Ultrastructural analysis of the fat body in workers of Attini ants (Hymenoptera: Formicidae)

In the present study a comparative morphological analysis of the fat body cells of ant workers of the basal Attini species Cyphomyrmex rimosus and Mycetarotesparallelus, and the derived species Acromynnex disciger and Atta laevigata was conducted. The results revealed that the fat body is located mainly in the abdomen around organs (perivisceral) and near the integument (parietal). The main cells observed are spherical or polygonal trophocytes with a slightly rough surface. The oenocytes, another cell type found, are closely associated with trophocytes, and present a spherical or polygonal shape and a smoother surface. The morphometric analysis showed that the area of trophocytes and oenocytes of C rimosus and M parallelus is significantly smaller when compared to those of A. disciger and A. laevigata. In the cytoplasm of parietal and perivisceral trophocytes and oenocytes, electronlucent droplets (probably lipids) and electrondense granules (probably proteins) indicate the participation of these cells in the storage of these elements, while digestive vacuoles, residual bodies, and multivesicular bodies suggest a role in intracellular digestion. In perivisceral trophocytes and oenocytes of C rimosus, the presence of mitochondria, lamellar rough endoplasmic reticulum, and Golgi complex suggests that these cells synthesize proteins. Based on these data, no significant differences were observed between the fat body cells of basal and derived ants, except regarding the larger size of trophocytes and oenocytes of the derived species A. disciger and A. laevigata. (C) Koninklijke Brill NV, Leiden, 2009

Análise ultra-estrutural de folhas de três espécies de Solanaceae após inoculação com o vírus da necrose branca do tomateiro (VNBT - Tymovirus)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Changes in the structure and pigmentation of the eyes of honeybee (Apis mellifera L.) queens with the limão mutation

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Morphologic changes in the vesical transition epithelium of alcoholic rats

Few studies are available about the effect of alcohol on the epithelium of the urinary bladder. In the present investigation we studied the ultrastructure of the vesical transition epithelium of normal rats and of rats submitted to experimental chronic alcoholism. Adult rats were submitted to experimental chronic alcoholism by the ingestion of sugar cane liquor. The vesical epithelium was examined after 60, 120, 180 and 240 days of alcohol treatment by transmission electron microscopy. Surface cells presented nuclear and cytoplasmic changes and marked cellular desquamation. There was an increase in multivesicular bodies and lysosomes suggesting cell degeneration. Mast cell infiltration was observed, possibly related to increased epithelial sensitivity. Intercellular spaces were frequently observed. The transition epithelium of the urinary bladder was found to be sensitive to the action of alcohol, as demonstrated by the changes in the components of the blood-urine barrier, the greater sensitivity to inflammation, the increase in cell desquamation and the greater recycling of the apical membrane and of the fusiform vesicles of surface cells observed in alcoholic rats.

Ultrastructure of digestive cells in stingless bees of various ages (Hymenoptera, Apidae, Meliponinae)

The ultrastructure of digestive cells of newly emerged, nurse and forager worker bees is described. Newly emerged bees have the endoplasmic reticulum characteristically in whorls and stacks as well as in parallel arrays of smooth endoplasmic reticulum. Nurse bees have spherits, autophagic vacuoles, lysosomes and multivesicular bodies. Forager bees have many cells with disorganized cytoplasm containing vacuoles, lamellated bodies, lipid inclusions, microbodies and intranuclear crystalloid inclusions. The basal cell region stays essentially unchanged. The changes observed are discussed in relation to previous observations on other insect species.

Fine structure of lamellated nerve endings in the gingiva of man and the Cebus apella monkey

Gingival mucosae of man and the adult Cebus apella monkey were fixed for 3 hr in modified Karnovsky fixative containing 2.5% glutaraldehyde, 2% formaldehyde in 0.1 M sodium phosphate buffer (pH=7.4). The specimens were postfixed in 1% osmium tetroxide in 0.1 M sodium phosphate buffer at 4°C for 2 hr, dehydrated in a graded alcohol series and embedded in Epon 812. Thick sections of 1-3 μm and ultrathin sections of 40-80 nm in thickness were cut with glass knives on an LKB ultramicrotome. The thick sections were stained with toluidine blue solution, and the grids were stained with uranyl acetate and lead citrate and examined under a Philips EM-301 electron microscope. Our observations permitted us to conclude that: both gingival mucosae, of man and the Cebus apella monkey, have lamellar nerve endings; these corpuscles are localized in the papillar space of the epithelium and do not contact closely with the basement membrane; the nerve endings are composed of an afferent fiber which subdivides several times and forms irregular flattened or discoidal expansions; the laminae of the lamellar cells are very thin near the terminal axon and are larger and irregular in shape at the peripheral portion of the corpuscle; the terminal axon shows abundant mitochondria, myelin figures, clear vesicles, and multivesicular bodies; between the axoplasm membrane and adjacent cytoplasmic lamina and between the lamellae, small desmosome type junctions are noted; and the cytoplasmic material of the lamellae cells is characterized by the presence of numerous microfilaments, microtubules, mitochondria, rough endoplasmic reticulum, and caveolae.

Comparative structural analysis of neuromuscular junctions in mice at different ages

The authors studied the histochemical and ultrastructural modifications that occur in the neuromuscular junctions (NMJ) of fibularis longus muscles of mice with an age range of 3 to 21 months. Twenty-four male and female animals were killed at 3, 5, 14 and 21 months of age: 7 of them at 3 months, 4 of them at 5 month, 9 at 14 months and 4 at 21 months. The fibularis longus muscles were processed and their NMJ examined with the transmission electron microscope. The most relevant changes were associated with the degeneration and retraction of terminal axons, i.e., axons poor in synaptic vesicles with degenerated mitochondria, and exhibiting multivesicular bodies and vacuoles; exposed and widened junctional folds and cytoplasmic processes of Schwann cells located in the synaptic gutter. The presence of lysosomes or lipofuchsin in the juxtajunctional sarcoplasm was also noted. These observations suggest that the phenomena of retraction and budding occur in the NMJ with advancing age, with a predominance of events associated with degeneration, leading to profound changes in NMJ shape.

Spermiophagy in the spermatheca of Melipona bicolor lepeletier, 1836 (Hymenoptera, Apidae, Meliponini)

The presence of spermatozoa in vesicles in the cytoplasm of the epithelial cells that constitute the spermathecal wall of Melipona bicolor queen (Meliponini) is discussed in relation to the organ structure. The epithelial wall is lined by an apparently continuous cuticle in the luminal surface that should be a non-transposable barrier to the luminal spermatozoa. However, some spermatozoa were seen crossing the cuticle through interruptions that was first interpreted as sectioning defects. Nevertheless, the sperm cells in well-structured cytoplasmic vesicles, bound by membranes and sometimes associated to multivesicular bodies, as well as cytoplasmic structures representative of intracellular digestion and the occurrence of the phenomenon in two of the three spermathecae studied, suggest a real spermiophagic hole in the spermathecal epithelial cells.

Ultrastructural features of the lining epithelium of the vas deferens of Agouti paca

The epididymal epithelium of Agouti paca, a wild South American rodent, was basically formed by principal and basal cells. Principal cells were closely related to processes of adsorptive endocytosis, phasefluid endocytosis and also secretion originating from their cytoplasmic ultrastructural features. Principal cells were also characterized by the presence of vesicles of several shapes, sizes and internalized content occurring in smaller pits, pale small vesicles next to the apical brush border of microvillus, as well as coated vesicles, smooth surface vesicles and great vesicles. Multivesicular bodies, endosomes and lysosomes were mainly observed in supranuclear position. Moreover, presence of an apocrine secretory process was demonstrated by the occurrence of apical cytoplasmic expansions projecting into the vas deferens luminal compartment. Basal flattened cells without luminal surface contact occurred next to the basement membrane of the ductus, and did no exhibit special ultrastructural features.

Caracterização parcial e patogenicidade de um vírus isolado de Thyrinteina arnobia (Stoll, 1782) (Lepidoptera: geometridae)

Pós-graduação em Agronomia (Proteção de Plantas) - FCA

Androecia in two Clusia species: development, structure and resin secretion

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

The unconventional secretion of stress-inducible protein 1 by a heterogeneous population of extracellular vesicles

The co-chaperone stress-inducible protein 1 (STI1) is released by astrocytes, and has important neurotrophic properties upon binding to prion protein (PrPC). However, STI1 lacks a signal peptide and pharmacological approaches pointed that it does not follow a classical secretion mechanism. Ultracentrifugation, size exclusion chromatography, electron microscopy, vesicle labeling, and particle tracking analysis were used to identify three major types of extracellular vesicles (EVs) released from astrocytes with sizes ranging from 20–50, 100–200, and 300–400 nm. These EVs carry STI1 and present many exosomal markers, even though only a subpopulation had the typical exosomal morphology. The only protein, from those evaluated here, present exclusively in vesicles that have exosomal morphology was PrPC. STI1 partially co-localized with Rab5 and Rab7 in endosomal compartments, and a dominant-negative for vacuolar protein sorting 4A (VPS4A), required for formation of multivesicular bodies (MVBs), impaired EV and STI1 release. Flow cytometry and PK digestion demonstrated that STI1 localized to the outer leaflet of EVs, and its association with EVs greatly increased STI1 activity upon PrPC-dependent neuronal signaling. These results indicate that astrocytes secrete a diverse population of EVs derived from MVBs that contain STI1 and suggest that the interaction between EVs and neuronal surface components enhances STI1–PrPC signaling

Funktionsanalyse von Gamma2-Adaptin: ein zellulärer Adaptor der Hepatitis-B-Virus-Morphogenese

Im Replikationszyklus umhüllter Viren entstehen neue Viruspartikel durch die Knospung an Membranen der Wirtszelle. An diesem Prozess sind verschiedene zelluläre Faktoren und Mechanismen beteiligt, speziell die ESCRT-Proteinkomplexe, welche die Vesikelbildung an den MVBs steuern. Auch bei HBV ist davon auszugehen, dass Komponenten der Wirtszelle an der Umhüllung und Freisetzung der Virionen beteiligt sind, allerdings sind diese noch weitgehend unbekannt. Ziel dieser Arbeit war es daher, die zellulären Faktoren genauer zu charakterisieren und ihre Funktion bei der Virusumhüllung aufzuklären. Den Ausgangspunkt für die hier durchgeführten Untersuchungen bildeten vorangegangene Arbeiten, in denen die spezifische Interaktion des L-Hüllproteins von HBV mit g2-Adaptin nachgewiesen werden konnte. Diese ist für die Morphogenese von HBV essentiell, allerdings ist die zelluläre ebenso wie die virusspezifische Funktion von g2-Adaptin bislang unbekannt. Im Rahmen dieser Arbeit sollte daher untersucht werden, wo und wie g2-Adaptin in der Zelle funktionell ist, um daraus Rückschlüsse auf die Vorgänge bei der Morphogenese von HBV ziehen zu können. Die Grundlage für die Charakterisierung von g2-Adaptin bildete seine Ähnlichkeit zu zellulären Clathrin-Adaptorproteinen. So konnte hier gezeigt werden, dass auch g2-Adaptin ein Clathrin-Bindungsmotiv besitzt, welches eine Interaktion mit Clathrin ermöglicht. Außerdem konnte ein Ubiquitin-Interaktions-Motiv (UIM) identifiziert werden, das die Bindung an ubiquitinierte Proteine vermittelt. Diese Beobachtung deutet darauf hin, dass g2-Adaptin zu einer Gruppe monomerer Adaptorproteine zählen könnte, welche als Ubiquitin-Rezeptoren in der Zelle funktionell sind. Die folgenden Analysen zeigten eine weitere Gemeinsamkeit, da auch g2-Adaptin selbst durch Ubiquitin modifiziert wird, wobei die Ubiquitinierung von einem intakten UIM abhängt. Dieser als Coupled Monoubiquitination bezeichnete Prozess wird hierbei durch die Ubiquitin-Ligase Nedd4 vermittelt, die direkt mit g2-Adaptin interagiert. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass die C2-Domäne von Nedd4 ebenfalls mit Ubiquitin modifiziert ist, wodurch der Kontakt zum UIM von g2-Adaptin erfolgt. Die meisten der bislang bekannten Ubiquitin-bindenden Adaptorproteine, spielen bei der Vesikelentstehung an verschiedenen zellulären Membranen eine Rolle, wo sie an der Sortierung der vorwiegend ubiquitinierten Membranproteine beteiligt sind und zelluläre Komponenten rekrutieren, welche die Vesikelabschnürung vermitteln. Die Adaptorproteine sind dabei meist mit der jeweiligen Membran assoziiert, was auch für g2-Adaptin nachgewiesen werden konnte. Diese Membranbindung wird durch den N-terminalen Proteinbereich von g2-Adaptin vermittelt und erfolgt unabhängig von den Ubiquitin-bindenden Eigenschaften und von Nedd4. Allerdings scheint die Ubiquitin-Modifikation von g2-Adaptin ausschließlich in membrangebundener Form zu erfolgen. An welchen Membranen g2-Adaptin lokalisiert ist, wurde in Immunfluoreszenzstudien untersucht, wobei eine enge Assoziation von g2-Adaptin mit späten Endosomen bzw. MVBs zu beobachten war. Bei weiteren Analysen konnte auch ein funktioneller Einfluss auf die Vesikelentstehung an den MVBs nachgewiesen werden, da durch die Depletion von g2-Adaptin stark vergrößerte, defekte MVBs induziert wurden. Dies deutet darauf hin, dass g2-Adaptin als Ubiquitin-Rezeptor an diesen Prozessen beteiligt sein könnte. Ebenso wie andere Adaptorproteine könnte es hier an die Cargo-Proteine binden, diese durch den Kontakt zu Clathrin lokal konzentrieren und die Vesikelabschnürung durch die Rekrutierung der MVB-Maschinerie vermitteln. Möglicherweise stellt g2-Adaptin hierbei den bislang nicht identifizierten Adaptor dar, der die Verbindung zwischen Nedd4 und der MVB-Kaskade herstellt. Eine ähnliche Funktion für g2-Adaptin ist auch bei der Morphogenese von HBV denkbar. Aufgrund der durchgeführten Lokalisationsstudien ist anzunehmen, dass die Umhüllung der HBV-Partikel direkt an den MVBs erfolgt. Vermutlich bindet g2-Adaptin hier an das L-Hüllprotein, wobei es durch die Rekrutierung von Clathrin zu einer lokalen Anreicherung der Hüllproteine kommt. g2-Adaptin interagiert zudem in UIM-abhängiger Weise mit dem Nukleokapsid, wobei der Kontakt direkt erfolgen könnte oder durch die Ubiquitin-Ligase Nedd4 vermittelt wird, welche über eine Late-Domäne ebenfalls mit dem Nukleokapsid verbunden ist. Anscheinend gelangt das Nukleokapsid durch den Einfluss von g2-Adaptin und Nedd4 zum Ort der Virusmorphogenese, wo die eigentliche Umhüllung und die Abschnürung der Viruspartikel erfolgen. Vermutlich sind auch hier Komponenten der MVB-Maschinerie beteiligt, die womöglich durch g2-Adaptin rekrutiert werden.

Die Rolle von gamma2-Adaptin im endo-lysosomalen Proteintransport von Säuger-Zellen

Ziel der Arbeit war es, die physiologische Funktion von 2-Adaptin zu charakterisieren. 2 Adaptin wurde 1998 erstmals von Takatsu et al. und Lewin et al. als mögliches Mitglied der Clathrin-Adapter-Proteinfamilie beschrieben. Seine genaue physiologische Funktion ist aber bis heute noch unklar. Bisherige Ergebnisse deuten darauf hin, das 2-Adaptin unabhängig von den AP-Komplexen wirkt. rnIn der HBV-Morphogenese ist eine spezielle Funktion von 2-Adaptin bekannt, da es dort nach seiner Ubiquitinierung durch Nedd4 als Adapter zwischen dem HBV L- und Core-Protein fungiert und Änderungen in der 2 Konzentration die HBV-Freisetzung blockieren.rn2-Adaptin besitzt neben den für die Clathrin-Adapter Proteine typischen Clathrin-bindenden Eigenschaften auch die Fähigkeit, Ubiquitin über sein UIM zu binden. Darüberhinaus wird 2-Adaptin durch seine Interaktion mit der Ubiquitin-Ligase Nedd4 selbst ubiquitiniert. Damit besitzt 2-Adaptin typische Eigenschaften eines Ubiquitin-Adapters. 2-Adaptin ist an MVBs lokalisiert und Abweichungen in der 2 Konzentration verändern die MVB-Morphologie. Zudem führt die Überexpression von 2-Adaptin zur Blockade der Freisetzung retroviraler VLPs und die 2 Depletion blockiert den lysosomalen Abbau von EGF, einem Substrat des endo-lysosomalen Proteintransports. Dies alles deutet auf eine mögliche Funktion von 2-Adaptin in diesem Transportsystem hin, welche in dieser Arbeit näher untersucht wurde.rnEs konnte gezeigt werden, dass die Depletion von 2-Adaptin den Abbau von endogenen (z.B. EGF, ubiquitinierte Proteine) und exogenen (z.B. das retrovirale MLV.gag-Polyprotein) Substraten des endo-lysosomalen Weges inhibiert, während sie bei 2 Überexpression verstärkt abgebaut werden. Alle bisher identifizierten „Substrate“ von 2 Adaptin, also Proteine, die durch überschüssiges 2-Adaptin abgebaut werden, besitzen eine Verbindung zum endo-lysosomalen System und / oder zur Ubiquitin-Maschinerie der Zelle. Weitere Hinweise auf eine Rolle von 2 Adaptin im MVB-Weg lieferte die Identifikation von Vps28 und Chmp2A als spezifische Interaktionspartner von 2-Adaptin. Über Vps28 erhält -Adaptin direkten Zugang zum ESCRT-I- und über Chmp2A zum ESCRT-III-Komplex. rnZudem konnte neben dem UIM eine PH-Domäne in 2-Adaptin als wichtige funktionelle Domäne identifiziert werden. Sie stellt das Modul für die Interaktion mit Rab7 dar, welche erstmals gezeigt werden konnte. Auch die Interaktion mit Rab7 deutet auf eine Rolle von 2 Adaptin im endo-lysosomalen Transportsystem hin, da Rab7 an späten Endosomen lokalisiert ist und u.a. die Fusion der MVBs mit den Lysosomen vermittelt. Da die Auswirkungen der Rab7-Überexpression und Depletion auf MLV.gag denen der 2 Überexpression bzw. Depletion entsprechen, liegt die Vermutung nahe, dass 2-Adaptin an einem ähnlich späten Schritt im endo-lysosomalen Transportsystem wirkt wie Rab7. Jedoch blockiert überschüssiges 2 Adaptin die ESCRT-abhängige VLP-Ausschleusung an der Plasmamembran und fungiert daher möglicherweise als negativer Regulator der ESCRT-Kaskade. Da die Überexpression von -Adaptin aber gleichzeitig zum vermehrten lysosomalen Abbau führt, ist eine Funktion von 2-Adaptin bei der MVB-Lysosomen-Fusion wenig wahrscheinlich. Einer solchen Funktion widerspricht auch, dass die intrazelluläre Konzentration von Rab7 und Vps28 durch überschüssiges 2-Adaptin reduziert werden. rnAls dritte funktionell wichtige Domäne in 2-Adaptin konnte ein LIR-Motiv identifiziert werden, über welches -Adaptin mit dem Autophagie-Markerprotein LC3 interagieren kann. Die Interaktion mit LC3, und damit die Verbindung zur Autophagie-Machinerie, liefert eine mögliche Erklärung für den vermehrten Abbau bei 2-Überexpression und den Abbau von Proteinen auf der MVB-Oberfläche. Dabei induziert 2-Adaptin nicht die Autophagie per se, sondern scheint als Autophagie-Adapter zu wirken, der seine Substrate, z.B. MVBs, selektiv dem Abbau durch Autophagie zuführt. rnrnEine mögliche Rolle von 2-Adaptin im zum Lysosom hin gerichteten zellulären Transport konnte bestätigt werden, wobei 2-Adaptin dabei verschiedene Funktionen übernimmt: rn als Ubiquitin-Adapter im endo-lysosomalen System, rn als negativer Regulator der ESCRT-Kaskadern und / oder als Autophagie-Adapter.rn

Drug delivery, entry and intracellular trafficking of polymeric nanoparticles

Polymere Nanopartikel sind kleine Teilchen, die vielseitige Einsatzmöglichkeiten für den Transport von Wirkstoffen bieten. Da Nanomaterialien in diesen biomedizinischen Anwendungen oft mit biologischen Systemen in Berührung kommen, erfordert das eine genaue Untersuchung ihrer gegenseitigen Wechselwirkungen. In diesem speziellen Forschungsgebiet, welches sich auf die Interaktionen von Nanomaterialien mit biologischen Komponenten konzentriert, wurde bereits eine Vielzahl verschiedener Nanopartikel-Zell-Interaktionen (z. B. Nanotoxizität, Wirkstofftransport-mechanismen) analysiert. Bezüglich der Untersuchungen zu nanopartikulären Wirkstofftransport-mechanismen ist es im Allgemeinen akzeptiert, dass ein erfolgreicher zellulärer Transport hauptsächlich von der Aufnahme des Nanotransporters abhängt. Deshalb analysieren wir in dieser Arbeit (1) den Wirkstofftransportmechanismus für biologisch-abbaubare eisenhaltige Poly-L-Milchsäure Nanopartikel (PLLA-Fe-PMI) sowie (2) die Aufnahmemechanismen und die intrazellulären Transportwege von nicht-abbaubaren superparamagnetischen Polystyrolnanopartikeln (SPIOPSN). rnIn dieser Arbeit identifizieren wir einen bisher unbekannten und nicht-invasiven Wirkstoff-transportmechanismus. Dabei zeigt diese Studie, dass der subzelluläre Transport der nanopartikulärer Fracht nicht unbedingt von einer Aufnahme der Nanotransporter abhängt. Der identifizierte Arzneimitteltransportmechanismus basiert auf einem einfachen physikochemischen Kontakt des hydrophoben Poly-L-Milchsäure-Nanopartikels mit einer hydrophoben Oberfläche, wodurch die Freisetzung der nanopartikulären Fracht ausgelöst wird. In Zellexperimenten führt die membranvermittelte Freisetzung der nanopartikulären Fracht zu ihrem sofortigen Transport in TIP47+- und ADRP+- Lipidtröpfchen. Der Freisetzungsmechanismus („kiss-and-run") kann durch die kovalente Einbindung des Frachtmoleküls in das Polymer des Nanopartikels blockiert werden.rnWeiterhin wird in Langzeitversuchen gezeigt, dass die Aufnahme der untersuchten polymeren Nanopartikel von einem Makropinozytose-ähnlichen Mechanismus gesteuert wird. Im Laufe dieser Arbeit werden mehrere Faktoren identifiziert, die in diesem Aufnahmemechanismus eine Rolle spielen. Darunter fallen unter anderem die kleinen GTPasen Rac1 und ARF1, die die Aufnahme von SPIOPSN beeinflussen. Darauffolgend werden die intrazellulären Transportwege der Nanopartikel untersucht. Mit Hilfe eines neuartigen Massenspektrometrieansatzes wird der intrazelluläre Transport von nanopartikelhaltigen endozytotischen Vesikeln rekonstruiert. Intensive Untersuchungen identifizieren Marker von frühen Endosomen, späten Endosomen/ multivesikulären Körpern, Rab11+- Endosomen, Flotillin-Vesikeln, Lysosomen und COP-Vesikeln. Schließlich wird der Einfluss des lysosomalen Milieus auf die Proteinhülle der Nanopartikel untersucht. Hier wird gezeigt, dass die adsorbierte Proteinhülle auf den Nanopartikeln in die Zelle transportiert wird und anschließend im Lysosom abgebaut wird. rnInsgesamt verdeutlicht diese Arbeit, dass die klassische Strategie des nanopartikulären und invasiven Wirkstofftransportmechanismuses überdacht werden muss. Weiterhin lässt sich aus den Daten schlussfolgern, dass polymere Nanopartikel einem atypischen Makropinozytose-ähnlichen Aufnahmemechanismus unterliegen. Dies resultiert in einem intrazellulären Transport der Nanopartikel von Makropinosomen über multivesikuläre Körperchen zu Lysosomen.rn