Network topology and the evolution of dynamics in an artificial genetic regulatory network model created by whole genome duplication and divergence

Topological measures of large-scale complex networks are applied to a specific artificial regulatory network model created through a whole genome duplication and divergence mechanism. This class of networks share topological features with natural transcriptional regulatory networks. Specifically, these networks display scale-free and small-world topology and possess subgraph distributions similar to those of natural networks. Thus, the topologies inherent in natural networks may be in part due to their method of creation rather than being exclusively shaped by subsequent evolution under selection. The evolvability of the dynamics of these networks is also examined by evolving networks in simulation to obtain three simple types of output dynamics. The networks obtained from this process show a wide variety of topologies and numbers of genes indicating that it is relatively easy to evolve these classes of dynamics in this model. (c) 2006 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Development of an in-vitro model system to investigate the mechanism of muscle protein catabolism induced by proteolysis-inducing factor

The mechanism of muscle protein catabolism induced by proteolysis-inducing factor, produced by cachexia-inducing murine and human tumours has been studied in vitro using C2C12 myoblasts and myotubes. In both myoblasts and myotubes protein degradation was enhanced by proteolysis-inducing factor after 24 h incubation. In myoblasts this followed a bell-shaped dose-response curve with maximal effects at a proteolysis-inducing factor concentration between 2 and 4 nM, while in myotubes increased protein degradation was seen at all concentrations of proteolysis-inducing factor up to 10 nM, again with a maximum of 4 nM proteolysis-inducing factor. Protein degradation induced by proteolysis-inducing factor was completely attenuated in the presence of cycloheximide (1 μM), suggesting a requirement for new protein synthesis. In both myoblasts and myotubes protein degradation was accompanied by an increased expression of the α-type subunits of the 20S proteasome as well as functional activity of the proteasome, as determined by the 'chymotrypsin-like' enzyme activity. There was also an increased expression of the 19S regulatory complex as well as the ubiquitin-conjugating enzyme (E214k), and in myotubes a decrease in myosin expression was seen with increasing concentrations of proteolysis-inducing factor. These results show that proteolysis-inducing factor co-ordinately upregulates both ubiquitin conjugation and proteasome activity in both myoblasts and myotubes and may play an important role in the muscle wasting seen in cancer cachexia. © 2002 Cancer Research UK.

Cross-linking of cellular proteins by tissue transglutaminase during necrotic cell death:a mechanism for maintaining tissue integrity

Tissue transglutaminase (tTG) is a Ca2+-dependent enzyme which cross-links proteins via e(g-glutamyl)lysine bridges. There is increasing evidence that tTG is involved in wound repair and tissue stabilization, as well as in physiological mechanisms leading to cell death. To investigate the role of this enzyme in tissue wounding leading to loss of Ca2+ homoeostasis, we initially used a model involving electroporation to reproduce cell wounding under controlled conditions. Two cell models were used whereby tTG expression is regulated either by antisense silencing in ECV 304 cells or by using transfected Swiss 3T3 cells in which tTG expression is under the control of the tet regulatory system. Using these cells, loss of Ca2+ homoeostasis following electroporation led to a tTG-dependent formation of highly cross-linked proteinaceous shells from intracellular proteins. Formation of these structures is dependent on elevated intracellular Ca2+, but it is independent of intracellular proteases and is near maximal after only 20min post-wounding. Using labelled primary amines as an indicator of tTG activity within these 'wounded cells', we demonstrate that tTG modifies a wide range of proteins that are present in both the perinuclear and intranuclear spaces. The demonstration of entrapped DNA within these shell structures, which showed limited fragmentation, provides evidence that the high degree of transglutaminase cross-linking results in the prevention of DNA release, which may serve to dampen any subsequent inflammatory response. Comparable observations were shown when monolayers of cells were mechanically wounded by scratching. In this second model of cell wounding, redistribution of tTG activity to the extracellular matrix was also demonstrated, an effect which may serve to stabilize tissues post-trauma, and thus contribute to the maintenance of tissue integrity.

Experiment: Acidified seawater impacts sea urchin larvae pH regulatory systems relevant for calcification

Calcifying echinoid larvae respond to changes in seawater carbonate chemistry with reduced growth and developmental delay. To date, no information exists on how ocean acidification acts on pH homeostasis in echinoderm larvae. Understanding acid-base regulatory capacities is important because intracellular formation and maintenance of the calcium carbonate skeleton is dependent on pH homeostasis. Using H(+)-selective microelectrodes and the pH-sensitive fluorescent dye BCECF, we conducted in vivo measurements of extracellular and intracellular pH (pH(e) and pH(i)) in echinoderm larvae. We exposed pluteus larvae to a range of seawater CO(2) conditions and demonstrated that the extracellular compartment surrounding the calcifying primary mesenchyme cells (PMCs) conforms to the surrounding seawater with respect to pH during exposure to elevated seawater pCO(2). Using FITC dextran conjugates, we demonstrate that sea urchin larvae have a leaky integument. PMCs and spicules are therefore directly exposed to strong changes in pH(e) whenever seawater pH changes. However, measurements of pH(i) demonstrated that PMCs are able to fully compensate an induced intracellular acidosis. This was highly dependent on Na(+) and HCO(3)(-), suggesting a bicarbonate buffer mechanism involving secondary active Na(+)-dependent membrane transport proteins. We suggest that, under ocean acidification, maintained pH(i) enables calcification to proceed despite decreased pH(e). However, this probably causes enhanced costs. Increased costs for calcification or cellular homeostasis can be one of the main factors leading to modifications in energy partitioning, which then impacts growth and, ultimately, results in increased mortality of echinoid larvae during the pelagic life stage.

The regulatory role of eNOS-derived nitric oxide on transcription in endothelial cells: Impact of S-nitrosylation on β-catenin signaling

Les cellules endothéliales forment une couche semi-perméable entre le sang et les organes. La prolifération, la migration et la polarisation des cellules endothéliales sont essentielles à la formation de nouveaux vaisseaux à partir de vaisseaux préexistants, soit l’angiogenèse. Le facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF) peut activer la synthase endothéliale du monoxyde d’azote (eNOS) et induire la production de monoxyde d’azote (NO) nécessaire pour la régulation de la perméabilité vasculaire et l’angiogenèse. β- caténine est une composante essentielle du complexe des jonctions d’ancrage ainsi qu’un régulateur majeur de la voie de signalisation de Wnt/β-caténine dans laquelle elle se joint au facteur de transcription TCF/LEF et module l’expression de nombreux gènes, dont certains sont impliqués dans l’angiogenèse. La S-nitrosylation (SNO) est un mécanisme de régulation posttraductionnel des protéines par l’ajout d’un groupement nitroso au niveau de résidus cystéines. Le NO produit par eNOS peut induire la S-nitrosylation de la β−caténine au niveau des jonctions intercellulaires et moduler la perméabilité de l’endothélium. Il a d’ailleurs été montré que le NO peut contrôler l’expression génique par la transcription. Le but de cette thèse est d’établir le rôle du NO au sein de la transcription des cellules endothéliales, spécifiquement au niveau de l’activité de β-caténine. Le premier objectif était de déterminer si la SNO de la β-caténine affecte son activité transcriptionnelle. Nous avons montré que le NO inhibe l’activité transcriptionnelle de β- caténine ainsi que la prolifération des cellules endothéliales induites par l’activation de la voie Wnt/β-caténine. Il est intéressant de constater que le VEGF, qui induit la production de NO via eNOS, réprime l’expression de AXIN2 qui est un gène cible de Wnt s’exprimant suite à la i i stimulation par Wnt3a et ce, dépendamment de eNOS. Nous avons identifié que la cystéine 466 de la β-caténine est un résidu essentiel à la modulation répressive de son activité transcriptionnelle par le NO. Lorsqu’il est nitrosylé, ce résidu est responsable de la perturbation du complexe de transcription formé de β-caténine et TCF-4 ce qui inhibe la prolifération des cellules endothéliales induite par la stimulation par Wnt3a. Puisque le NO affecte la transcription, nous avons réalisé l’analyse du transcriptome afin d’obtenir une vue d’ensemble du rôle du NO dans l’activité transcriptionnelle des cellules endothéliales. L’analyse différentielle de l’expression des gènes de cellules endothéliales montre que la répression de eNOS par siRNA augmente l’expression de gènes impliqués au niveau de la polarisation tels que : PARD3A, PARD3B, PKCZ, CRB1 et TJ3. Cette analyse suggère que le NO peut réguler la polarisation des cellules et a permis d’identifier des gènes responsables de l’intégrité des cellules endothéliales et de la réponse immunitaire. De plus, l’analyse de voies de signalisation par KEGG montre que certains gènes modulés par l’ablation de eNOS sont enrichis dans de nombreuses voies de signalisation, notamment Ras et Notch qui sont importantes lors de la migration cellulaire et la différenciation des cellules de têtes et de tronc (tip/stalk). Le regroupement des gènes exprimés chez les cellules traitées au VEGF (déplétées de eNOS ou non) révèle que le NO peut affecter l’expression de gènes contribuant au processus angiogénique, dont l’attraction chimiotactique. Notre étude montre que le NO module la transcription des cellules endothéliales et régule l’expression des gènes impliqués dans l’angiogenèse et la fonction endothéliale.

The regulatory role of eNOS-derived nitric oxide on transcription in endothelial cells: Impact of S-nitrosylation on β-catenin signaling

Les cellules endothéliales forment une couche semi-perméable entre le sang et les organes. La prolifération, la migration et la polarisation des cellules endothéliales sont essentielles à la formation de nouveaux vaisseaux à partir de vaisseaux préexistants, soit l’angiogenèse. Le facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF) peut activer la synthase endothéliale du monoxyde d’azote (eNOS) et induire la production de monoxyde d’azote (NO) nécessaire pour la régulation de la perméabilité vasculaire et l’angiogenèse. β- caténine est une composante essentielle du complexe des jonctions d’ancrage ainsi qu’un régulateur majeur de la voie de signalisation de Wnt/β-caténine dans laquelle elle se joint au facteur de transcription TCF/LEF et module l’expression de nombreux gènes, dont certains sont impliqués dans l’angiogenèse. La S-nitrosylation (SNO) est un mécanisme de régulation posttraductionnel des protéines par l’ajout d’un groupement nitroso au niveau de résidus cystéines. Le NO produit par eNOS peut induire la S-nitrosylation de la β−caténine au niveau des jonctions intercellulaires et moduler la perméabilité de l’endothélium. Il a d’ailleurs été montré que le NO peut contrôler l’expression génique par la transcription. Le but de cette thèse est d’établir le rôle du NO au sein de la transcription des cellules endothéliales, spécifiquement au niveau de l’activité de β-caténine. Le premier objectif était de déterminer si la SNO de la β-caténine affecte son activité transcriptionnelle. Nous avons montré que le NO inhibe l’activité transcriptionnelle de β- caténine ainsi que la prolifération des cellules endothéliales induites par l’activation de la voie Wnt/β-caténine. Il est intéressant de constater que le VEGF, qui induit la production de NO via eNOS, réprime l’expression de AXIN2 qui est un gène cible de Wnt s’exprimant suite à la i i stimulation par Wnt3a et ce, dépendamment de eNOS. Nous avons identifié que la cystéine 466 de la β-caténine est un résidu essentiel à la modulation répressive de son activité transcriptionnelle par le NO. Lorsqu’il est nitrosylé, ce résidu est responsable de la perturbation du complexe de transcription formé de β-caténine et TCF-4 ce qui inhibe la prolifération des cellules endothéliales induite par la stimulation par Wnt3a. Puisque le NO affecte la transcription, nous avons réalisé l’analyse du transcriptome afin d’obtenir une vue d’ensemble du rôle du NO dans l’activité transcriptionnelle des cellules endothéliales. L’analyse différentielle de l’expression des gènes de cellules endothéliales montre que la répression de eNOS par siRNA augmente l’expression de gènes impliqués au niveau de la polarisation tels que : PARD3A, PARD3B, PKCZ, CRB1 et TJ3. Cette analyse suggère que le NO peut réguler la polarisation des cellules et a permis d’identifier des gènes responsables de l’intégrité des cellules endothéliales et de la réponse immunitaire. De plus, l’analyse de voies de signalisation par KEGG montre que certains gènes modulés par l’ablation de eNOS sont enrichis dans de nombreuses voies de signalisation, notamment Ras et Notch qui sont importantes lors de la migration cellulaire et la différenciation des cellules de têtes et de tronc (tip/stalk). Le regroupement des gènes exprimés chez les cellules traitées au VEGF (déplétées de eNOS ou non) révèle que le NO peut affecter l’expression de gènes contribuant au processus angiogénique, dont l’attraction chimiotactique. Notre étude montre que le NO module la transcription des cellules endothéliales et régule l’expression des gènes impliqués dans l’angiogenèse et la fonction endothéliale.

Functional characterisation of putative Cis-Regulatory Risk Loci for breast cancer

Dissertação de Mestrado, Qualidade em Análises - Erasmus Mundus, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Undermined climate policies : a study on the impact of regulatory and financial discrimination across heterogeneous firms in China

Firms in China within the same industry but with different ownership and size have very different production functions and can face very different emission regulations and financial conditions. This fact has largely been ignored in most of the existing literature on climate change. Using a newly augmented Chinese input–output table in which information about firm size and ownership are explicitly reported, this paper employs a dynamic computable general equilibrium (CGE) model to analyze the impact of alternative climate policy designs with respect to regulation and financial conditions on heterogeneous firms. The simulation results indicate that with a business-as-usual regulatory structure, the effectiveness and economic efficiency of climate policies is significantly undermined. Expanding regulation to cover additional firms has a first-order effect of improving efficiency. However, over-investment in energy technologies in certain firms may decrease the overall efficiency of investments and dampen long-term economic growth by competing with other fixed-capital investments for financial resources. Therefore, a market-oriented arrangement for sharing emission reduction burden and a mechanism for allocating green investment is crucial for China to achieve a more ambitious emission target in the long run.