Dynamics of serotonergic neurons revealed by fiber photometry

This work was developed in the context of the MIT Portugal Program, area of Bioengineering Systems, in collaboration with the Champalimaud Research Programme, Champalimaud Center for the Unknown, Lisbon, Portugal. The project entitled Dynamics of serotonergic neurons revealed by fiber photometry was carried out at Instituto Gulbenkian de Ciência, Oeiras, Portugal and at the Champalimaud Research Programme, Champalimaud Center for the Unknown, Lisbon, Portugal

Organic-inorganic nanostructured multilayers for calcium phosphate biomineralization

The weak fixation of biomaterials within the bone structure is one of the major reasons of implants failures. Calcium phosphate (CaP) coatings are used in bone tissue engineering to improve implant osseointegration by enhancing cellular adhesion, proliferation and differentiation, leading to a tight and stable junction between implant and host bone. It has also been observed that materials compatible with bone tissue either have a CaP coating or develop such a calcified surface upon implantation. Thus, the development of bioactive coatings becomes essential for further improvement of integration with the surrounding tissue. However, most of current applied CaP coatings methods (e.g. physical vapor deposition), cannot be applied to complex shapes and porous implants, provide poor structural control over the coating and prevent incorporation of bioactive organic compounds (e.g. antibiotics, growth factors) because of the used harsh processing conditions. Layer-by-layer (LbL) is a versatile technology that permits the building-up of multilayered polyelectrolyte films in mild conditions based on the alternate adsorption of cationic and anionic elements that can integrate bioactive compounds. As it is recognized in natureâ s biomineralization process the presence of an organic template to induce mineral deposition, this work investigate a ion based biomimetic method where all the process is based on LbL methodology made of weak natural-origin polyelectrolytes. A nanostructured multilayer component, with 5 or 10 bilayers, was produced initially using chitosan and chondroitin sulphate polyelectrolyte biopolymers, which possess similarities with the extracellular matrix and good biocompatibility. The multilayers are then rinsed with a sequential passing of solutions containing Ca2+ and PO43- ions. The formation of CaP over the polyelectrolyte multilayers was confirmed by QCM-D, SEM and EDX. The outcomes show that 10 polyelectrolyte bilayer condition behaved as a  better site for initiating the formation of CaP as the precipitation occur at earlier stages than in 5 polyelectrolyte bilayers one. This denotes that higher number of bilayers could hold the CaP crystals more efficiently. This work achieved uniform coatings that can be applied to any surface with access to the liquid media in a low-temperature method, which potentiates the manufacture of effective bioactive biomaterials with great potential in orthopedic applications.

Chemical and physical attributes and calcium, magnesium, potassium, and phosphorus in the soil of murundu fields in Brazil

Fields of murundus (FM) are wetlands that provide numerous ecosystem services. The objectives of this study were to evaluate the chemical [organic carbon (OC), P, K+, Ca2+, Mg2+, Al3+ and H+Al] and physical [texture and bulk density (Bd)] soil attributes and calculate the organic matter (OM) and nutrient stock (P, Ca, Mg, and K) in soils of FM located in the Guapore River basin in Mato Grosso. Thirty-six sampling points were selected, and soil samples were collected from two environments: the murundu and plain area surrounding (PAS). At each sampling point, mini trenches of 0.5 × 0.5 × 0.4 m were opened and disturbed and undisturbed soil samples were collected at depths of 0-0.1, 0.1-0.2, and 0.2-0.4 m. In the Principal Component Analysis the variables H+Al (49%) and OM (4%) were associated with the F1 component and sand content (47%) with the F2 component. The FM had lower pH values and higher concentrations of K+, P, and H+Al than PAS at all depths (p < 0.05). Additionally, FM stocked up to 433, 360, 205, and 11 kg ha-1 of Ca, Mg, K, and P, respectively, for up to a depth of 0.2 m. The murundu stored two times more K and three times more P than that in the PAS. Our results show that the FM has high sand content and Bd greater than 1.5 Mg m-3, high acidity, low OC content, and low nutrient concentrations. Thus, special care must be taken to preserve FM such that human intervention does not trigger environmental imbalances.

Importancia del Ca2+ en la fisiología espermática: modulación de su actividad por progesterona y proteínas del plasma seminal. Importance of calcium in sperm physiology: its regulation by progesterone and proteins from the seminal plasma.

El objetivo general del proyecto es estudiar el efecto de la progesterona y de algunas proteínas del plasma seminal sobre la actividad del Ca2+ en diferentes procesos fisiológicos que ocurren en el espermatozoide, los cuales están estrechamente relacionados con la capacidad fertilizante de esta célula. La progesterona, principal esteroide secretado por las células del cumulus oophorus, ejerce su efecto a través de un receptor no-genómico provocando aumento en el calcio intracelular de los espermatozoides y, consecuentemente, promoviendo la capacitación, la respuesta quimiotáctica y la exocitosis acrosomal. Pese a estas observaciones, los mecanismos a través de los cuales la progesterona estimula fenómenos tan diversos en el espermatozoide son aún desconocidos. Tampoco se conoce con exactitud el papel funcional y los mecanismos de acción de algunas proteínas del plasma seminal que interaccionan y se unen a los espermatozoides, con alta especificidad, durante la eyaculación. Por lo tanto, resulta altamente interesante profundizar los estudios sobre las propiedades funcionales de las proteínas caltrin (calcium transport inhibitor) y ß-microseminoprotein (MSP) del plasma seminal de mamíferos, las cuales responden a las características mencionadas. Los estudios hasta ahora realizados han dado cuenta de que caltrin inhibe la incorporación de Ca2+ extracelular, previene la exocitosis acrosomal espontánea y promueve la unión espermatozoide-zona pelúcida. También hay datos preliminares que sugieren un efecto inhibitorio sobre la movilidad hiperactivada de los espermatozoides. Respecto a MSP, sólo se sabe que inhibe la exocitosis acrosomal espontánea y que su contenido, en el plasma seminal, guarda una relación inversa con la fertilidad. Por todo lo expuesto, se propone estudiar los mecanismos de acción de la progesterona y las proteínas caltrin y MSP sobre los procesos fisiológicos antes indicados. Para ello, se estudiarán las variaciones de Ca2+ intracelular en espermatozoides individuales sometidos a diferentes tratamientos (gradientes de progesterona, capacitación en presencia y ausencia de caltrin y/o MSP, etc.), usando video microscopía de fluorescencia y análisis computarizado de imágenes. También se examinará la influencia de estas moléculas sobre la interacción de gametas y la fertilización.

Metabolismo de fosfolípidos, señal de calcio y sus implicancias en la diferenciación de Trypanosoma cruzi. Phospholipids metabolism, calcium signal and its implications in the differentiation of Trypanosoma cruzi.

Trypanosoma cruzi es un protozoo primitivo agente causal de la enfermedad de Chagas. La transmisión de esta enfermedad depende tanto del desarrollo y de la diferenciación del microorganismo en el intestino del vector. Las diferentes formas del parásito se han adaptado a una serie de condiciones impuestas por los distintos ambientes en donde debió habitar. Esta capacidad de sobrevivir a medios externos tan variados está dada por la diversidad en las vías de transducción de señales en el parásito. T. cruzi se multiplica y diferencia (metaciclogénesis) en el recto de los triatominos. A este nivel, los parásitos se enfrentan a un incremento en la osmolaridad causado por un elevado contenido de NaCl en la orina. En nuestro laboratorio se observó que diferentes estímulos son capaces de producir incrementos en los niveles de IP3 y de Ca2+ intracelular, consecuencia de la activación del ciclo del inositol fosfato, y activación de fosfolipasa D (PLD) y fosfatidilinositol 3 quinasa (PI3K). En un medio carente de Na+ los epimastigotes estimulados con carbacol, mostraron una señal de calcio disminuida mientras que la acumulación de IP3 no se modificó. Además, esta señal se incrementó en presencia de PMA, activador de proteína quinasa C, mientras que la acumulación de IP3 se anuló completamente. Estos resultados indujeron a pensar en un mecanismo alternativo y/o paralelo a IP3 en la liberación de Ca2+, en el cual la presencia de un intercambiador Na+/H+ favorecería la liberación del ion desde organelas acídicas. Es conocido que la señal de calcio es requerida para la metaciclogénesis, y que esta señal es independiente del Ca2+ extracelular (Lammel y col. 1996, Marchesini y col., 2002). De este modo se propone que "los epimastigotes de T. cruzi utilizan como elementos conservados a lo largo de la evolución a los elementos del ciclo del inositol fosfato, uno de los sistemas de transducción de señales más antiguo, para responder a estímulos que inducen la diferenciación del parásito". Por lo tanto, para el desarrollo de este proyecto se propone determinar la presencia de un RcIP3 en epimastigotes y conocer su compromiso en la liberación de Ca2+ desde reservorios intracelulares. Además, establecer si un intercambiador Na+/H+ en membrana de acidocalcisomas estaría relacionado con la señal de calcio intracelular y su posible regulación por proteina quinasa C y A (PKC y PKA, respectivamente). Por otro lado, para dilucidar la implicancia de estos mecanismos en el proceso de metaciclogénesis, se propone estudiar la activación del intercambiador Na+/H+ y la señal de calcio en condiciones de hiperosmolaridad, tal como ocurre en el recto del triatomino. Ademas, ya que el proceso de diferenciación involucra una reorganización de los microtubulos del citoesqueleto se pretende estudiar el compromiso del metabolismo de fosfolípidos y tubulina en procesos que contribuyen a la inducción de la metaciclogenesis. El alcance de los objetivos mencionados ayudará a dilucidar la presencia de componentes tales como RcIP3 y el intercambiador Na+/H+ involucrados en la señalización del ion bivalente. Por otro lado, se espera demostrar que los isotipos de tubulina encontrados en T. cruzi cambien en cantidad relativa y nivel de expresión cuando los epimastigotes sean estimulados con posibles inductores de la diferenciación. Además, se espera observar simultáneamente un aumento en la actividad de dos enzimas relacionadas con la reorganización de microtúbulos: PI-3K y PLD. En tal caso, y para comprobar su implicancia en el proceso, se espera que la inhibición de tales enzimas sea capaz de revertir el efecto producido por los estímulos. Como la PLC se expresa principalmente en las forma epimastigotes mas que en los tripomastigotes (forma infectiva), la señal de Ca2+ inducida por IP3 se relacionaría con la capacidad del parásito para responder a ciertos cambios de pH y osmolaridad que enfrenta el microorganismo en el tracto digestivo del insecto vector.

Fosforilación de lípidos señales disparada por ABA, NaCl y manitol en coleóptilos, raíces y células de aleurona de cebada (Hordeum vulgare). Lipid signaling phosphorylation triggered by ABA, NaCl and mannitol in coleoptile, roots and aleurone cells of barley (Hordeum vulgare).

Es bien conocido que los fosfolípidos son un conjunto de moléculas capaces de funcionar como reguladores en diversos procesos celulares. Al respecto, este proyecto tiene como objetivo dilucidar la participación de los mismos, en particular ácido fosfatídico (PA) y diacilglicerol pirofosfato (DGPP) durante el efecto antagónico de ABA en la germinación y como reguladores de la respuesta al estrés salino en la plántula. Se sabe que las plantas responden de forma rápida y adecuada a una situación de estrés modificando el patrón de fosfolípidos de sus membranas, lo cual lleva a un cambio global en las actividad de lípido quinasas, fosfatasas y a la expresión/represión de genes particulares. El desarrollo de la propuesta permitiría responder dos cuestiones básicas: conocer la relación entre fosfolípidos y ABA e indagar su participación durante la señal de estrés. La relevancia de la propuesta radica en la necesidad de ampliar el conocimiento sobre una de las causas mas importantes "estrés salino" que afecta la germinación de la semilla y luego el crecimiento y desarrollo de la plántula. En principio se evaluara a nivel morfológico, bioquímico y molecular el efecto de ABA y de fosfolípidos. Se pretende indagar sobre cambios a nivel de vacuolización en protoplastos aislados, actividad de enzimas relacionadas, pH intracelular, nivel de fosfolípidos y enzimas implicadas en su metabolismo y también efectos sobre la expresión génica. Por otro lado, se analizara los niveles de fosfolípidos y enzimas relacionadas con su metabolismo en raíces y coleoptilos de semillas que germinaron bajo condiciones de estrés. Asimismo, se identificaran los cambios morfológicos provocados por el estrés en la longitud de coleóptilos y raíces. Por ultimo como indicador de una respuesta al estrés se evaluara los cambios en los niveles de prolina. La importancia del proyecto es determinar el papel que desempeñan PA y DGPP en la germinación y durante la respuesta al estrés.

Pathogenicity mechanisms of Campylobacter jejuni and Campylobacter fetus : characterization of pathogenicity factors and signaling in host cell invasion

Campylobacter jejuni, CadF, actin cytoskeleton, GTPases, signaling

Synergistic inflammatory signaling in airway epithelial cells : control of expression levels of protease activated receptors and interleukin-8 release

Protease-activated receptor, interleukin, thrombin, trypsin, asthma

Dynamics of proximal signaling events after TCR/CD8-mediated induction of proliferation or apoptosis in mature T-cells

Magdeburg, Univ., Fak. für Naturwiss., Diss., 2009

Apoptotic and non-apoptotic death receptor signaling pathways and their regulation by cFLIP, cIAPS and RIP1 in the skin

Magdeburg, Univ., Fak. für Naturwiss., Diss., 2010

Analysis of the TCR-mediated signaling dynamics

Magdeburg, Univ., Fak. für Naturwiss., Diss., 2014

Functional studies of β-arresting and αB-crystallin as interaction partners of PAR-1 and PAR-2 and their involvement in protective and proliferative signaling pathways in astrocytes

Magdeburg, Univ., Fak. für Naturwiss., Diss., 2014

The importance of dietary calcium consumption in two species of semi-terrestrial grapsoid crabs

Calcium (Ca) is essential for crustaceans, due to calcium carbonate (CaCO3) deposition in the new exoskeleton to harden it. The purpose of this work was to study short term Ca balance in terms of dietary Ca ingestion in two phylogenetically related crabs (Superfamily Grapsoidea) showing different degrees of terrestrial adaptations: Sesarma rectum Randall, 1840 and Neohelice granulata (Dana, 1851). Dietary Ca ingestion was studied using purified diets with different Ca concentrations (0, 2.2 and 6.66 % Ca), together with measurements of Ca excretion and Ca hemolymph levels. The results showed that both crabs had the same response to foods containing different levels of Ca, with both species eating more of the high Ca diet. However, S. rectum consumed more per mg body mass at all Ca concentrations (6 mg.g-1 for S. rectum against 3 mg.g-1 for N. granulata). Both species excreted/egested Ca differently: S. rectum excreted Ca proportionally to ingestion, whereas N. granulata maintained constant faecal Ca output at all dietary Ca levels. Moreover, Ca hemolymph levels for crabs fed the different diets were independent of dietary Ca. In conclusion, both S. rectum and N. granulata seem to regulate the consumption of diets containing more Ca, which suggests a fine balance for Ca intake.

Constitutive activation of Wnt signaling favors generation of memory CD8 T cells.

T cell factor-1 (TCF-1) and lymphoid enhancer-binding factor 1, the effector transcription factors of the canonical Wnt pathway, are known to be critical for normal thymocyte development. However, it is largely unknown if it has a role in regulating mature T cell activation and T cell-mediated immune responses. In this study, we demonstrate that, like IL-7Ralpha and CD62L, TCF-1 and lymphoid enhancer-binding factor 1 exhibit dynamic expression changes during T cell responses, being highly expressed in naive T cells, downregulated in effector T cells, and upregulated again in memory T cells. Enforced expression of a p45 TCF-1 isoform limited the expansion of Ag-specific CD8 T cells in response to Listeria monocytogenes infection. However, when the p45 transgene was coupled with ectopic expression of stabilized beta-catenin, more Ag-specific memory CD8 T cells were generated, with enhanced ability to produce IL-2. Moreover, these memory CD8 T cells expanded to a larger number of secondary effectors and cleared bacteria faster when the immunized mice were rechallenged with virulent L. monocytogenes. Furthermore, in response to vaccinia virus or lymphocytic choriomeningitis virus infection, more Ag-specific memory CD8 T cells were generated in the presence of p45 and stabilized beta-catenin transgenes. Although activated Wnt signaling also resulted in larger numbers of Ag-specific memory CD4 T cells, their functional attributes and expansion after the secondary infection were not improved. Thus, constitutive activation of the canonical Wnt pathway favors memory CD8 T cell formation during initial immunization, resulting in enhanced immunity upon second encounter with the same pathogen.