Establishing the C. elegans uterine seam cell (utse) as a novel model for studying cell behavior

The molecular inputs necessary for cell behavior are vital to our understanding of development and disease. Proper cell behavior is necessary for processes ranging from creating one’s face (neural crest migration) to spreading cancer from one tissue to another (invasive metastatic cancers). Identifying the genes and tissues involved in cell behavior not only increases our understanding of biology but also has the potential to create targeted therapies in diseases hallmarked by aberrant cell behavior.

A well-characterized model system is key to determining the molecular and spatial inputs necessary for cell behavior. In this work I present the C. elegans uterine seam cell (utse) as an ideal model for studying cell outgrowth and shape change. The utse is an H-shaped cell within the hermaphrodite uterus that functions in attaching the uterus to the body wall. Over L4 larval stage, the utse grows bidirectionally along the anterior-posterior axis, changing from an ellipsoidal shape to an elongated H-shape. Spatially, the utse requires the presence of the uterine toroid cells, sex muscles, and the anchor cell nucleus in order to properly grow outward. Several gene families are involved in utse development, including Trio, Nav, Rab GTPases, Arp2/3, as well as 54 other genes found from a candidate RNAi screen. The utse can be used as a model system for studying metastatic cancer. Meprin proteases are involved in promoting invasiveness of metastatic cancers and the meprin-likw genes nas-21, nas-22, and toh-1 act similarly within the utse. Studying nas-21 activity has also led to the discovery of novel upstream inhibitors and activators as well as targets of nas-21, some of which have been characterized to affect meprin activity. This illustrates that the utse can be used as an in vivo model for learning more about meprins, as well as various other proteins involved in metastasis.

Identification of genes differentially expressed in wild type and Purkinje cell degeneration mice

Purkinje cell degeneration (pcd) mice are characterized by death of virtually all cerebellar Purkinje cells by postnatal day 30. In this study, we used DNA microarray analysis to investigate differences in gene expression between the brains of wild type and pcd mice on postnatal day 20, before the appearance of clear-cut phenotypic abnormalities. We identified 300 differentially expressed genes, most of which were involved in metabolic and physiological processes. Among the differentially expressed genes were several calcium binding proteins including calbindin -28k, paravalbumin, matrix gamma-carboxygluta mate protein and synaptotagamins 1 and 13, suggesting the involvement of abnormal Ca2+ signaling in the pcd phenotype.

Cell surface beta 1, 4-galactosyltransferase 1 promotes apoptosis by inhibiting epidermal growth factor receptor pathway.

Our previous studies have shown that overexpression of beta1,4-galactosyltransferase1 (beta1,4GT1) leads to increased apoptosis induced by cycloheximide (CHX) in SMMC-7721 human hepatocarcinoma cells. However, the role of beta1,4GT1 in apoptosis remains unclear. Here we demonstrated that cell surface beta1,4GT1 inhibited the autophosphorylation of epidermal growth factor receptor (EGFR) especially at Try 1068. The phosphorylation of protein kinase B (PKB/Akt) and extracellular signal-regulated protein kinase1/2 (ERK1/2), which are downstream molecules of EGFR, were also reduced in cell surface beta1,4GT1-overexpressing cells. Furthermore, the translocations of Bad and Bax that are regulated by PKB/Akt and ERK1/2 were also increased in these cells. As a result, the release of cytochrome c from mitochondria to cytosol was increased and caspase-3 was activated. In contrast, RNAi-mediated knockdown of beta1,4GT1 increased the autophosphorylation of EGFR. These results demonstrated that cell surface beta1,4GT1 may negatively regulate cell survival possibly through inhibiting and modulating EGFR signaling pathway.

Inheritance of histone H3 variants across mitotic cell divisions

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Molecular Biology.

Molecular mechanisms for a switch-like mating decision in Saccharomyces cerevisiae

Les changements évolutifs nous instruisent sur les nombreuses innovations permettant à chaque organisme de maximiser ses aptitudes en choisissant le partenaire approprié, telles que les caractéristiques sexuelles secondaires, les patrons comportementaux, les attractifs chimiques et les mécanismes sensoriels y répondant. L'haploïde de la levure Saccharomyces cerevisiae distingue son partenaire en interprétant le gradient de la concentration d'une phéromone sécrétée par les partenaires potentiels grâce à un réseau de protéines signalétiques de type kinase activées par la mitose (MAPK). La décision de la liaison sexuelle chez la levure est un événement en "tout–ourien", à la manière d'un interrupteur. Les cellules haploïdes choisissent leur partenaire sexuel en fonction de la concentration de phéromones qu’il produit. Seul le partenaire à proximité sécrétant des concentrations de phéromones égales ou supérieures à une concentration critique est retenu. Les faibles signaux de phéromones sont attribués à des partenaires pouvant mener à des accouplements infructueux. Notre compréhension du mécanisme moléculaire contrôlant cet interrupteur de la décision d'accouplement reste encore mince. Dans le cadre de la présente thèse, je démontre que le mécanisme de décision de la liaison sexuelle provient de la compétition pour le contrôle de l'état de phosphorylation de quatre sites sur la protéine d'échafaudage Ste5, entre la MAPK, Fus3, et la phosphatase,Ptc1. Cette compétition résulte en la dissociation de type « intérupteur » entre Fus3 et Ste5, nécessaire à la prise de décision d'accouplement en "tout-ou-rien". Ainsi, la décision de la liaison sexuelle s'effectue à une étape précoce de la voie de réponse aux phéromones et se produit rapidement, peut-être dans le but de prévenir la perte d’un partenaire potentiel. Nous argumentons que l'architecture du circuit Fus3-Ste5-Ptc1 génère un mécanisme inédit d'ultrasensibilité, ressemblant à "l'ultrasensibilité d'ordre zéro", qui résiste aux variations de concentration de ces protéines. Cette robustesse assure que l'accouplement puisse se produire en dépit de la stochasticité cellulaire ou de variations génétiques entre individus.Je démontre, par la suite, qu'un évènement précoce en réponse aux signaux extracellulaires recrutant Ste5 à la membrane plasmique est également ultrasensible à l'augmentation de la concentration de phéromones et que cette ultrasensibilité est engendrée par la déphosphorylation de huit phosphosites en N-terminal sur Ste5 par la phosphatase Ptc1 lorsqu'elle est associée à Ste5 via la protéine polarisante, Bem1. L'interférence dans ce mécanisme provoque une perte de l'ultrasensibilité et réduit, du même coup, l'amplitude et la fidélité de la voie de réponse aux phéromones à la stimulation. Ces changements se reflètent en une réduction de la fidélité et de la précision de la morphologie attribuable à la réponse d'accouplement. La polarisation dans l'assemblage du complexe protéique à la surface de la membrane plasmique est un thème général persistant dans tous les organismes, de la bactérie à l'humain. Un tel complexe est en mesure d'accroître l'efficacité, la fidélité et la spécificité de la transmission du signal. L'ensemble de nos découvertes démontre que l'ultrasensibilité, la précision et la robustesse de la réponse aux phéromones découlent de la régulation de la phosphorylation stoichiométrique de deux groupes de phosphosites sur Ste5, par la phosphatase Ptc1, un groupe effectuant le recrutement ultrasensible de Ste5 à la membrane et un autre incitant la dissociation et l'activation ultrasensible de la MAPK terminal Fus3. Le rôle modulateur de Ste5 dans la décision de la destinée cellulaire étend le répertoire fonctionnel des protéines d'échafaudage bien au-delà de l'accessoire dans la spécificité et l'efficacité des traitements de l'information. La régulation de la dynamique des caractères signal-réponse à travers une telle régulation modulaire des groupes de phosphosites sur des protéines d'échafaudage combinées à l'assemblage à la membrane peut être un moyen général par lequel la polarisation du destin cellulaire est obtenue. Des mécanismes similaires peuvent contrôler les décisions cellulaires dans les organismes complexes et peuvent être compromis dans des dérèglements cellulaires, tel que le cancer. Finalement, sur un thème relié, je présente la découverte d'un nouveau mécanisme où le seuil de la concentration de phéromones est contrôlé par une voie sensorielle de nutriments, ajustant, de cette manière, le point prédéterminé dans lequel la quantité et la qualité des nutriments accessibles dans l'environnement déterminent le seuil à partir duquel la levure s'accouple. La sous-unité régulatrice de la kinase à protéine A (PKA),Bcy1, une composante clé du réseau signalétique du senseur aux nutriments, interagit directement avec la sous-unité α des petites protéines G, Gpa1, le premier effecteur dans le réseau de réponse aux phéromones. L'interaction Bcy1-Gpa1 est accrue lorsque la cellule croit en présence d'un sucre idéal, le glucose, diminuant la concentration seuil auquel la décision d'accouplement est activée. Compromettre l'interaction Bcy1-Gpa1 ou inactiver Bcy1 accroît la concentration seuil nécessaire à une réponse aux phéromones. Nous argumentons qu'en ajustant leur sensibilité, les levures peuvent intégrer le stimulus provenant des phéromones au niveau du glucose extracellulaire, priorisant la décision de survie dans un milieu pauvre ou continuer leur cycle sexuel en choisissant un accouplement.

Cell wall composition regulates cell shape and growth behaviour in pollen tubes

L’une des particularités fondamentales caractérisant les cellules végétales des cellules animales est la présence de la paroi cellulaire entourant le protoplaste. La paroi cellulaire joue un rôle primordial dans (1) la protection du protoplaste, (2) est impliquée dans les mécanismes de filtration et (3) est le lieu de maintes réactions biochimiques nécessaires à la régulation du métabolisme et des propriétés mécaniques de la cellule. Les propriétés locales d’élasticité, d’extensibilité, de plasticité et de dureté des composants pariétaux déterminent la géométrie et la forme des cellules lors des processus de différentiation et de morphogenèse. Le but de ma thèse est de comprendre les rôles que jouent les différents composants pariétaux dans le modelage de la géométrie et le contrôle de la croissance des cellules végétales. Pour atteindre cet objectif, le modèle cellulaire sur lequel je me suis basé est le tube pollinique ou gamétophyte mâle. Le tube pollinique est une protubérance cellulaire qui se forme à partir du grain de pollen à la suite de son contact avec le stigmate. Sa fonction est la livraison des cellules spermatiques à l’ovaire pour effectuer la double fécondation. Le tube pollinique est une cellule à croissance apicale, caractérisée par la simple composition de sa paroi et par sa vitesse de croissance qui est la plus rapide du règne végétal. Ces propriétés uniques font du tube pollinique le modèle idéal pour l’étude des effets à courts termes du stress sur la croissance et le métabolisme cellulaire ainsi que sur les propriétés mécaniques de la paroi. La paroi du tube pollinique est composée de trois composantes polysaccharidiques : pectines, cellulose et callose et d’une multitude de protéines. Pour comprendre les effets que jouent ces différents composants dans la régulation de la croissance du tube pollinique, j’ai étudié les effets de mutations, de traitements enzymatiques, de l’hyper-gravité et de la gravité omni-directionnelle sur la paroi du tube pollinique. En utilisant des méthodes de modélisation mathématiques combinées à de la biologie moléculaire et de la microscopie à fluorescence et électronique à haute résolution, j’ai montré que (1) la régulation de la chimie des pectines est primordiale pour le contrôle du taux de croissance et de la forme du tube et que (2) la cellulose détermine le diamètre du tube pollinique en partie sub-apicale. De plus, j’ai examiné le rôle d’un groupe d’enzymes digestives de pectines exprimées durant le développement du tube pollinique : les pectate lyases. J’ai montré que ces enzymes sont requises lors de l’initiation de la germination du pollen. J’ai notamment directement prouvé que les pectate lyases sont sécrétées par le tube pollinique dans le but de faciliter sa pénétration au travers du style.

Molecular mechanisms underlying deficient neurogenesis in Alzheimer’s disease

La neurogenèse est présente, dans le cerveau adulte, dans la zone sous-ventriculaire (ZSV) encadrant les ventricules latéraux et dans le gyrus dentelé (GD) de l’hippocampe, permettant l’apprentissage, la mémoire et la fonction olfactive. Ces micro-environnements possèdent des signaux contrôlant l’auto-renouvellement des cellules souches neurales (CSN), leur prolifération, leur destin et leur différenciation. Or, lors du vieillissement, les capacités régénératives et homéostatiques et la neurogenèse déclinent. Les patients atteints de la maladie d’Alzheimer (MA), comme le modèle animal reproduisant cette maladie (3xTg-AD), montrent une accélération des phénotypes liés au vieillissement dont une diminution de la neurogenèse. Notre hypothèse est que la découverte des mécanismes affectant la neurogenèse, lors du vieillissement et de la MA, pourrait fournir de nouvelles cibles thérapeutiques pour prévenir le déclin cognitif. Les études sur l’âge d’apparition et les mécanismes altérant la neurogenèse dans la MA sont contrastées et nous ont guidé vers deux études. L’examen des changements dans les étapes de la neurogenèse lors du vieillissement et du développement de la neuropathologie. Nous avons étudié la ZSV, les bulbes olfactifs et le GD de souris femelles de 11 et 18 mois, et l’apparition des deux pathologies associées à la MA : les plaques amyloïdes et les enchevêtrements neurofibrillaires. Nous avons découvert que les souris 3xTg-AD possèdent moins de cellules en prolifération, de progéniteurs et de neuroblastes, induisant une diminution de l’intégration de nouvelles cellules dans le GD et les bulbes olfactifs. Notons que le taux de neurogenèse chez ces souris de 11 mois est similaire à celui des souris de phénotype sauvage de 18 mois, indiquant une accélération des changements liés au vieillissement dans la MA. Dans la ZSV, nous avons aussi démontré une accumulation de gouttelettes lipidiques, suggérant des changements dans l’organisation et le métabolisme de la niche. Enfin, nous avons démontré que le déficit de la neurogenèse apparait lors des premières étapes de la MA, avant l’apparition des plaques amyloïdes et des enchevêtrements neurofibrillaires. A l’examen des mécanismes inhibant la neurogenèse lors de la MA, nous voyons que chez des souris de 5 mois, le déficit de la neurogenèse dans la ZSV et le GD est corrélé avec l’accumulation de lipides, qui coïncide avec l’apparition du déclin cognitif. Nous avons aussi découvert que dans le cerveau humain de patients atteints de la MA et dans les 3xTg-AD, des gouttelettes lipidiques s’accumulaient dans les cellules épendymaires, représentant le principal soutien des CSN de la niche. Ces lipides sont des triglycérides enrichis en acide oléique qui proviennent de la niche et pas d’une défaillance du système périphérique. De plus, l’infusion locale d’acide oléique chez des souris de phénotype sauvage permet de reproduire l’accumulation de triglycérides dans les cellules épendymaires, comme dans la MA. Ces gouttelettes induisent un dérèglement de la voie de signalisation Akt-FoxO3 dans les CSN, menant à l’inhibition de leur activation in vitro et in vivo. Ces résultats permettent une meilleure compréhension de la régulation de la neurogenèse par le métabolisme lipidique. Nous avons démontré un nouveau mécanisme par lequel l’accumulation des lipides dans la ZSV induit une inhibition des capacités de prolifération et de régénération des CSN lors de la MA. Les travaux futurs permettront de comprendre comment et pourquoi le métabolisme lipidique du cerveau est altéré dans la MA, ce qui pourrait offrir de nouvelles voies thérapeutiques pour la prévention et la régénération.

Convergencia de vías de señalización en un modelo de apoptosis

La sepsis es un evento inflamatorio generalizado del organismo inducido por un daño causado generalmente por un agente infeccioso. El patógeno más frecuentemente asociado con esta entidad es el Staphylococcus aureus, responsable de la inducción de apoptosis en células endoteliales debida a la producción de ceramida. Se ha descrito el efecto protector de la proteína C activada (PCA) en sepsis y su relación con la disminución de la apoptosis de las células endoteliales. En este trabajo se analizó la activación de las quinasas AKT, ASK1, SAPK/JNK y p38 en un modelo de apoptosis endotelial usando las técnicas de Western Blotting y ELISA. Las células endoteliales (EA.hy926), se trataron con C2-ceramida (130μM) en presencia de inhibidores químicos de cada una de estas quinasas y PCA. La supervivencia de las células en presencia de inhibidores químicos y PCA fue evaluada por medio de ensayos de activación de las caspasas 3, 7 y 9, que verificaban la muerte celular por apoptosis. Los resultados evidencian que la ceramida reduce la activación de AKT y aumenta la activación de las quinasas ASK, SAPK/JNK y p38, en tanto que PCA ejerce el efecto contrario. Adicionalmente se encontró que la tiorredoxina incrementa la activación/fosforilación de AKT, mientras que la quinasa p38 induce la defosforilación de AKT.

CCP1/Nna1 functions in protein turnover in mouse brain: Implications for cell death in Purkinje cell degeneration mice

Purkinje cell degeneration (pcd) mice have a mutation within the gene encoding cytosolic carboxypeptidase 1 (CCP1/Nna1), which has homology to metallocarboxypeptidases. To assess the function of CCP1/Nna1, quantitative proteomics and peptidomics approaches were used to compare proteins and peptides in mutant and wild-type mice. Hundreds of peptides derived from cytosolic and mitochondrial proteins are greatly elevated in pcd mouse hypothalamus, amygdala, cortex, prefrontal cortex, and striatum. However, the major proteins detected on 2-D gel electrophoresis were present in mutant and wild-type mouse cortex and hypothalamus at comparable levels, and proteasome activity is normal in these brain regions of pcd mice, suggesting that the increase in cellular peptide levels in the pcd mice is due to reduced degradation of the peptides downstream of the proteasome. Both nondegenerating and degenerating regions of pcd mouse brain, but not wild-type mouse brain, show elevated autophagy, which can be triggered by a decrease in amino acid levels. Taken together with previous studies on CCP1/Nna1, these data suggest that CCP1/Nna1 plays a role in protein turnover by cleaving proteasome-generated peptides into amino acids and that decreased peptide turnover in the pcd mice leads to cell death.-Berezniuk, I., Sironi, J., Callaway, M. B., Castro, L. M., Hirata, I. Y., Ferro, E. S., Fricker, L. D. CCP1/Nna1 functions in protein turnover in mouse brain: Implications for cell death in Purkinje cell degeneration mice. FASEB J. 24, 1813-1823 (2010). www.fasebj.org

Adhesion and protease activity in cell lines from human salivary gland tumors are regulated by the laminin-derived peptide AG73, syndecan-1 and beta 1 integrin

We studied the induction of protease activity by the laminin alpha 1-derived peptide AG73 in cells from adenoid cystic carcinoma (CAC2) and myoepithelioma (M1), respectively a malignant and a benign salivary gland tumors. Laminin alpha 1 chain and MMP9 were immunolocalized in adenoid cystic carcinoma and myoepithelioma in vivo and in vitro. Cells grown inside AG73-enriched laminin-111 exhibited large spaces in the extracellular matrix, suggestive of remodeling. The broad spectrum MMP inhibitor GM6001 decreased spaces induced by AG73 in CAC2 and M I cells. This result strongly suggests that AG73-mediated matrix remodeling involves matrix metalloproteinases. CAC2 and M1 cells cultured on AG73 showed a dose-dependent increase of MMP9 secretion, as detected by zymography. Furthermore, siRNA silencing of MMP9 decreased remodeling in 3D cultures. We searched for AG73 receptors regulating MMP9 activity in our cell lines. CAC2 and M1 cells grown on AG73 exhibited colocalization of syndecan-1 and beta 1 integrin. siRNA knockdown of syndecan-1 expression in these cells resulted in decreased adhesion to AG73 and reduced protease and remodeling activity. We investigated syndecan-1 co-receptors in both cell lines. Silencing beta 1 integrin inhibited adhesion to AG73, matrix remodeling and protease activity. Double-knockdown experiments were carried out to further explore syndecan-1 and beta 1 integrin cooperation. CAC2 cells transfected with both syndecan-1 and beta 1 integrin siRNA oligos showed significant decrease in adhesion to AG73. Simultaneous silencing of receptors also induced a decrease in protease activity. Our results suggest that syndecan-1 and beta 1 integrin signaling downstream of AG73 regulate adhesion and MMP production by CAC2 and M1 cells. (c) 2008 Elsevier B.V./International Society of Matrix Biology. All rights reserved.

The novel ruthenium-gamma-linolenic complex [Ru(2)(aGLA)(4)Cl] inhibits C6 rat glioma cell proliferation and induces changes in mitochondrial membrane potential, increased reactive oxygen species generation and apoptosis in vitro

The present study reports the synthesis of a novel compound with the formula [Ru(2)(aGLA)(4)Cl] according to elemental analyses data, referred to as Ru(2)GLA. The electronic spectra of Ru(2)GLA is typical of a mixed valent diruthenium(II,III) carboxylate. Ru(2)GLA was synthesized with the aim of combining and possibly improving the anti-tumour properties of the two active components ruthenium and gamma-linolenic acid (GLA). The properties of Ru(2)GLA were tested in C6 rat glioma cells by analysing cell number, viability, lipid droplet formation, apoptosis, cell cycle distribution, mitochondrial membrane potential and reactive oxygen species. Ru(2)GLA inhibited cell proliferation in a time and concentration dependent manner. Nile Red staining suggested that Ru(2)GLA enters the cells and ICP-AES elemental analysis found all increase in ruthenium from <0.02 to 425 mg/Kg in treated cells. The sub-G1 apoptotic cell population was increased by Ru(2)GLA (22 +/- 5.2%) when analysed by FACS and this was confirmed by Hoechst staining of nuclei. Mitochondrial membrane potential was decreased in the presence of Ru(2)GLA (44 +/- 2.3%). In contrast, the cells which maintained a high mitochondrial membrane potential had an increase (18 +/- 1.5%) in reactive oxygen species generation. Both decreased mitochondrial membrane potential and increased reactive oxygen species generation may be involved in triggering apoptosis in Ru(2)GLA exposed cells. The EC(50) for Ru(2)GLA decreased with increasing time of exposure from 285 mu M at 24h, 211 mu M at 48 h to 81 mu M at 72 h. In conclusion, Ru(2)GLA is a novel drug with anti proliferative properties in C6 glioma cells and is a potential candidate for novel therapies in gliomas. Copyright (C) 2009 John Wiley & Sons, Ltd.

Cell cycle sensing of oxidative stress in saccharomyces cerevisiae by oxidation of a specific cysteine residue in the transcription factor Swi6p

Yeast cells begin to bud and enter S phase when growth conditions are favourable during G1 phase. When subjected to some oxidative stresses, cells delay entry at G1 allowing repair of cellular damage. Hence, oxidative stress sensing is coordinated with the regulation of cell cycle. We identified a novel function of the cell-cycle regulator of Saccharomyces cerevisiae, Swi6p, as a redox sensor through its cysteine residue at position 404. When alanine was substituted at this position, the resultant mutant, C404A, was sensitive to several reactive oxygen species and oxidants including linoleic acid hydroperoxide, the superoxide anion and diamide. This mutant lost the ability to arrest in G1 phase upon treatment with lipid hydroperoxide. The Cys404 residue of Swi6p in wild-type cells was oxidised to a sulfenic acid when cells were subjected to linoleic acid hydroperoxide. Mutation of Cys404 to Ala abolished the down-regulation of expression of the G1 cyclin genes CLN1, CLN2, PCL1 and PCL2 that occurred when cells of the wild type were exposed to the lipid hydroperoxide. In conclusion, oxidative stress signaling for cell-cycle regulation occurs through oxidation of the G1/S-speicific transcription factor Swi6p and consequently leads to suppression of the expression of G1-cyclins and delay in cells entering the cell cycle.

Preserving the B-Cell Compartment Favors Operational Tolerance in Human Renal Transplantation

Transplanted individuals in operational tolerance (OT) maintain long-term stable graft function after completely stopping immunosuppression. Understanding the mechanisms involved in OT can provide valuable information about pathways to human transplantation tolerance. Here we report that operationally tolerant individuals display quantitative and functional preservation of the B-c ell compartment in renal transplantation. OT exhibited normal numbers of circulating total B cells, naive, memory and regulatory B cells (Bregs) as well as preserved B-cell receptor repertoire, similar to healthy individuals. In addition, OT also displayed conserved capacity to activate the cluster of differentiation 40 (CD40)/signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) signaling pathway in Bregs, in contrast, with chronic rejection. Rather than expansion or higher activation, we show that the preservation of the B-cell compartment favors OT. Online address: http://www.molmed.org doi: 10.2119/molmed.2011.00281

Ultrabithorax Confers Spatial Identity in a Context-Specific Manner in the Drosophila Postembryonic Ventral Nervous System

In holometabolous insects such as Drosophila melanogaster, neuroblasts produce an initial population of diverse neurons during embryogenesis and a much larger set of adult-specific neurons during larval life. In the ventral CNS, many of these secondary neuronal lineages differ significantly from one body segment to another, suggesting a role for anteroposterior patterning genes. Here we systematically characterize the expression pattern and function of the Hox gene Ultrabithorax (Ubx) in all 25 postembryonic lineages. We find that Ubx is expressed in a segment-, lineage-, and hemilineage-specific manner in the thoracic and anterior abdominal segments. When Ubx is removed from neuroblasts via mitotic recombination, neurons in these segments exhibit the morphologies and survival patterns of their anterior thoracic counterparts. Conversely, when Ubx is ectopically expressed in anterior thoracic segments, neurons exhibit complementary posterior transformation phenotypes. Our findings demonstrate that Ubx plays a critical role in conferring segment-appropriate morphology and survival on individual neurons in the adult-specific ventral CNS. Moreover, while always conferring spatial identity in some sense, Ubx has been co-opted during evolution for distinct and even opposite functions in different neuronal hemilineages.

Comparative Ultrastructure and Molecular Phylogeny of Selenidium melongena n. sp and S. terebellae Ray 1930 Demonstrate Niche Partitioning in Marine Gregarine Parasites (Apicomplexa)

Gregarine apicomplexans are a diverse group of single-celled parasites that have feeding stages (trophozoites) and gamonts that generally inhabit the extracellular spaces of invertebrate hosts living in marine, freshwater, and terrestrial environments. Inferences about the evolutionary morphology of gregarine apicomplexans are being incrementally refined by molecular phylogenetic data, which suggest that several traits associated with the feeding cells of gregarines arose by convergent evolution. The study reported here supports these inferences by showing how molecular data reveals traits that are phylogenetically misleading within the context of comparative morphology alone. We examined the ultrastructure and molecular phylogenetic positions of two gregarine species isolated from the spaghetti worm Thelepus japonicus: Selenidium terebellae Ray 1930 and S. melongena n. sp. The ultrastructural traits of S. terebellae were very similar to other species of Selenidium sensu stricto, such as having vermiform trophozoites with an apical complex, few epicytic folds, and a dense array of microtubules underlying the trilayered pellicle. By contrast, S. melongena n. sp. lacked a comparably discrete assembly of subpellicular microtubules, instead employing a system of fibrils beneath the cell surface that supported a relatively dense array of helically arranged epicytic folds. Molecular phylogenetic analyses of small subunit rDNA sequences derived from single-cell PCR unexpectedly demonstrated that these two gregarines are close sister species. The ultrastructural differences between these two species were consistent with the fact that S. terebellae infects the inner lining of the host intestines, and S. melongena n. sp. primarily inhabits the coelom, infecting the outside wall of the host intestine. Altogether, these data demonstrate a compelling case of niche partitioning and associated morphological divergence in marine gregarine apicomplexans. (C) 2014 Elsevier GmbH. All rights reserved.