Étude du mécanisme de transport des cations par la Na, K-ATPase et de son implication dans la migraine familiale hémiplégique de type 2

Résumé La Na,K-ATPase est une protéine transmembranaire, présente dans toutes les cellules de mammifères et indispensable à la viabilité cellulaire. Elle permet le maintien des gradients sodiques et potassiques à l'origine du potentiel membranaire en transportant 3 Na+ en dehors de la cellule contre 2 K+, grâce à l'énergie fournie par l'hydrolyse d'une molécule d'ATP. Le potentiel membranaire est indispensable au maintien de l'excitabilité cellulaire et à la transmission de l'influx nerveux. Il semblerait que la Na,K-ATPase soit liée à l'hypertension et à certains troubles neurologiques comme la Migraine Familiale Hémiplégique (1VIFH). La MFH est une forme de migraine avec aura, qui se caractérise par une hémiparésie. Cette forme de migraine est très rare. Elle se transmet génétiquement sur un mode autosomique dominant. Plusieurs mutations localisées dans le gène de la Na,K-ATPase ont été identifiées durant ces 3 dernières années. C'est la première fois qu'une maladie génétique est associée au gène de la Na,K-ATPase. La compréhension du fonctionnement de cette protéine peut donner des informations sur les mécanismes conduisant à ces pathologies. On sait que la fonction d'une protéine est liée à sa structure. L'étude de sa fonction nécessite donc l'étude de sa structure. Alors que la structure de la SERCA a été déterminée à haute résolution, par cristallographie, celle de la Na,K-ATPase ne l'est toujours pas. Mais ces 2 ATPases présentent une telle homologie qu'un modèle de la Na,K-ATPase a pu être élaboré à partir de la structure de la SERCA. Les objectifs de cette étude sont d'une part, de comprendre le contrôle de l'accessibilité du K+ extracellulaire àses sites de liaison. Pour cela, nous avons ciblé cette étude sur la 2ìème et la 31eme boucle extracellulaire, qui relient respectivement les segments transmembranaires (STM) 3-4 et 5-6. Le choix s'est porté sur ces 2 boucles car elles bordent le canal des cations formés des 4ième' Sième et 6'ème hélices. D'autre part, nous avons également essayer de comprendre les effets des mutations, liées à la Migraine Familiale Hémiplégique de type 2 (MFH2), sur la fonctionnalité de la Na,K-ATPase. Alors que les STM et les domaines cytoplasmiques sont relativement proches entre la Na,KATPase et la SERCA, les boucles extracellulaires présentent des différences. Le modèle n'est donc pas une approche fiable pour déterminer la structure et la fonction des régions extracellulaires. Nous avons alors utilisé une approche fonctionnelle faisant appel à la mutation dirigée puis à l'étude de l'activité fonctionnelle de la Na,K ATPase par électrophysiologie sur des ovocytes de Xenopus. En conclusion, nous pouvons dire que la troisième boucle extracellulaire participerait à la structure de la voie d'entrée des cations et que la deuxième boucle extracellulaire semble impliquée dans le contrôle de l'accessibilité des ions K+àses sites de liaison. Concernant les mutations associées à la MFH2, nos résultats ont montré une forte diminution de l'activité fonctionnelle de la pompe Na,K, inférieure aux conditions physiologiques de fonctionnement, et pour une des mutations nous avons observés une diminution de l'affmité apparente au K+ externe. Nous poumons faire l'hypothèse que l'origine pathologique de la migraine est liée à une diminution de l'activité de la pompe à Na+. Summary The Na,K-ATPase is a transmembrane protein, present in all mammalian cells and is necessary for the viability of the cells. It maintains the gradients of Na+ and K+ involved in the membrane potential, by transporting 3Na+ out the cell, and 2K+ into the cell, using the energy providing from one ATP molecule hydrolysis. The membrane potential is necessary for the cell excitability and for the transmission of the nervous signal. Some evidence show that Na,K-ATPase is involved in hypertension and neurological disorders like the Familial Hemiplegic Migraine (FHM). La FHM is a rare form of migraine characterised by aura and hemiparesis and an autosomal dominant transmission. Several mutations linked to the Na,KATPase gene have been identified during these 3 last years. It's the first genetic disorder associated with the Na,K-ATPase gene. Understand the function of this protein is important to elucidate the mechanisms implicated in these pathologies. The function of a protein is linked with its structure. Thus, to know the function of a protein, we need to know its structure. While the Ca-ATPase (SERCA) has been crystallised with a high resolution, the structure of the Na,K-ATPase is not known. Because of the great homology between these 2 ATPases, a model of the Na,K-ATPase was realised by comparing with the structure of the SERCA. The aim of this study is on one side, understand the control of the extracellular K+ accessibility to their binding sites. Because of theirs closed proximity with the cation pathway, located between the 4th, 5th and 6th helices, we have targeted this study on the 2nd and the 3rd extracellular loops linking respectively the transmembrane segment (TMS) 3 and 4, and the TMS 5 and 6. And on the other side, we have tried to understand the functional effects of mutations linked with the Familial Hemiplegic Migraine Type 2 (FHM2). In contrast with the transmembrane segments and the cytoplasmic domains, the extracellular loops show lots of difference between Na,K-ATPase and SERCA, the model is not a good approach to know the structure and the function of the extracellular loops. Thus, we have used a functional approach consisting in directed mutagenesis and the study of the functional activity of the Na,K-ATPase by electrophysiological techniques with Xenopus oocytes. In conclusion, we have demonstrated that the third extracellular loop could participate in the structure of the entry of the cations pathway and that the second extracellular loop could control the K+ accessibility to their binding sites. Concerning the mutations associated with the FHM2, our results showed a strong decrease in the functional activity of the Na,K-pump under physiological conditions and for one of mutations, induce a decrease in the apparent external K+ affinity. We could make the hypothesis that the pathogenesis of migraine is related to the decrease in Na,K-pump activity. Résumé au large publique De la même manière que l'assemblage des mots forme des phrases et que l'assemblage des phrases forme des histoires, l'assemblage des cellules forme des organes et l'ensemble des organes constitue les êtres vivants. La fonction d'une cellule dans le corps humain peut se rapprocher de celle d'une usine hydroélectrique. La matière première apportée est l'eau, l'usine électrique va ensuite convertir l'eau en énergie hydraulique pour fournir de l'électricité. Le fonctionnement de base d'une cellule suit le même processus. La cellule a besoin de matières premières (oxygène, nutriments, eau...) pour produire une énergie sous forme chimique, l'ATP. Cette énergie est utilisée par exemple pour contracter les muscles et permet donc à l'individu de se déplacer. Morphologiquement la cellule est une sorte de petit sac rempli de liquide (milieu intracellulaire) baignant elle-même dans le liquide (milieu extracellulaire) composant le corps humain (un adulte est constitué environ de 65 % d'eau). La composition du milieu intracellulaire est différente de celle du milieu extracellulaire. Cette différence doit être maintenue pour que l'organisme fonctionne correctement. Une des différences majeures est la quantité de sodium. En effet il y a beaucoup plus de sodium à l'extérieur qu'à l'intérieur de la cellule. Bien que l'intérieur de la cellule soit isolé de l'extérieur par une membrane, le sodium arrive à passer à travers cette membrane, ce qui a tendance à augmenter la quantité de sodium dans la cellule et donc à diminuer sa différence de concentration entre le milieu extracellulaire et le milieu intracellulaire. Mais dans les membranes, il existe des pompes qui tournent et dont le rôle est de rejeter le sodium de la cellule. Ces pompes sont des protéines connues sous le nom de pompe à sodium ou Na,K-ATPase. On lui attribue le nom de Na,K-ATPase car en réalité elle rejette du sodium (Na) et en échange elle fait entrer dans la cellule du potassium (K), et pour fonctionner elle a besoin d'énergie (ATP). Lorsque les pompes à sodium ne fonctionnent pas bien, cela peut conduire à des maladies. En effet la Migraine Familiale Hémiplégique de type 2, est une migraine très rare qui se caractérise par l'apparition de la paralysie de la moitié d'un corps avant l'apparition du mal de tête. C'est une maladie génétique (altération qui modifie la fonction d'une protéine) qui touche la pompe à sodium située dans le cerveau. On a découvert que certaines altérations (mutations) empêchent les pompes à sodium de fonctionner correctement. On pense alors que le développement des migraines est en partie dû au fait que ces pompes fonctionnent moins bien. Il est important de bien connaître la fonction de ces pompes car cela permet de comprendre des mécanismes pouvant conduire à certaines maladies, comme les migraines. En biologie, la fonction d'une protéine est étudiée à travers sa structure. C'est pourquoi l'objectif de cette thèse a été d'étudier la structure de la Na,K-ATPase afin de mieux comprendre son mécanisme d'action.

Regulation of P-selectin glycoprotein ligand 1 (PSGL-1) interactions with selectins : role of the decameric repeats and of the cytoplasmic domain

SUMMARY BACKGROUND: P-selectin glycoprotein ligand 1 (PSGL-1) is a major selectin ligand, mediating leukocyte rolling along inflamed vascular wall. It is a mucin-like homodimer composed of a N-terminal domain which binds selectins, followed by 14-16 decameric repeats (DR), a transmembrane domain and a cytoplasmic tail, which may be involved in regulating leukocyte rolling and in generating intracellular signals, through its binding to moesin and Syk. P- and L-selectin binding is dependent on core-2 O-glycosylation and tyrosine sulfation of PSGL-1 N-terminus. However, a minor part of E-selectin-mediated rolling is dependent on N-terminal O-glycans; additional binding sites may thus be involved. In this project, we studied whether (1) PSGL-1 DR and (2) PSGL-1 cytoplasmic residues which bind moesin, were also involved in the regulation of selectin-dependent rolling. METHODS: Several mutated cDNAs were obtained: (1) PSGL-1 DR were either deleted, or substituted by platelet GPlba macroglycopeptide, (2) Ser-336, -348, Lys-337 and Arg-338 were mutated to alanine; moreover, truncation mutants retaining only 6 or 2 cytoplasmic residues were also generated. Transfected CHO expressing mutant PSGL-1 were tested for their ability to bind soluble selectin chimeras and to support selectin-dependent rolling under flow conditions. RESULTS: (1) Deletion of the DR had a dramatic effect on P- and L-selectin-dependent cell recruitment and rolling stability, which could only partially be compensated for, by GPlba substitution. In addition, we observed that DR create a binding site for E-selectin and thus support PSGL-1-dependent rolling. (2) Flow assays revealed that the moesin-binding site, in particular Ser-336, plays a crucial role in regulating the recruitment, velocity and rolling stability of PSGL-1-expressing cells on P- and L-selectin. CONCLUSIONS: Data presented here highlight the structure -function relationship of PSGL-1 DR. Moreover, they reveal a crucial role for the moesin-binding residues in regulating P-and L-selectin-dependent rolling. RÉSUMÉ CONTEXTE: PSGL-1 (P-selectin glycoprotein ligand 1) est un ligand majeur des sélectines permettant le roulement des leucocytes le long de la paroi vasculaire enflammée. C'est un homodimère de type mucine, composé d'un domaine N-terminal liant les sélectines, suivi de 14-16 répétitions décamèriques (RD), d'un domaine transmembranaire et d'une queue cytoplasmique qui pourrait être impliquée dans la régulation du roulement leucocytaire et la génération de signaux intracellulaires, via sa liaison à la moésine et à Syk. La liaison à la Pet à la L-sélectine dépend de la présentation par le N-terminus de PSGL-1 de O-glycans sur des structures core-2 et de tyrosines sulfatées. Cependant, une fraction mineure du roulement médié par la E-sélectine dépend des O-glycans N-terminaux; des sites de liaisons supplémentaires pourraient donc être impliqués. Dans ce projet, nous avons étudié si (1) les RD de PSGL-1 ainsi que (2) les résidus cytoplasmiques liant la moésine, étaient impliqués dans la régulation du roulement dépendant des sélectines. MÉTHODES: Plusieurs ADN codant des formes mutées de PSGL-1 ont été obtenus: (1) Les RD de PSGL-1 ont été soit ôtées, soit remplacées par le macroglycopeptide de la GPlba plaquettaire, (2) les Ser-336, -348, la Lys-337 et l'Arg-338 ont été mutées en alanine; par ailleurs, des mutants tronqués ne retenant plus que 6 ou 2 résidus cytoplasmiques ont également été générés. Des CHO transfectées exprimant PSGL-1 muté ont été testées pour leur capacité à lier des sélectines chimériques solubles et à soutenir un roulement dépendant des sélectines dans des conditions de flux. RÉSULTATS: (1) La perte des RD a eu un effet dramatique sur le recrutement cellulaire et la stabilité de roulement dépendant des P- et L-sélectine, qui n'a pu être que partiellement compensé par la substitution par la GPlba. De plus, nous avons observé que les RD forment un site de liaison pour la E-sélectine et soutiennent ainsi le roulement dépendant de PSGL-1. (2) Les tests de flux ont révélé que le site de liaison à la moésine, notamment la Ser-336, joue un rôle crucial dans la régulation du recrutement, de la vitesse et de la stabilité du roulement des cellules exprimant PSGL-1 sur les P- et L-sélectine. CONCLUSIONS; Les données présentées ici ont permis d'éclaircir la relation structure -fonction des RD de PSGL-1. Par ailleurs, elles révèlent un rôle crucial pour les résidus liant la moésine dans le roulement dépendant des P- et L-sélectine. RÉSUMÉ DESTINÉ À UN LARGE PUBLIC Pour accomplir ses fonctions, le sang circule sur un réseau de 96'000 kilomètres; ainsi, il approvisionne les cellules de l'organisme en énergie, il transporte diverses substances, il assure la défense contre les pathogènes et il participe à la régulation de la température corporelle. Le sang contient plusieurs types de cellules: la grande majorité sont les globules rouges, auxquels il faut ajouter les plaquettes (dont le rôle est de colmater les lésions vasculaires) et les globules blancs (leucocytes) qui, bien que présents en très faible quantité (moins de 0.01 %), jouent un rôle crucial en cas d'infection ou d'inflammation. Une attaque par un pathogène provoque plusieurs changements (rougeur, chaleur, gonflement, douleur), qui sont des manifestations de l'inflammation. Pour atteindre l'agent infectieux, des globules blancs spécialisés (les granulocytes) doivent quitter la circulation sanguine. Afin de faciliter leur capture, les vaisseaux sanguins vont exprimer des protéines telles que les sélectines, qui sont reconnues par une protéine leucocytaire appelée PSGL-1 (P-selectin glycoprotein ligand 7). L'interaction des sélectines avec PSGL-1 soutient le roulement du globule blanc le long de la paroi vasculaire, à une vitesse très inférieure à celle du flux sanguin. Ce roulement conduit à l'activation du globule blanc par des molécules de l'inflammation, permettant son adhésion ferme, puis son arrêt. Finalement, le granulocyte va migrer à travers la paroi du vaisseau pour atteindre et éliminer les causes de l'inflammation. L'adhésion est un processus intéressant à caractériser, car outre l'inflammation, il est également impliqué dans l'artériosclérose, l'infarctus, la métastatisation et la thrombose. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à définir les rôles des différents domaines de PSGL-1 dans la régulation de son interaction avec les sélectines. En effet, en plus de son extrémité extracellulaire de haute affinité pour les sélectines, PSGL-1 est composé de plusieurs séquences répétées hautement glycosylées et d'une courte région intracellulaire, dont les fonctions n'avaient pas été étudiées auparavant. En créant des formes mutées de PSGL-1, nous avons pu montrer qu'un roulement efficace des leucocytes nécessite la présence des régions répétitives et du domaine intracellulaire au complet.

Characterization of cytoplasmic antiviral signaling pathways

Summary Multicellular organisms have evolved the immune system to protect from pathogen such as viruses, bacteria, fungi or parasites. Detection of invading pathogens by the host innate immune system is crucial for mounting protective responses and depends on the recognition of microbial components by specific receptors. The results presented in this manuscript focus on the signaling pathways involved in the detection of viral infection by the sensing of viral nucleic acids. First, we describe a new regulatory mechanism controlling RNA-sensing antiviral pathways. Our results indicate that TRIF and Cardif, the crucial adaptor proteins for endosomal and cytoplasmic RNA detection signaling pathway, are processed and inactivated by caspases. The second aspect investigated here involves a signaling pathway triggered upon cytosolic DNA sensing. The interferon inducible protein DAI was recently described as a DNA sensor able to induce the activation of IRFs and NF-κΒ transcription factors leading to type I interferon production. Here we identify two RIP homotypic interaction motifs (RHIMs) in DAI and demonstrate that they mediate the recruitment of RIP1 and RIP3 and the subsequent NF-κΒ activation. Moreover, we observed that the mouse cytomegalovirus RHIM- containing protein M45 has the potential to block this signaling cascade by interfering with the formation of the DAI-RIP1/3 signaling complex. Finally, we report the generation and the initial characterization of NLRX1-deficient mice. NLRX1 is a member of the NOD-like receptor family localized to the mitochondria. The function of NLRX1 is still controversial: one study proposed that NLRX1 acts as an inhibitor of the RIG-like receptor (RLR) antiviral pathway by binding the adaptor protein Cardif, whereas another report implicated NLRX1 in the generation of reactive oxygen species (ROS) and the amplification of NF-κΒ and JNK triggered by TNF-α, poly(I:C) or Shigella infection. Collectively, our results indicate that NLRX1-deficiency does not affect RLR signaling nor TNF-α induced responses. Proteomics analysis identified UQCRC2, a subunit of the complex III of the mitochondrial respiratory chain, as a NLRX1 binding partner. This observation might reveal a possible functional link between NLRX1 and mitochondrial respiration and/or ROS generation. Résumé Au cours de l'évolution, les organismes multicellulaires ont développé le système immunitaire afin de se protéger contre les pathogènes. Une étape cruciale pour le déclenchement des réponses protectrices est la reconnaissance par les cellules du système immunitaire de molécules propres aux microbes grâce à des récepteurs spécifiques. Les résultats présentés dans cette thèse décrivent des nouveaux aspects concernant les voies de signalisation impliquées dans la détection des virus. Le premier projet décrit un mécanisme de régulation des voies activées par la détection d'ARN virale. Nos résultats montrent que TRIF et Cardif, des protéines adaptatrices des voies déclenchées par la reconnaissance de ces acides nucléiques au niveau des endosomes et du cytoplasme, sont clivés et inactivés par les caspases. Le projet suivant de notre recherche concerne une voie de signalisation activée par la détection d'ADN au niveau du cytoplasme. La protéine DAI a été récemment décrite comme un senseur pour cet ADN capable d'activer les facteurs de transcription IRF et NF-κΒ et d'induire ainsi la production des interférons de type I. Ici on démontre que DAI interagit avec RIP1 et RIP3 par le biais de domaines appelés RHIM et que ce complexe est responsable de l'activation de NF-κΒ. On a aussi identifié une protéine du cytomégalovirus de la souris, M45, qui contient ce même domaine et on a pu démontrer qu'elle a la capacité d'interférer avec la formation du complexe entre DAI et RIP1/RIP3 bloquant ainsi l'activation de NF-κΒ. Enfin on décrit ici la génération de souris déficientes pour le gène qui code pour la protéine NLRX1. Cette protéine fait partie de la famille des récepteurs NOD et est localisée dans la mitochondrie. Une étude a suggéré que NLRX1 agit comme un inhibiteur des voies antivirales activées par les récepteurs du type RIG-I (RLR) en interagissant avec la protéine adaptatrice Cardif. Une autre étude propose par contre que NLRX1 participe à la production des dérivés réactifs de l'oxygène et contribue ainsi à augmenter l'activation de NF- κΒ et JNK induite par le TNF-α ou le poly(I:C). Nos résultats montrent que l'absence de NLRX1 ne modifie ni la voie de signalisation RLR ni les réponses induites par le TNF-α. Des analyses ultérieures ont permis d'identifier comme partenaire d'interaction de NLRX1 la protéine UQCRC2, une des sous-unités qui composent le complexe III de la chaîne respiratoire mitochondriale. Cette observation pourrait indiquer un lien fonctionnel entre NLRX1 et la respiration mitochondriale ou la production des dérivés réactifs de l'oxygène au niveau de cette organelle.

Parkinson"s disease DJ-1 L166P alters rRNA biogenesis by exclusion of TTRAP from the nucleolus and sequestration into cytoplasmic aggregates via TRAF6

Mutations in PARK7/DJ-1 gene are associated to autosomal recessive early onset forms of Parkinson"s disease (PD). Although large gene deletions have been linked to a loss-of-function phenotype, the pathogenic mechanism of missense mutations is less clear. The L166P mutation causes misfolding of DJ-1 protein and its degradation. L166P protein may also accumulate into insoluble cytoplasmic aggregates with a mechanism facilitated by the E3 ligase TNF receptor associated factor 6 (TRAF6). Upon proteasome impairment L166P activates the JNK/p38 MAPK apoptotic pathway by its interaction with TRAF and TNF Receptor Associated Protein (TTRAP). When proteasome activity is blocked in the presence of wild-type DJ-1, TTRAP forms aggregates that are localized to the cytoplasm or associated to nucleolar cavities, where it is required for a correct rRNA biogenesis. In this study we show that in post-mortem brains of sporadic PD patients TTRAP is associated to the nucleolus and to Lewy Bodies, cytoplasmic aggregates considered the hallmark of the disease. In SH-SY5Y neuroblastoma cells, misfolded mutant DJ-1 L166P alters rRNA biogenesis inhibiting TTRAP localization to the nucleolus and enhancing its recruitment into cytoplasmic aggregates with a mechanism that depends in part on TRAF6 activity. This work suggests that TTRAP plays a role in the molecular mechanisms of both sporadic and familial PD. Furthermore, it unveils the existence of an interplay between cytoplasmic and nucleolar aggregates that impacts rRNA biogenesis and involves TRAF6

Impaired beta-adrenergic response and decreased L-type calcium current of hypertrophied left ventricular myocytes in postinfarction heart failure

Infarct-induced heart failure is usually associated with cardiac hypertrophy and decreased ß-adrenergic responsiveness. However, conflicting results have been reported concerning the density of L-type calcium current (I Ca(L)), and the mechanisms underlying the decreased ß-adrenergic inotropic response. We determined I Ca(L) density, cytoplasmic calcium ([Ca2+]i) transients, and the effects of ß-adrenergic stimulation (isoproterenol) in a model of postinfarction heart failure in rats. Left ventricular myocytes were obtained by enzymatic digestion 8-10 weeks after infarction. Electrophysiological recordings were obtained using the patch-clamp technique. [Ca2+]i transients were investigated via fura-2 fluorescence. ß-Adrenergic receptor density was determined by [³H]-dihydroalprenolol binding to left ventricle homogenates. Postinfarction myocytes showed a significant 25% reduction in mean I Ca(L) density (5.7 ± 0.28 vs 7.6 ± 0.32 pA/pF) and a 19% reduction in mean peak [Ca2+]i transients (0.13 ± 0.007 vs 0.16 ± 0.009) compared to sham myocytes. The isoproterenol-stimulated increase in I Ca(L) was significantly smaller in postinfarction myocytes (Emax: 63.6 ± 4.3 vs 123.3 ± 0.9% in sham myocytes), but EC50 was not altered. The isoproterenol-stimulated peak amplitude of [Ca2+]i transients was also blunted in postinfarction myocytes. Adenylate cyclase activation through forskolin produced similar I Ca(L) increases in both groups. ß-Adrenergic receptor density was significantly reduced in homogenates from infarcted hearts (Bmax: 93.89 ± 20.22 vs 271.5 ± 31.43 fmol/mg protein in sham myocytes), while Kd values were similar. We conclude that postinfarction myocytes from large infarcts display reduced I Ca(L) density and peak [Ca2+]i transients. The response to ß-adrenergic stimulation was also reduced and was probably related to ß-adrenergic receptor down-regulation and not to changes in adenylate cyclase activity.

Toluene permeabilization differentially affects F- and P-type ATPase activities present in the plasma membrane of Streptococcus mutans

Streptococcus mutans membrane-bound P- and F-type ATPases are responsible for H+ extrusion from the cytoplasm thus keeping intracellular pH appropriate for cell metabolism. Toluene-permeabilized bacterial cells have long been used to study total membrane-bound ATPase activity, and to compare the properties of ATPase in situ with those in membrane-rich fractions. The aim of the present research was to determine if toluene permeabilization can significantly modify the activity of membrane-bound ATPase of both F-type and P-type. ATPase activity was assayed discontinuously by measuring phosphate release from ATP as substrate. Treatment of S. mutans membrane fractions with toluene reduced total ATPase activity by approximately 80% and did not allow differentiation between F- and P-type ATPase activities by use of the standard inhibitors vanadate (3 µM) and oligomycin (4 µg/mL). Transmission electron microscopy shows that, after S. mutans cells permeabilization with toluene, bacterial cell wall and plasma membrane are severely injured, causing cytoplasmic leakage. As a consequence, loss of cell viability and disruption of H+ extrusion were observed. These data suggest that treatment of S. mutans with toluene is an efficient method for cell disruption, but care should be taken in the interpretation of ATPase activity when toluene-permeabilized cells are used, because results may not reflect the real P- and F-type ATPase activities present in intact cell membranes. The mild conditions used for the preparation of membrane fractions may be more suitable to study specific ATPase activity in the presence of biological agents, since this method preserves ATPase selectivity for standard inhibitors.

Syk-Dependent Cytokine Induction by Dectin-1 Reveals a Novel Pattern Recognition Pathway for C Type Lectins

Pattern-recognition receptors (PRRs) detect molecular signatures of microbes and initiate immune responses to infection. Prototypical PRRs such as Toll-like receptors (TLRs) signal via a conserved pathway to induce innate response genes. In contrast, the signaling pathways engaged by other classes of putative PRRs remain ill defined. Here, we demonstrate that the β-glucan receptor Dectin-1, a yeast binding C type lectin known to synergize with TLR2 to induce TNFα and IL-12, can also promote synthesis of IL-2 and IL-10 through phosphorylation of the membrane proximal tyrosine in the cytoplasmic domain and recruitment of Syk kinase. syk−/− dendritic cells (DCs) do not make IL-10 or IL-2 upon yeast stimulation but produce IL-12, indicating that the Dectin-1/Syk and Dectin-1/TLR2 pathways can operate independently. These results identify a novel signaling pathway involved in pattern recognition by C type lectins and suggest a potential role for Syk kinase in regulation of innate immunity.

Carbon monoxide inhibits L-type Ca2+ channels via redox modulation of key cysteine residues by mitochondrial reactive oxygen species

Conditions of stress, such as myocardial infarction, stimulate up-regulation of heme oxygenase (HO-1) to provide cardioprotection. Here, we show that CO, a product of heme catabolism by HO-1, directly inhibits native rat cardiomyocyte L-type Ca2+ currents and the recombinant alpha1C subunit of the human cardiac L-type Ca2+ channel. CO (applied via a recognized CO donor molecule or as the dissolved gas) caused reversible, voltage-independent channel inhibition, which was dependent on the presence of a spliced insert in the cytoplasmic C-terminal region of the channel. Sequential molecular dissection and point mutagenesis identified three key cysteine residues within the proximal 31 amino acids of the splice insert required for CO sensitivity. CO-mediated inhibition was independent of nitric oxide and protein kinase G but was prevented by antioxidants and the reducing agent, dithiothreitol. Inhibition of NADPH oxidase and xanthine oxidase did not affect the inhibitory actions of CO. Instead, inhibitors of complex III (but not complex I) of the mitochondrial electron transport chain and a mitochondrially targeted antioxidant (Mito Q) fully prevented the effects of CO. Our data indicate that the cardioprotective effects of HO-1 activity may be attributable to an inhibitory action of CO on cardiac L-type Ca2+ channels. Inhibition arises from the ability of CO to promote generation of reactive oxygen species from complex III of mitochondria. This in turn leads to redox modulation of any or all of three critical cysteine residues in the channel's cytoplasmic C-terminal tail, resulting in channel inhibition.

Production of Bovine Hand-Made Cloned Embryos by Zygote-Oocyte Cytoplasmic Hemi-complementation

The aim of this study was to evaluate the effect of the cytoplast type and activation process on development of cloned embryos. Bovine oocytes (MII) or zygotes at the one-cell stage (IVF) were manually bisected and segregated in MII or IVF hemi-cytoplasts or hemi-karyoplasts. Adult skin cells from a bovine female were used as nucleus donors (SC). Experimental groups were composed of IVF embryos; parthenogenetic embryos; handmade cloned (HMC) embryos; and reconstructed HMC embryos using IVF hemi-cytoplast + MII hemi-cytoplast + SC (G-I); IVF hemi-cytoplast + IVF hemi-cytoplast + SC (G-II); MII hemi-cytoplast + IVF hemi-karyoplast (G-III); and IVF hemi-cytoplast + IVF hemi-karyoplast (G-IV). Embryos from G-I to G-IV were allocated to subgroups as sperm-activated (SA) or were further chemically activated (SA + CA). Embryos from all groups and subgroups were in vitro cultured in the WOW system. Blastocyst development in subgroup G-I SA (28.2%) was similar to IVF (27.0%) and HMC (31.4%) controls, perhaps due to a to a more suitable activation process and/or better complementation of cytoplasmic reprogramming factors, with the other groups and subgroups having lower levels of development. No blastocyst development was observed when using IVF hemi-karyoplasts (G-III and G-IV), possibly due to the manipulation process during a sensitive biological period. In summary, the presence of cytoplasmic factors from MII hemi-oocytes and the sperm activation process from hemi-zygotes appear to be necessary for adequate in vitro development, as only the zygote-oocyte hemi-complementation was as efficient as controls for the generation of bovine cloned blastocysts.

Color inheritance and pigment characterization of red (wild-type), greenish-brown, and green strains of Gracilaria birdiae (Gracilariales, Rhodophyta)

Species of Gracilaria are some of the most useful algae in the world for the production of agar. As a consequence of its economic importance, the genus has been the subject of many studies worldwide. Color variants of Gracilaria birdiae have been found in the natural population on the Brazilian coast, and they have also been isolated from plants cultivated in laboratory. These findings raised new questions regarding intraspecific variation and the prospects of cultivating such variants for their agar production. Therefore, this work aimed to determine the mode of color inheritance for two G. birdiae strains: a greenish-brown strain (gb) found in a natural population and a green strain (gr) which had arisen as a spontaneous mutation in a red plant cultured in the laboratory. The pigment contents of these strains, as well as the red wildtype (rd), were also characterized. Crosses between female and male plants of the same color (rd, gr, or gb) and between different colors were performed. Crosses between plants of the same color showed tetrasporophytic and gametophytic descendents of the parental color. Recessive nuclear inheritance was found in the greenish-brown strain, and cytoplasmic maternal inheritance was found in the green strain; both had lower phycoerythrin and higher concentrations of allophycocyanin and phycocyanin than the wild-type. Chlorophyll a contents were similar among all strains. Taken together, our results contribute to knowledge about the variability of this important red algae. In addition, since greenish-brown and green strains showed stability of color, both could be selected and tested in experimental sea cultivation to evaluate if mutants have advantageous performance when compared with red strain.

Morphology and protein content of hepatocytes in type I diabetic rats submitted to physical exercises

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Cytoplasmic protrusions from digestive cells of bees

Midgut cells from the honey bee, Apis mellifera, and the stingless bees Scaptotrigona postica and Melipona quadrifasciata anthidioides were examined ultrastructurally and histochemically. Several types of protrusions were evident in the apical surface of the midgut cells. Large apical protrusions formed by the whole apical surface of the cell, whose content had a homogeneous cytoplasmic matrix devoid of organelles and with a different electron density from the subjacent cytoplasm. These protrusions can be cast out to the midgut lumen. A second type of large apical protrusion was produced between the cell microvilli, presenting many ribosomes and polyribosomes. In addition to these large protrusions two other kinds of small ones were observed. One type crowned the cell apex forming small spheres with irregular contours near the cells, and increasing in size further away. The other type was characterized by the microvilli swelling with an electron-lucent content. The Gomori acid phosphatase reaction was positive at the cell apex, in the pinched off protrusions and in the microvilli. These results are discussed in relation to the possible role of cell protrusions in secretory mechanisms.

Exfoliative cytology of the oral mucosa in type II diabetic patients: morphology and cytomorphometry

Background: In recent years, important advances have occurred in the determination of diagnostic criteria for the disease diabetes mellitus and in new strategies for its treatment. The purpose of this research was to develop a new method for diabetes diagnosis by microscopic and cytomorphometric analyses of the oral epithelium. Methods: the smears were obtained from three distinct oral sites: buccal mucosa (cheek), tongue dorsum, and floor of the mouth in 10 control individuals and 10 type II diabetic patients. The oral smears were stained with Papanicolaou EA-36 solution. The nuclear (NA) and cytoplasmic (CA) areas were evaluated from 50 integral cells predominant in each oral site by the use of the KS 300(TM) image analysis system (Carl Zeiss, Germany), by which the cytoplasmic/nuclear ratio (C/N) was calculated. Results: the results showed that: (i) the epithelial cells of the diabetic group exhibited figures of binucleation and occasional karyorrhexis in all layers; (ii) the NA was markedly higher (P<0.05) in the diabetic group; (iii) the CA did not exhibit a statistically significant difference (P>0.05) between these two groups; and (iv) the C/N mean was 37.4% lower in the type II diabetic group. Conclusions: These results associated with clinical observations suggest that diabetes mellitus can produce alterations in oral epithelial cells, detectable by microscopy and cytomorphometry, which can be used in the diagnosis of this disease.

Type 2 heat-labile enterotoxin (LT-II)-producing Escherichia coli isolated from ostriches with diarrhea

The culture supernatant of Escherichia coli, isolated from ostriches with diarrhea in Brazil, caused elongation in Vero cell, rounding in Chinese hamster ovary (CHO) cells and a cytoplasmic vacuolation in ostrich embryo fibroblasts (OEF), but it was not cytotoxic for chicken embryo fibroblasts (CEF). These effects were not neutralized by antiserum to cholera toxin. Polymerase chain reaction assays showed that the ostrich E.coli contained the gene encoding (eltII-A), but not those for type 1 heat-labile enterotoxin (eltA), heat-stable enterotoxins (estA, estB), verocytotoxins (stx-I, stx-II), or cytotoxic necrotizing factors (cnf 1, cnf 2). All isolates belonged to serotype O15:H8. The enteropathogenic relevance of LT-II in ostrich diarrhea remains undetermined. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Sperm ultrastructure and a new type of spermiogenesis in two species of Pimelodidae, with a comparative review of sperm ultrastructure in Siluriformes (Teleostei : Ostariophysi)

During spermiogenesis, the spermatids of the pimelodid species Pimelodus maculatus and Pseudoplatystoma fasciatum show a central flagellum development, no rotation of the nucleus, and no nuclear fossa formation, in contrast to all previously described spermatids of Teleostei. These characteristics are interpreted as belonging to a new type of spermiogenesis, named here type III, which is peculiar to the family Pimelodidae. In P. maculatus and P. fasciatum, spermatozoa possess a spherical head and no acrosome; their nucleus contains highly condensed, homogeneous chromatin with small electron-lucent areas; and a nuclear fossa is not present. The centriolar complex lies close to the nucleus. The midpiece is small, has no true cytoplasmic channel, and contains many elongate and interconnected vesicles. Several spherical to oblong mitochondria are located around the centriolar complex. The flagellum displays the classical axoneme (9 + 2) and no lateral fins. Only minor differences were observed among the pimelodid species and genera. Otherwise, spermiogenesis and spermatozoa in the two species of Pimelodidae studied exhibit many characteristics that are not found in other siluriform families, mainly the type III spermiogenesis. (C) 2007 Elsevier GmbH. All rights reserved.