Molecular dissection of the Munc18c/syntaxin4 interaction: Implications for regulation of membrane trafficking

Sec1p/Munc18 (SM) proteins are believed to play an integral role in vesicle transport through their interaction with SNAREs. Different SM proteins have been shown to interact with SNAREs via different mechanisms, leading to the conclusion that their function has diverged. To further explore this notion, in this study, we have examined the molecular interactions between Munc18c and its cognate SNAREs as these molecules are ubiquitously expressed in mammals and likely regulate a universal plasma membrane trafficking step. Thus, Munc18c binds to monomeric syntaxin4 and the N-terminal 29 amino acids of syntaxin4 are necessary for this interaction. We identified key residues in Munc18c and syntaxin4 that determine the N-terminal interaction and that are consistent with the N-terminal binding mode of yeast proteins Sly1p and Sed5p. In addition, Munc18c binds to the syntaxin4/SNAP23/VAMP2 SNARE complex. Pre-assembly of the syntaxin4/Munc18c dimer accelerates the formation of SNARE complex compared to assembly with syntaxin4 alone. These data suggest that Munc18c interacts with its cognate SNAREs in a manner that resembles the yeast proteins Sly1p and Sed5p rather than the mammalian neuronal proteins Munc18a and syntaxin1a. The Munc18c-SNARE interactions described here imply that Munc18c could play a positive regulatory role in SNARE assembly.

α-Tocopherol supplementation does not affect monocyte endothelial adhesion or C-reactive protein levels but reduces soluble vascular adhesion molecule-1 in the plasma of healthy subjects

Vascular monocyte retention in the subintima is pivotal to the development of cardiovascular disease and is facilitated by up-regulation of adhesion molecules on monocytes/endothelial cells during oxidative stress. Epidemiological studies have shown that cardiovascular disease risk is inversely proportional to plasma levels of the dietary micronutrients, vitamin C and vitamin E (α-tocopherol). We have tested the hypothesis that α-tocopherol supplementation may alter endothelial/monocyte function and interaction in subjects with normal ascorbate levels (> 50 μM), as ascorbate has been shown to regenerate tocopherol from its oxidised tocopheroxyl radical form in vitro. Healthy male subjects received α-tocopherol supplements (400 IU RRR-α-tocopherol /day for 6 weeks) in a placebo-controlled, double-blind intervention study. There were no significant differences in monocyte CD11b expression, monocyte adhesion to endothelial cells, plasma C-reactive protein or sICAM- 1 concentrations post-supplementation. There was no evidence for nuclear translocation of NF-κB in isolated resting monocytes, nor any effect of α-tocopherol supplementation. However, post-supplementation, sVCAM-1 levels were decreased in all subjects and sE-selectin levels were increased in the vitamin C-replete group only; a weak positive correlation was observed between sE-selectin and α-tocopherol concentration. In conclusion, α-tocopherol supplementation had little effect on cardiovascular disease risk factors in healthy subjects and the effects of tocopherol were not consistently affected by plasma vitamin C concentration. © W. S. Maney & Son Ltd.

Computer simulation of radio-frequency methane/hydrogen plasmas and their interaction with GaAs Surfaces

The following thesis describes the computer modelling of radio frequency capacitively coupled methane/hydrogen plasmas and the consequences for the reactive ion etching of (100) GaAs surfaces. In addition a range of etching experiments was undertaken over a matrix of pressure, power and methane concentration. The resulting surfaces were investigated using X-ray photoelectron spectroscopy and the results were discussed in terms of physical and chemical models of particle/surface interactions in addition to the predictions for energies, angles and relative fluxes to the substrate of the various plasma species. The model consisted of a Monte Carlo code which followed electrons and ions through the plasma and sheath potentials whilst taking account of collisions with background neutral gas molecules. The ionisation profile output from the electron module was used as input for the ionic module. Momentum scattering interactions of ions with gas molecules were investigated via different models and compared against results given by quantum mechanical code. The interactions were treated as central potential scattering events and the resulting neutral cascades were followed. The resulting predictions for ion energies at the cathode compared well to experimental ion energy distributions and this verified the particular form of the electrical potentials used and their applicability in the particular geometry plasma cell used in the etching experiments. The final code was used to investigate the effect of external plasma parameters on the mass distribution, energy and angles of all species impingent on the electrodes. Comparisons of electron energies in the plasma also agreed favourably with measurements made using a Langmuir electric probe. The surface analysis showed the surfaces all to be depleted in arsenic due to its preferential removal and the resultant Ga:As ratio in the surface was found to be directly linked to the etch rate. The etch rate was determined by the methane flux which was predicted by the code.

Disruption of the interaction between PMCA2 and calcineurin triggers apoptosis and enhances paclitaxel-induced cytotoxicity in breast cancer cells

Cancer is caused by defects in the signalling mechanisms that govern cell proliferation and apoptosis. It is well known that calcium-dependent signalling pathways play a critical role in cell regulation. A tight control of calcium homeostasis by transporters and channel proteins is required to assure a proper functioning of the calcium-sensitive signal transduction pathways that regulate cell growth and apoptosis. The Plasma Membrane Calcium ATPase 2 (PMCA2) has been recently identified as a negative regulator of apoptosis that can play a significant role in cancer progression by conferring cells resistance to apoptosis. We have previously reported an inhibitory interaction between PMCA2 and the calcium-activated signalling molecule calcineurin in breast cancer cells. Here we demonstrate that disruption of the PMCA2/calcineurin interaction in a variety of human breast cancer cells results in activation of the calcineurin/NFAT pathway, up-regulation in the expression of the pro-apoptotic protein Fas Ligand, and in a concomitant loss of cell viability. Reduction in cell viability is the consequence of an increase in cell apoptosis. Impairment of the PMCA2/calcineurin interaction enhances paclitaxel-mediated cytotoxicity of breast tumoral cells. Our results suggest that therapeutic modulation of the PMCA2/calcineurin interaction might have important clinical applications to improve current treatments for breast cancer patients.

Plasma assisted femtosecond laser inscription in dielectrics

Principles of the femtosecond fabrication of the optoelectronic components in glass are explained and illustrated by examples of the in-bulk writing. The results of the experimental investigation of the dependence of the induced index change on the pulse energy and the numerical modelling of the corresponding laser-glass interaction are presented. The distribution of the plasma density is simulated that may bridge the gap between the models of the pulse propagation and the induced permanent refractive index change. © 2006 American Institute of Physics.

A novel role of plasma membrane calcium atpase 4 as a negative-regulator of VEGF-induced angiogenesis

Current anti-angiogenic treatments involve the attenuation of signalling via the pro-angiogenic vascular endothelial growth factor/receptor (VEGF/VEGFR) axis. Stimulation of angiogenesis by VEGF requires the activation of the calcineurin/nuclear factor of activated T-cells (NFAT) signal transduction pathway which is inhibited by Plasma Membrane Calcium ATPase 4 (PMCA4), an endogenous calcium extrusion pump. However, PMCA4s role in calcineurin/NFAT-dependent angiogenesis is unknown. Using “gain of function” studies, we show here that adenoviral overexpression of PMCA4 in human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) inhibited NFAT activity, decreased the expression of NFAT-dependent pro-angiogenic proteins (regulator of calcineurin 1.4 (RCAN1.4) and cyclooxygenase-2) and diminished in vitro cell migration and tube formation in response to VEGF-stimulation. Furthermore, in vivo blood vessel formation was attenuated in a matrigel plug assay by ectopic expression of PMCA4. Conversely, “loss of function” experiments by si-RNA-mediated knockdown of PMCA4 in HUVEC or isolation of mouse lung endothelial cells from PMCA4−/− mice showed increased VEGF-induced NFAT activity, RCAN1.4 expression, in vitro endothelial cell migration, tube formation and in vivo blood vessel formation. Additionally, in an in vivo pathological angiogenesis model of limb ischemia, the reperfusion of the ischemic limb of PMCA4−/− mice was augmented compared to wild-type. Disruption of the interaction between endogenous PMCA4 and calcineurin by adenoviral overexpression of the region of PMCA4 that interacts with calcineurin (residues 428–651) increased NFAT activity, RCAN1.4 protein expression and in vitro tube formation. These results identify PMCA4 as an inhibitor of VEGF-induced angiogenesis, highlighting its potential as a new therapeutic target for anti-angiogenic treatments.

Driving Flows in Laboratory Astrophysical Plasma Jets: The Mochi.LabJet Experiment

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-08

Characterizing bupropion metabolism, pharmacokinetics and drug-drug interaction liability

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Caractérisation des structures de septines hautement organisées chez la drosophile et leur interaction avec le cytosquelette d’actine

Les septines sont des GTPases conservées dérégulées dans le cancer et les maladies neurodégénératives. Elles servent de protéines d’échafaudage et forment une barrière de diffusion à la membrane plasmique et au corps central lors de la cytokinèse. Elles interagissent avec l’actine et s’organisent en complexes qui polymérisent et forment des structures hautement organisées (anneaux et filaments). Leur dynamique d’assemblage et leur rôle dans la cellule restent à être élucidés. La Drosophile est un modèle simple pour l’étude des septines puisqu’on n’y retrouve que 5 gènes (sep1, sep2, sep4, sep5, peanut) comparativement aux 13 gènes chez l’humain. À l’aide d’un anticorps contre Pnut, nous avons identifié des structures tubulaires dans 30% des cellules S2 de Drosophile. Mon projet a comme but de caractériser ces tubes en élucidant leurs constituants, leur comportement et leurs propriétés pour mieux clarifier le mécanisme par lequel les septines forment des structures hautement organisées et interagissent avec le cytosquelette d’actine. Par immunofluorescence, j’ai pu démontrer que ces tubes sont cytoplasmiques, en mitose ou interphase, ce qui suggère qu’ils ne sont pas régulés par le cycle cellulaire. Pour investiguer la composition et les propriétés dynamiques de ces tubes, j’ai généré une lignée cellulaire exprimant Sep2-GFP qui se localise aux tubes et des ARNi contre les cinq septines. Trois septines sont importantes pour la formation de ces tubes et anneaux notamment Sep1, Sep2 et Pnut. La déplétion de Sep1 cause la dispersion du signal GFP en flocons, tandis que la déplétion de Sep2 ou de Pnut mène à la dispersion du signal GFP uniformément dans la cellule. Des expériences de FRAP sur la lignée Sep2-GFP révèlent un signal de retour très lent, ce qui indique que ces structures sont très stables. J’ai aussi démontré une relation entre l’actine et les septines. Le traitement avec la Latrunculin A (un inhibiteur de la polymérisation de l’actine) ou la Jasplakinolide (un stabilisateur des filaments d’actine) mène à la dépolymérisation rapide (< 30 min) des tubes en anneaux flottants dans le cytoplasme, même si ces tubes ne sont pas reconnus suite à un marquage de la F-actine. L’Actin05C-mCherry se localise aux tubes, tandis que le mutant déficient de la polymérisation, Actin05C-R62D-mCherry perd cette localisation. On observe aussi que la déplétion de la Cofiline et de l’AIP1 (ce qui déstabilise l’actine) mène au même phénotype que le traitement avec la Latrunculine A ou la Jasplakinolide. Alors on peut conclure qu’un cytosquelette d’actine dynamique est nécessaire pour la formation et le maintien des tubes de septines. Les futures études auront comme but de mieux comprendre l’organisation des septines en structures hautement organisées et leur relation avec l’actine. Ceci sera utile pour l’élaboration du réseau d’interactions des septines qui pourra servir à expliquer leur dérégulation dans le cancer et les maladies neurodégénératives.

Caractérisation des structures de septines hautement organisées chez la drosophile et leur interaction avec le cytosquelette d’actine

Les septines sont des GTPases conservées dérégulées dans le cancer et les maladies neurodégénératives. Elles servent de protéines d’échafaudage et forment une barrière de diffusion à la membrane plasmique et au corps central lors de la cytokinèse. Elles interagissent avec l’actine et s’organisent en complexes qui polymérisent et forment des structures hautement organisées (anneaux et filaments). Leur dynamique d’assemblage et leur rôle dans la cellule restent à être élucidés. La Drosophile est un modèle simple pour l’étude des septines puisqu’on n’y retrouve que 5 gènes (sep1, sep2, sep4, sep5, peanut) comparativement aux 13 gènes chez l’humain. À l’aide d’un anticorps contre Pnut, nous avons identifié des structures tubulaires dans 30% des cellules S2 de Drosophile. Mon projet a comme but de caractériser ces tubes en élucidant leurs constituants, leur comportement et leurs propriétés pour mieux clarifier le mécanisme par lequel les septines forment des structures hautement organisées et interagissent avec le cytosquelette d’actine. Par immunofluorescence, j’ai pu démontrer que ces tubes sont cytoplasmiques, en mitose ou interphase, ce qui suggère qu’ils ne sont pas régulés par le cycle cellulaire. Pour investiguer la composition et les propriétés dynamiques de ces tubes, j’ai généré une lignée cellulaire exprimant Sep2-GFP qui se localise aux tubes et des ARNi contre les cinq septines. Trois septines sont importantes pour la formation de ces tubes et anneaux notamment Sep1, Sep2 et Pnut. La déplétion de Sep1 cause la dispersion du signal GFP en flocons, tandis que la déplétion de Sep2 ou de Pnut mène à la dispersion du signal GFP uniformément dans la cellule. Des expériences de FRAP sur la lignée Sep2-GFP révèlent un signal de retour très lent, ce qui indique que ces structures sont très stables. J’ai aussi démontré une relation entre l’actine et les septines. Le traitement avec la Latrunculin A (un inhibiteur de la polymérisation de l’actine) ou la Jasplakinolide (un stabilisateur des filaments d’actine) mène à la dépolymérisation rapide (< 30 min) des tubes en anneaux flottants dans le cytoplasme, même si ces tubes ne sont pas reconnus suite à un marquage de la F-actine. L’Actin05C-mCherry se localise aux tubes, tandis que le mutant déficient de la polymérisation, Actin05C-R62D-mCherry perd cette localisation. On observe aussi que la déplétion de la Cofiline et de l’AIP1 (ce qui déstabilise l’actine) mène au même phénotype que le traitement avec la Latrunculine A ou la Jasplakinolide. Alors on peut conclure qu’un cytosquelette d’actine dynamique est nécessaire pour la formation et le maintien des tubes de septines. Les futures études auront comme but de mieux comprendre l’organisation des septines en structures hautement organisées et leur relation avec l’actine. Ceci sera utile pour l’élaboration du réseau d’interactions des septines qui pourra servir à expliquer leur dérégulation dans le cancer et les maladies neurodégénératives.