Activation of ion secretion via proteinase-activated receptor-2 in human colon

Proteinase-activated receptor (PAR) type 2 (PAR-2) has been shown to mediate ion secretion in cultured epithelial cells and rat jejunum. With the use of a microUssing chamber, we demonstrate the role of PAR-2 for ion transport in native human colonic mucosa obtained from 30 normal individuals and 11 cystic fibrosis (CF) patients. Trypsin induced Cl- secretion when added to the basolateral but not luminal side of normal epithelia. Activation of Cl- secretion by trypsin was inhibited by indomethacin and was further increased by cAMP in normal tissues but was not present in CF colon, indicating the requirement of luminal CF transmembrane conductance regulator. Effects of trypsin were largely reduced by low Cl-,by basolateral bumetanide, and in the presence of barium or clotrimazole, but not by tetrodotoxin. Furthermore, trypsin-induced secretion was inhibited by the Ca2+-ATPase inhibitor cyclopiazonic acid and in low-Ca2+ buffer. The effects of trypsin were almost abolished by trypsin inhibitor. Thrombin, an activator of PAR types 1, 3, and 4, had no effects on equivalent short-circuit currents. The presence of PAR-2 in human colon epithelium was confirmed by RT-PCR and additional experiments with PAR-2-activating peptide. PAR-2-mediated intestinal electrolyte secretion by release of mast cell tryptase and potentiation of PAR-2 expression by tumor necrosis factor-alpha may contribute to the hypersecretion observed in inflammatory processes such as chronic inflammatory bowel disease.

Inhibition of rat platelet aggregation by the diazeniumdiolate nitric oxide donor MAHMA NONOate

1 Inhibition of rat platelet aggregation by the nitric oxide (NO) donor MAHMA NONOate (Z-1-{N-methyl-N-[6-(N-methylammoniohexyl)amino]}diazen-l-ium-1,2-diolate) was investigated. The aims were to compare its anti-aggregatory effect with vasorelaxation, to determine the effects of the soluble guanylate cyclase inhibitor, ODQ (1H-[1,2,4]oxadiazolo[4,3-ajquinoxalin-1-one), and to investigate the possible role of activation of sarco-encloplasmic reticulum calcium-ATPase (SERCA), independent of soluble guanylate cyclase, using thapsigargin. 2 MAHMA NONOate concentration-dependently inhibited sub-maximal aggregation responses to collagen (2 - 10 mug ml(-1)) and adenosine diphosphate (ADP; 2 mum) in platelet rich plasma. It was (i) more effective at inhibiting aggregation induced by collagen than by ADP, and (ii) less potent at inhibiting platelet aggregation than relaxing rat pulmonary artery. 3 ODQ (10 mum) caused only a small shift (approximately half a log unit) in the concentration-response curve to MAHMA NONOate irrespective of the aggregating agent. 4 The NO-independent activator of soluble guanylate cyclase, YC-1 (3-(5'-hydroxymethyl-2'-furyl)-1-benzy] indazole; 1 - 100 mum), did not inhibit aggregation. The cGMP analogue, 8-pCPT-cGMP (8-(4-chlorophenylthio)guanosine 3'5' cyclic monophosphate; 0.1 - 1 mm), caused minimal inhibition. 5 On collagen-aggregated platelets responses to MAHMA NONOate (ODQ 10 PM present) were abolished by thapsigargin (200 nm). On ADP-aggregated platelets thapsigargin caused partial inhibition. 6 Results with S-nitrosoglutathione (GSNO) resembled those with MAHMA NONOate. Glyceryl trinitrate and sodium nitroprusside were poor inhibitors of aggregation. 7 Thus inhibition of rat platelet aggregation by MAHMA NONOate (like GSNO) is largely ODQ-resistant and, by implication, independent of soluble guanylate cyclase. A likely mechanism of inhibition is activation of SERCA.

ATP-dependent K+ channels in renal ischemia reperfusion injury

ATP-dependent K+ channels (K-ATP) account for most of the recycling of K+ which enters the proximal tubules cell via Na, K-ATPase. In the mitochondrial membrane, opening of these channels preserves mitochondrial viability and matrix volume during ischemia. We examined KATP channel modulation in renal ischemia-reperfusion injury (IRI), using an isolated perfused rat kidney (IPRK) model, in control, IRI, IRI + 200 muM diazoxide (a K-ATP opener), IRI + 10 muM glibenclamide (a K-ATP blocker) and IRI + 200 muM diazoxide + 10 muM glibenclamide groups. IRI was induced by 2 periods of warm ischemia, followed by 45 min of reperfusion. IRI significantly decreased glomerular filtration rate (GFR) and increased fractional excretion of sodium (FENa) (p < 0.01). Neither diazoxide nor glibenclamide had an effect on control kidney function other than an increase in renal vascular resistance produced by glibenclamide. Pretreatment with 200 muM diazoxide reduced the postischemic increase in FENa (p < 0.05). Adding 10 muM glibenclamide inhibited the diazoxide effect on postischemic FENa (p < 0.01). Histology showed that kidneys pretreated with glibenclamide demonstrated an increase in injure in the thick ascending limb of outer medulla (p < 0.05). Glibenclamide significantly decreased post ischemic renal vascular resistance (p < 0.05). but had no significant effect on other renal function parameters. Our results suggest that sodium reabsorption is improved by K-ATP activation and blockade of K-ATP channels during IRI has an injury enhancing effect on renal epithelial function and histology. This may be mediated through K-ATP modulation in cell and or mitochondrial inner membrane.

Vps20p and Vta1p interact with Vps4p and function in multivesicular body sorting and endosomal transport in Saccharomyces cerevisiae

Vps4p (End13p) is an AAA-family ATPase that functions in membrane transport through endosomes, sorting of soluble vacuolar proteins to the vacuole, and multivesicular body (MVB) sorting of membrane proteins to the vacuole lumen. In a yeast two-hybrid screen with Vps4p as bait we isolated VPS20 (YMR077c) and the novel open reading frame YLA181c, for which the name VTA1 has recently been assigned (Saccharomyces Genome Database). Vps4p directly binds Vps20p and Vta1p in vitro and binding is not dependent on ATP-conversely, Vps4p binding to Vps20p is partially sensitive to ATP hydrolysis. Both ATP binding [Vps4p-(K179A)] and ATP hydrolysis [Vps4p-(E233Q)] mutant proteins exhibit enhanced binding to Vps20p and Vta1p in vitro. The Vps4p-Vps20p interaction involves the coiled-coil domain of each protein, whereas the Vps4p-Vta1p interaction involves the (non-coiled-coil) C-terminus of each protein. Deletion of either VPS20 (vps20Delta) or VTA1 (vta1Delta) leads to similar class E Vps(-) phenotypes resembling those of vps4Delta, including carboxypeptidase Y (CPY) secretion, a block in ubiquitin-dependent MVB sorting, and a delay in both post-internalisation endocytic transport and biosynthetic transport to the vacuole. The vacuole resident membrane protein Sna3p (whose MVB sorting is ubiquitin-independent) does not appear to exit the class E compartment or reach the vacuole in cells lacking Vps20p, Vta1p or Vps4p, in contrast to other proteins whose delivery to the vacuole is only delayed. We propose that Vps20p and Vta1p regulate Vps4p function in vivo.

Eucalyptol, an essential oil, reduces contractile activity in rat cardiac muscle

Eucalyptol is an essential oil that relaxes bronchial and vascular smooth muscle although its direct actions on isolated myocardium have not been reported. We investigated a putative negative inotropic effect of the oil on left ventricular papillary muscles from male Wistar rats weighing 250 to 300 g, as well as its effects on isometric force, rate of force development, time parameters, post-rest potentiation, positive inotropic interventions produced by Ca2+ and isoproterenol, and on tetanic tension. The effects of 0.3 mM eucalyptol on myosin ATPase activity were also investigated. Eucalyptol (0.003 to 0.3 mM) reduced isometric tension, the rate of force development and time parameters. The oil reduced the force developed by steady-state contractions (50% at 0.3 mM) but did not alter sarcoplasmic reticulum function or post-rest contractions and produced a progressive increase in relative potentiation. Increased extracellular Ca2+ concentration (0.62 to 5 mM) and isoproterenol (20 nM) administration counteracted the negative inotropic effects of the oil. The activity of the contractile machinery evaluated by tetanic force development was reduced by 30 to 50% but myosin ATPase activity was not affected by eucalyptol (0.3 mM), supporting the idea of a reduction of sarcolemmal Ca2+ influx. The present results suggest that eucalyptol depresses force development, probably acting as a calcium channel blocker.

Effects of ouabain on vascular reactivity

Ouabain is an endogenous substance occurring in the plasma in the nanomolar range, that has been proposed to increase vascular resistance and induce hypertension. This substance acts on the a-subunit of Na+,K+-ATPase inhibiting the Na+-pump activity. In the vascular smooth muscle this effect leads to intracellular Na+ accumulation that reduces the activity of the Na+/Ca2+ exchanger and to an increased vascular tone. It was also suggested that circulating ouabain, even in the nanomolar range, sensitizes the vascular smooth muscle to vasopressor substances. We tested the latter hypothesis by studying the effects of ouabain in the micromolar and nanomolar range on phenylephrine (PE)-evoked pressor responses. The experiments were performed in normotensive and hypertensive rats in vivo, under anesthesia, and in perfused rat tail vascular beds. The results showed that ouabain pretreatment increased the vasopressor responses to PE in vitro and in vivo. This sensitization after ouabain treatment was also observed in hypertensive animals which presented an enhanced vasopressor response to PE in comparison to normotensive animals. It is suggested that ouabain at nanomolar concentrations can sensitize vascular smooth muscle to vasopressor stimuli possibly contributing to increased tone in hypertension.

Ácidos húmicos extraídos do lodo de esgoto sanitário e seus efeitos em plantas

O lodo de esgoto possui alto teor de matéria orgânica porém, também estão presentes diferentes poluentes e patógenos. Desta forma, neste trabalho foi extraído ácido húmico (AH) o qual é um composto resultante do fracionamento de substâncias húmicas que compreendem um grupo de compostos de carbono gerados na decomposição de resíduos orgânicos que sofrem ressíntese formando o húmus. O ácido húmico promove diversos benefícios nos vegetais, como crescimento, elongação celular, tolerância a estresses e aumento da permeabilidade da membrana plasmática. Com base nestas características, o presente trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos citogenéticos (ensaio Allium cepa), fisiológicos, anatômicos e bioquímicos do ácido húmico do lodo de esgoto sanitário. Foi realizada caracterização elementar do material para a definição das doses. Após 20 dias de tratamento, foram realizadas coletas do material e, posteriormente, analisadas. A caracterização química do AH indicou-o como bom condicionador para culturas apresentando elevadas taxas de C, H e N. Não foi observado efeito de toxicidade, citotoxicidade, genotoxicidade e mutagenicidade do AH. Foi verificado aumento expressivo de todos os pigmentos fotossintéticos vegetais nas concentrações mais altas (2 mM C L-1 e 4 mM C L-1). Houve aumento da expressão da ATPAse em todos os tratamentos e das enzimas do estresse oxidativo (CAT, SOD, APX, GST) em diferentes concentrações. A integração destas análises permitiu concluir que o ácido húmico do lodo de esgoto pode ser utilizado como adubo orgânico, pois foi observado benefícios no vegetal tais como maior crescimento vegetal e aumento da atividade nas enzimas do estresse oxidativo.

Novel Secretion Apparatus Maintains Spore Integrity and Developmental Gene Expression in Bacillus subtilis

Plos Genetics, 5(7): ARTe1000566

Avaliação do papel da glutationa e do vacúolo como mecanismos de defesa contra a toxicidade induzida pelo chumbo na levedura Saccharomyces cerevisiae

A presença de metais pesados no meio ambiente deve-se, principalmente, a actividades antropogénicas. Ao contrário do Cu e do Zn, que em baixas concentrações são essenciais para o normal funcionamento celular, não se conhece para o chumbo nenhuma função biológica. O chumbo apresenta efeitos tóxicos, e considerado possível agente carcinogéneo, sendo classificado como poluente prioritário pela Agencia de Protecção Ambiental dos EUA (US-EPA). O presente trabalho teve como objetivo avaliar o papel da glutationa e do vacúolo, como mecanismos de defesa, contra os efeitos tóxicos induzidos pelo chumbo, usando como modelo a levedura Saccharomyces cerevisiae. A levedura S. cerevisiae quando exposta a varias concentrações de chumbo, durante 3h, perde a viabilidade e acumula espécies reativas de oxigénio (ROS). O estudo comparativo da perda de viabilidade e acumulação de ROS em células de uma estirpe selvagem (WT) e de estirpes mutantes, incapazes de produzir glutationa devido a uma deficiência no gene GSH1 (gsh1) ou GSH2 (gsh2) mostrou que as estirpes gsh1 ou(gsh2 não apresentavam um aumento da sensibilidade ao efeito toxico do chumbo. No entanto, o tratamento de células da estirpe WT com iodoacetamida (um agente alquilante que induz a depleção de glutationa) aumentou a sensibilidade das células a presença de chumbo. Pelo contrário, o enriquecimento em GSH, através da incubação de células WT com glucose e uma mistura de aminoácidos que constituem a GSH (acido L-glutâmico, L-cisteína e glicina), reduziu o stress oxidativo e a perda de viabilidade induzida por chumbo. A importância do vacúolo, como mecanismo de defesa, foi avaliada através da utilização de um mutante sem qualquer estrutura vacuolar (vps16) ou de mutantes deficientes na subunidade catalítica A (vma1) ou B (vma2) ou no proteolítico - subunidade C (vma3) da V-ATPase. As células da estirpe ƒ´vps16 apresentaram uma elevada suscetibilidade a presença de chumbo. As células das estirpes deficientes na subunidade A, B ou c da V-ATPase, apresentaram uma maior perda de viabilidade, quando expostas a chumbo, do que as células da estirpe WT, mas menor do que a da estirpe vps16 Em conclusão, os resultados obtidos, no seu conjunto, sugerem que a glutationa esta envolvida na defesa contra a toxicidade provocada por chumbo; todavia, a glutationa, por si só, parece não ser suficiente para suster o stress oxidativo e a perda de viabilidade induzida por chumbo. O vacúolo parece constituir um importante mecanismo de defesa contra a toxicidade provocada por chumbo. A V-ATPase parece estar envolvida na compartimentação de chumbo no vacúolo.

Alterações de pH após adição de pulsos de glucose a Saccharomyces cerevisiae: estimativa de parâmetros a partir da modelação matemática do comportamento cinéticometabólico

Dissertação para a obtenção do grau de mestre em Bioquímica Estrutural e Funcional

Estudo da Toxicidade do Chumbo na Levedura Saccharomyces cerevisiae

O chumbo é um importante poluente ambiental. A levedura Saccharomyces cerevisiae constitui um modelo útil para o estudo dos efeitos tóxicos do chumbo. O conhecimento dos mecanismos de defesa e resistência à presença de metais pesados poderá ser útil em tecnologias de proteção ambiental, nomeadamente no desenvolvimento de novas metodologias para a biorremediação de metais pesados. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o impacto do Pb na capacidade proliferativa, na integridade membranar e na produção intracelular de espécies reativas de oxigénio (ROS), na estirpe laboratorial da levedura Saccharomyces cerevisiae BY4741 (estirpe selvagem, WT). Foi também estudado o papel das mitocôndrias, como fonte de ROS induzida por Pb, e o envolvimento da H+-ATPase vacuolar (V-ATPase) e de transportadores vacuolares pertencentes à superfamília ABC (de ATP-binding cassette) na defesa contra a toxicidade do Pb. O estudo cinético do impacto de duas concentrações de Pb na viabilidade das leveduras (avaliado através de um ensaio clonogénico), na integridade da membrana celular (determinada com iodeto de propídio) e na produção intracelular de ROS (o anião superóxido foi detetado com dihidroetídio e o peróxido de hidrogénio com 2’,7’- diclorodihidrofluoresceína), revelou uma perda progressiva da capacidade proliferativa (53 e 17% de células viáveis, após a exposição durante 3h a 250 ou 1000 µmol/l de chumbo, respetivamente), coincidente com a acumulação intracelular de anião superóxido e de peróxido de hidrogénio, na ausência de perda da integridade membranar. A importância das mitocôndrias na produção de ROS, induzida por chumbo, foi levada a cabo usando um mutante deficiente respiratório desprovido de ADN mitocondrial (ƿ0). Quando comparado com a respetiva estirpe parental, o mutante ƿ0 apresentou uma maior resistência ao Pb e uma menor produção de ROS induzida por Pb. A exposição das células da estirpe BY4741 a 250 e 1000 µmol/l de chumbo originou a formação de 49 e 58% de células deficientes respiratórias, respetivamente. A função da V-ATPase, na desintoxicação de chumbo, foi avaliada utilizando mutantes com uma estrutura vacuolar normal mas defetivos em subunidades da VATPase (vma1Δ, vma2Δ, vma3Δ e vph1Δ). Comparativamente às células da estirpe WT, todos os mutantes testados, sem V-ATPase funcional, apresentaram uma maior suscetibilidade ao Pb. O papel dos transportadores vacuolares pertencentes à superfamília ABC, na defesa contra a toxicidade induzida por chumbo, foi levada a cabo utilizando mutantes sem os transportadores Ycf1p ou Vmr1p. Os resultados preliminares mostraram que quando comparadas com as células da estirpe WT, as células das estirpes ycf1Δ ou vmr1Δ não apresentavam uma maior perda da viabilidade. A modificação da morfologia vacuolar, em células expostas a chumbo, foi visualizada utilizando a estirpe Vma2p-GFP. O tratamento das células com Pb originou a fusão dos vacúolos de tamanho médio num único vacúolo de grande dimensão. Em conclusão, os estudos desenvolvidos no presente trabalho, utilizando a estirpe laboratorial BY4741, mostraram que a perda da capacidade proliferativa das leveduras, induzida pelo chumbo, pode ser atribuída à acumulação intracelular do anião superóxido e de peróxido de hidrogénio. As mitocôndrias parecem ser uma das principais fontes de ROS induzido por Pb e, simultaneamente, um dos principais alvos da sua toxicidade. Em S. cerevisiae, o vacúolo desempenha um papel importante na desintoxicação do Pb. A modificação da morfologia vacuolar após exposição ao chumbo poderá ser a consequência da acumulação de Pb no vacúolo. Enquanto os transportadores da superfamília ABC parecem não estar envolvidos na sequestração vacuolar de Pb, é necessária a presença, num estado funcional, da V-ATPase para que ocorra a compartimentação do Pb. Muito provavelmente, a compartimentação do Pb no vacúolo previne a sua acumulação no citosol e o desencadear dos respetivos efeitos tóxicos.

O operão da proteína laranja: novas proteínas envolvidas na divisão celular em bactérias redutoras de sulfato

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia

Acidose Tubular Renal Distal e Surdez Neurossensorial com Mutação no Gene ATP6V1B1

A acidose tubular renal distal é uma doença rara, caracterizada pela incapacidade na acidificação da urina, condicionando acidose metabólica hiperclorémica, hipocaliémia, hipercalciúria e nefrocalcinose, o que poderá causar atraso de crescimento, alteração do metabolismo ósseo e insuficiência renal crónica. A acidose tubular renal distal associada a surdez neurossensorial é uma doença de herança autossómica recessiva, causada por mutações do gene que codifica a subunidade B1 da H+ -ATPase (ATP6V1B1). Os autores relatam os casos de duas irmãs que apresentaram má progressão ponderal, alterações iónicas, do equilíbrio ácido base e surdez neurossensorial. Foi detectada em ambas as crianças a mutação homozigótica no gene ATP6V1B1. Com estes dois casos pretende -se destacar a importância de um diagnóstico precoce nesta patologia rara.

Determinants for the subcellular localization of the inner and outer spore coat hubs in Bacillus subtilis

Endospores, or spores for simplicity, are a highly resistant cell type produced by some bacterial species under adverse conditions. Two main protective layers contribute to the resilience of spores: the cortex, composed of peptidoglycan, and the outermost proteinaceous coat. In Bacillus subtilis, the coat comprises up to 80 different proteins, organized into four sublayers: the basement layer, the inner coat, the outer coat and the crust. These proteins are synthesized at different times during sporulation and deposited at the spore surface in multiple coordinated waves. Central to coat formation is a group of morphogenetic proteins that guide the assembly of the coat components. Targeting of the coat proteins to the surface of the developing spore is mainly controlled by the SpoIVA morphogenetic ATPase. In a second stage, the coat proteins fully encircle the spore, a process termed encasement that requires the morphogenetic protein SpoVID. Assembly of the inner coat requires SafA, whereas formation of the outer coat and the crust requires CotE. SafA interacts directly with the N terminus of SpoVID. (...)

Fluorescence-based approaches towards the assessment of structural and functional alterations in lysosomes and vacuoles induced by lactoferrin and acetic acid

Dissertação de mestrado em Biofísica e Bionanossistemas