehistòriques, tal com apuntàvem en la nostra segona hipòtesi. Finalment s'ha arribat a la conclusió que l'estil dels Balladors data, de manera molt aproximada, d'ara fa entre 3800 i 3200 anys tal com indiquen les representacions d'alabardes. L'estil Linial, el més recent, data d'entre ara fa 2400 i 2000 anys perquè és acompanyat de textos líbico-berbers però no de representacions de camells. Els estils Modelat, Tracejat i Figures Fosques es daten entremig. A part de les conclusions obtingudes, un dels resultats més importants d'aquest treball ha estat la realització del corpus de pintura prehistòrica del Zemmur que consta, com ja hem dit, de milers d'imatges. Per tant aquesta recerca, a més de tractar sobre un material inèdit i d'un gran interès històric, hauria d'ésser útil per a la gestió de tot aquest patrimoni.

No impact of malaria infection or immunisation on the expression of the immune GTPase GIMAP1 at the protein or mRNA levels (Article no. 53)

GIMAP (GTPase of the immunity-associated protein family) proteins are a family of putative GTPases believed to be regulators of cell death in lymphomyeloid cells. GIMAP1 was the first reported member of this gene family, identified as a gene up-regulated at the RNA level in the spleens of mice infected with the malarial parasite, Plasmodium chabaudi. Methods A monoclonal antibody against mouse GIMAP1 was developed and was used to analyse the expression of the endogenous protein in tissues of normal mice and in defined sub-populations of cells prepared from lymphoid tissues using flow cytometry. It was also used to assess the expression of GIMAP1 protein after infection and/or immunization of mice with P. chabaudi. Real-time PCR analysis was employed to measure the expression of GIMAP1 for comparison with the protein level analysis. Results GIMAP1 protein expression was detected in all lineages of lymphocytes (T, B, NK), in F4/80+ splenic macrophages and in some lymphoid cell lines. Additional evidence is presented suggesting that the strong expression by mature B cells of GIMAP1 and other GIMAP genes and proteins seen in mice may be a species-dependent characteristic. Unexpectedly, no increase was found in the expression of GIMAP1 in P. chabaudi infected mice at either the mRNA or protein level, and this remained so despite applying a number of variations to the protocol. Conclusion The model of up-regulation of GIMAP1 in response to infection/immunization with P. chabaudi is not a robustly reproducible experimental system. The GIMAP1 protein is widely expressed in lymphoid cells, with an interesting increase in expression in the later stages of B cell development. Alternative approaches will be required to define the functional role of this GTPase in immune cells.

Structure of the ROC domain from the Parkinson's disease-associated leucine-rich repeat kinase 2 reveals a dimeric GTPase

Mutations in leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) are the most common cause of Parkinson's disease (PD). LRRK2 contains a Ras of complex proteins (ROC) domain that may act as a GTPase to regulate its protein kinase activity. The structure of ROC and the mechanism(s) by which it regulates kinase activity are not known. Here, we report the crystal structure of the LRRK2 ROC domain in complex with GDP-Mg2+ at 2.0-Å resolution. The structure displays a dimeric fold generated by extensive domain-swapping, resulting in a pair of active sites constructed with essential functional groups contributed from both monomers. Two PD-associated pathogenic residues, R1441 and I1371, are located at the interface of two monomers and provide exquisite interactions to stabilize the ROC dimer. The structure demonstrates that loss of stabilizing forces in the ROC dimer is likely related to decreased GTPase activity resulting from mutations at these sites. Our data suggest that the ROC domain may regulate LRRK2 kinase activity as a dimer, possibly via the C-terminal of ROC (COR) domain as a molecular hinge. The structure of the LRRK2 ROC domain also represents a signature from a previously undescribed class of GTPases from complex proteins and results may provide a unique molecular target for therapeutics in PD.

The R1441C mutation alters the folding properties of the ROC domain of LRRK2

LRRK2 is a 250 kDa multidomain protein, mutations in which cause familial Parkinson's disease. Previously, we have demonstrated that the R1441C mutation in the ROC domain decreases GTPase activity. Here we show that the R1441C alters the folding properties of the ROC domain, lowering its thermodynamic stability. Similar to small GTPases, binding of different guanosine nucleotides alters the stability of the ROC domain, suggesting that there is an alteration in conformation dependent on GDP or GTP occupying the active site. GTP/GDP bound state also alters the self-interaction of the ROC domain, accentuating the impact of the R1441C mutation on this property. These data suggest a mechanism whereby the R1441C mutation can reduce the GTPase activity of LRRK2, and highlights the possibility of targeting the stability of the ROC domain as a therapeutic avenue in LRRK2 disease.

Culture, cognition and e-commerce behavior

Existing research has given little attention to the relationship between culture characteristics and consumer’s internal beliefs particularly in the pre-purchase stage, and how this relationship affects consumer’s purchase decision. This paper considers the theory of cognitive dissonance and its extended model (the 3D-RAB), as a means to study the current distribution of consumer’s pre-purchase cognitive dissonance, which allows us to investigate the effects of culture characteristics on this distribution. Results revealed that individualism versus collectivism and high power distance dimensions, from Hofstede’s cultural model, influence consumer’s pre-purchase cognitive dissonance. These dimensions must be considered in the design of e-commerce website, by tailoring motivational/influences methods and techniques to reflect targeted consumers culture.

Rap1-Rac1 circuits potentiate platelet activation.

OBJECTIVE: The goal of this study was to investigate the potential crosstalk between Rap1 and Rac1, 2 small GTPases central to platelet activation, particularly downstream of the collagen receptor GPVI. METHODS AND RESULTS: We compared the activation response of platelets with impaired Rap signaling (double knock-out; deficient in both the guanine nucleotide exchange factor, CalDAG-GEFI, and the Gi-coupled receptor for ADP, P2Y12), to that of wild-type platelets treated with a small-molecule Rac inhibitor, EHT 1864 (wild-type /EHT). We found that Rac1 is sequentially activated downstream of Rap1 on stimulation via GPVI. In return, Rac1 provides important feedback for both CalDAG-GEFI- and P2Y12-dependent activation of Rap1. When analyzing platelet responses controlled by Rac1, we observed (1) impaired lamellipodia formation, clot retraction, and granule release in both double knock-out and EHT 1864-treated wild-type platelets; and (2) reduced calcium store release in EHT 1864-treated wild-type but not double knock-out platelets. Consistent with the latter finding, we identified 2 pools of Rac1, one activated immediately downstream of GPVI and 1 activated downstream of Rap1. CONCLUSIONS: We demonstrate important crosstalk between Rap1 and Rac1 downstream of GPVI. Whereas Rap1 signaling directly controls sustained Rac1 activation, Rac1 affects CalDAG-GEFI- and P2Y12-dependent Rap1 activation via its role in calcium mobilization and granule/ADP release, respectively.

Structure and stress of Re(11%21); chiral terraces at a racemic surface

The surface structure and morphology of the clean Re(11%21) surface has been investigated through combined low energy electron diffraction intensity analysis of data taken at multiple angles of incidence, scanning tunneling microscopy, and first-principles density functional calculations. The results show how this globally racemic surface terminates in two chirally distinct terraces, which show largescale out-of-plane atomic relaxations and in-plane lateral movement of the uppermost atoms. We further identify and discuss the initial stages of step bunching upon adsorption of oxygen that leads ultimately to the large-scale faceting of the surface. Finally, we present calculations of surface stress and the response to applied surface strain, which suggest routes to the exertion of control over the expression of chirality at the surface.

Categorizing users in behavior change support systems based on cognitive dissonance

Most developers of behavior change support systems (BCSS) employ ad hoc procedures in their designs. This paper presents a novel discussion concerning how analyzing the relationship between attitude toward target behavior, current behavior, and attitude toward change or maintaining behavior can facilitate the design of BCSS. We describe the three-dimensional relationships between attitude and behavior (3D-RAB) model and demonstrate how it can be used to categorize users, based on variations in levels of cognitive dissonance. The proposed model seeks to provide a method for analyzing the user context on the persuasive systems design model, and it is evaluated using existing BCSS. We identified that although designers seem to address the various cognitive states, this is not done purposefully, or in a methodical fashion, which implies that many existing applications are targeting users not considered at the design phase. As a result of this work, it is suggested that designers apply the 3D-RAB model in order to design solutions for targeted users.

Tests of sunspot number sequences: 3. Effects of regression procedures on the calibration of historic sunspot data

We use sunspot group observations from the Royal Greenwich Observatory (RGO) to investigate the effects of intercalibrating data from observers with different visual acuities. The tests are made by counting the number of groups RB above a variable cut-off threshold of observed total whole-spot area (uncorrected for foreshortening) to simulate what a lower acuity observer would have seen. The synthesised annual means of RB are then re-scaled to the full observed RGO group number RA using a variety of regression techniques. It is found that a very high correlation between RA and RB (rAB > 0.98) does not prevent large errors in the intercalibration (for example sunspot maximum values can be over 30 % too large even for such levels of rAB). In generating the backbone sunspot number (RBB), Svalgaard and Schatten (2015, this issue) force regression fits to pass through the scatter plot origin which generates unreliable fits (the residuals do not form a normal distribution) and causes sunspot cycle amplitudes to be exaggerated in the intercalibrated data. It is demonstrated that the use of Quantile-Quantile (“Q  Q”) plots to test for a normal distribution is a useful indicator of erroneous and misleading regression fits. Ordinary least squares linear fits, not forced to pass through the origin, are sometimes reliable (although the optimum method used is shown to be different when matching peak and average sunspot group numbers). However, other fits are only reliable if non-linear regression is used. From these results it is entirely possible that the inflation of solar cycle amplitudes in the backbone group sunspot number as one goes back in time, relative to related solar-terrestrial parameters, is entirely caused by the use of inappropriate and non-robust regression techniques to calibrate the sunspot data.

Small guanine nucleotide-binding proteins and myocardial hypertrophy.

The small (21 kDa) guanine nucleotide-binding protein (small G protein) superfamily comprises 5 subfamilies (Ras, Rho, ADP ribosylation factors [ARFs], Rab, and Ran) that act as molecular switches to regulate numerous cellular responses. Cardiac myocyte hypertrophy is associated with cell growth and changes in the cytoskeleton and myofibrillar apparatus. In other cells, the Ras subfamily regulates cell growth whereas the Rho subfamily (RhoA, Rac1, and Cdc42) regulates cell morphology. Thus, the involvement of small G proteins in hypertrophy has become an area of significant interest. Hearts from transgenic mice expressing activated Ras develop features consistent with hypertrophy, whereas mice overexpressing RhoA develop lethal heart failure. In isolated neonatal rat cardiac myocytes, transfection or infection with activated Ras, RhoA, or Rac1 induces many of the features of hypertrophy. We discuss the mechanisms of activation of the small G proteins and the downstream signaling pathways involved. The latter may include protein kinases, particularly the mitogen-activated or Rho-activated protein kinases. We conclude that although there is significant evidence implicating Ras, RhoA, and Rac1 in hypertrophy, the mechanisms are not fully understood.

Rho Signaling Pathway and Apical Constriction in the Early Lens Placode

Epithelial invagination in many model systems is driven by apical cell constriction, mediated by actin and myosin II contraction regulated by GTPase activity. Here we investigate apical constriction during chick lens placode invagination. Inhibition of actin polymerization and myosin II activity by cytochalasin D or blebbistatin prevents lens invagination. To further verify if lens placode invaginate through apical constriction, we analyzed the role of Rho-ROCK pathway. Rho GTPases expression at the apical portion of the lens placode occurs with the same dynamics as that of the cytoskeleton. Overexpression of the pan-Rho inhibitor C3 exotoxin abolished invagination and had a strong effect on apical myosin II enrichment and a mild effect on apical actin localization. In contrast, pharmacological inhibition of ROCK activity interfered significantly with apical enrichment of both actin and myosin. These results suggest that apical constriction in lens invagination involves ROCK but apical concentration of actin and myosin are regulated through different pathways upstream of ROCK. genesis 49: 368-379, 2011. (C) 2011 Wiley-Liss, Inc.

Jararhagin, a snake venom metalloprotease-disintegrin, activates the Rac1 GTPase and stimulates neurite outgrowth in neuroblastoma cells

It has been shown previously that the snake venom metalloprotease-disintegrin jararhagin stimulates cell migration and cytoskeletal rearrangement, independently of its effects on cellular adhesion but possibly associated with the activation of small GTP-binding proteins from the Rho family [Costa, E.P., Santos, M.F., 2004. Toxicon 44(8), 861-870.] Here we show that jararhagin stimulates spreading, actin dynamics and neurite outgrowth in neuroblastoma cells, and that this effect is accompanied by the translocation of the Rac1 small GTPase to the membrane fraction, suggesting its activation. Stimulation of neurite outgrowth was observed within minutes and was dependent on the proteolytic activity of the toxin. These results suggest that jararhagin may stimulate neuronal differentiation, being potential tool for neuronal regeneration studies. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.