Dynamics of a Chemoattractant Receptor in Living Neutrophils during ChemotaxisV⃞

Persistent directional movement of neutrophils in shallow chemotactic gradients raises the possibility that cells can increase their sensitivity to the chemotactic signal at the front, relative to the back. Redistribution of chemoattractant receptors to the anterior pole of a polarized neutrophil could impose asymmetric sensitivity by increasing the relative strength of detected signals at the cell’s leading edge. Previous experiments have produced contradictory observations with respect to receptor location in moving neutrophils. To visualize a chemoattractant receptor directly during chemotaxis, we expressed a green fluorescent protein (GFP)-tagged receptor for a complement component, C5a, in a leukemia cell line, PLB-985. Differentiated PLB-985 cells, like neutrophils, adhere, spread, and polarize in response to a uniform concentration of chemoattractant, and orient and crawl toward a micropipette containing chemoattractant. Recorded in living cells, fluorescence of the tagged receptor, C5aR–GFP, shows no apparent increase anywhere on the plasma membrane of polarized and moving cells, even at the leading edge. During chemotaxis, however, some cells do exhibit increased amounts of highly folded plasma membrane at the leading edge, as detected by a fluorescent probe for membrane lipids; this is accompanied by an apparent increase of C5aR–GFP fluorescence, which is directly proportional to the accumulation of plasma membrane. Thus neutrophils do not actively concentrate chemoattractant receptors at the leading edge during chemotaxis, although asymmetrical distribution of membrane may enrich receptor number, relative to adjacent cytoplasmic volume, at the anterior pole of some polarized cells. This enrichment could help to maintain persistent migration in a shallow gradient of chemoattractant.

Osmotic Water Permeability of Isolated Protoplasts. Modifications during Development1

A transference chamber was developed to measure the osmotic water permeability coefficient (Pos) in protoplasts 40 to 120 μm in diameter. The protoplast was held by a micropipette and submitted to a steep osmotic gradient created in the transference chamber. Pos was derived from the changes in protoplast dimensions, as measured using a light microscope. Permeabilities were in the range 1 to 1000 μm s−1 for the various types of protoplasts tested. The precision for Pos was ≤40%, and within this limit, no asymmetry in the water fluxes was observed. Measurements on protoplasts isolated from 2- to 5-d-old roots revealed a dramatic increase in Pos during root development. A shift in Pos from 10 to 500 μm s−1 occurred within less than 48 h. This phenomenon was found in maize (Zea mays), wheat (Triticum aestivum), and rape (Brassica napus) roots. These results show that early developmental processes modify water-transport properties of the plasma membrane, and that the transference chamber is adapted to the study of water-transport mechanisms in native membranes.

The differential adhesion forces of anterior cruciate and medial collateral ligament fibroblasts: effects of tropomodulin, talin, vinculin, and alpha-actinin.

We have determined the effects of tropomodulin (Tmod), talin, vinculin, and alpha-actinin on ligament fibroblast adhesion. The anterior cruciate ligament (ACL), which lacks a functional healing response, and the medial collateral ligament (MCL), a functionally healing ligament, were selected for this study. The micropipette aspiration technique was used to determine the forces needed to separate ACL and MCL cells from a fibronectin-coated surface. Delivery of exogenous tropomodulin, an actin-filament capping protein, into MCL fibroblasts significantly increased adhesion, whereas its monoclonal antibody (mAb) significantly decreased cell adhesiveness. However, for ACL fibroblasts, Tmod significantly reduced adhesion, whereas its mAb had no effect. mAbs to talin, vinculin, and alpha-actinin significantly decreased the adhesion of both ACL and MCL cells with increasing concentrations of antibody, and also reduced stress fiber formation and cell spreading rate as revealed by immunofluorescence microscopy. Disruption of actin filament and microtubule assembly with cytochalasin D and colchicine, respectively, also significantly reduced adhesion in ACL and MCL cells. In conclusion, both ACL and MCL fibroblast adhesion depends on cytoskeletal assembly; however, this dependence differs between ACL and MCL fibroblasts in many ways, especially in the role of Tmod. These results add yet another possible factor in explaining the clinical differences in healing between the ACL and the MCL.

In situ isolation of mRNA from individual plant cells: creation of cell-specific cDNA libraries.

A method for isolating and cloning mRNA populations from individual cells in living, intact plant tissues is described. The contents of individual cells were aspirated into micropipette tips filled with RNA extraction buffer. The mRNA from these cells was purified by binding to oligo(dT)-linked magnetic beads and amplified on the beads using reverse transcription and PCR. The cell-specific nature of the isolated mRNA was verified by creating cDNA libraries from individual tomato leaf epidermal and guard cell mRNA preparations. In testing the reproducibility of the method, we discovered an inherent limitation of PCR amplification from small amounts of any complex template. This phenomenon, which we have termed the "Monte Carlo" effect, is created by small and random differences in amplification efficiency between individual templates in an amplifying cDNA population. The Monte Carlo effect is dependent upon template concentration: the lower the abundance of any template, the less likely its true abundance will be reflected in the amplified library. Quantitative assessment of the Monte Carlo effect revealed that only rare mRNAs (< or = 0.04% of polyadenylylated mRNA) exhibited significant variation in amplification at the single-cell level. The cDNA cloning approach we describe should be useful for a broad range of cell-specific biological applications.

Les récepteurs GPR91 et GPR99 et leur implication dans le développement du système nerveux visuel

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) démontrent de plus en plus de capacités à activer des mécanismes jusqu’alors associés à des facteurs de transcription ou des molécules d’adhésion. En effet, de nouvelles preuves rapportent qu’ils pourraient également participer au guidage axonal qui est le mécanisme permettant aux axones de cellules nerveuses de rejoindre leur cible anatomique. Le guidage axonal se fait par l’interaction entre les molécules de guidage et une structure particulière présente à l’extrémité de l’axone, le cône de croissance. Par exemple, les RCPGs participent au guidage des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR), dont les axones s’étendent de la rétine jusqu’au noyaux cérébraux associés à la vision. Cet effet est observé avec des RCPGs tels que les récepteurs aux cannabinoïdes (CB1 et CB2) et celui du lysophosphatidylinositol, le GPR55. Les RCPGs GPR91 et GPRG99, respectivement récepteurs au succinate et à l’α-cétoglutarate, se trouvent à la surface de ces CGRs, ce qui en font des candidats potentiels pouvant participer au guidage axonal. Dans ce mémoire, l’effet des ligands de ces récepteurs sur la croissance et la navigation des axones des CGRs fut analysé. L’impact produit par ces récepteurs ainsi que leurs ligands sur la morphologie des cônes de croissance fut déterminé en mesurant leur taille et le nombre de filopodes présents sur ces cônes. Pour évaluer le rôle du succinate et de l’a-cétoglutarate sur la croissance globale des axones de CGRs, la longueur totale des projections axonales d’explants rétiniens a été mesurée. L’effet de ces ligands des récepteurs GPR91 et GPR99 sur le guidage axonal a également été évalué en temps réel à l’aide d’un gradient créé par un micro injecteur placé à 45° et à 100µm du cône de croissance. La distribution in vivo des récepteurs GPR91 et GPR99 sur la rétine a été étudié à l’aide d’expériences d’immunohistochimie. Les résultats obtenus indiquent que l’ajout de 100µM de succinate produit une augmentation de la taille des cônes de croissance et du nombre de filopodes présents à leur surface. Il augmente également la croissance des axones. Ce type de réponse fut également observé lorsque les cellules furent soumises à 200µM d’α-cétoglutarate. Fait à noter, les deux récepteurs n’ont pas d’impact sur le guidage axonal. Ces résultats indiquent donc que les agonistes des récepteurs GPR91 et GPR99 augmentent la croissance des cellules ganglionnaires lorsqu’ils sont présents lors du développement. Par contre, ils n’ont pas d’influence sur la direction prise par les cônes de croissance. Ces nouvelles données sont un pas de plus dans la compréhension des mécanismes qui gèrent et participent au développement et la croissance des CGRs, ce qui pourrait donner de nouvelles cibles thérapeutique pouvant mener à la régénération de nerfs optiques endommagés.

Les récepteurs GPR91 et GPR99 et leur implication dans le développement du système nerveux visuel

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) démontrent de plus en plus de capacités à activer des mécanismes jusqu’alors associés à des facteurs de transcription ou des molécules d’adhésion. En effet, de nouvelles preuves rapportent qu’ils pourraient également participer au guidage axonal qui est le mécanisme permettant aux axones de cellules nerveuses de rejoindre leur cible anatomique. Le guidage axonal se fait par l’interaction entre les molécules de guidage et une structure particulière présente à l’extrémité de l’axone, le cône de croissance. Par exemple, les RCPGs participent au guidage des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR), dont les axones s’étendent de la rétine jusqu’au noyaux cérébraux associés à la vision. Cet effet est observé avec des RCPGs tels que les récepteurs aux cannabinoïdes (CB1 et CB2) et celui du lysophosphatidylinositol, le GPR55. Les RCPGs GPR91 et GPRG99, respectivement récepteurs au succinate et à l’α-cétoglutarate, se trouvent à la surface de ces CGRs, ce qui en font des candidats potentiels pouvant participer au guidage axonal. Dans ce mémoire, l’effet des ligands de ces récepteurs sur la croissance et la navigation des axones des CGRs fut analysé. L’impact produit par ces récepteurs ainsi que leurs ligands sur la morphologie des cônes de croissance fut déterminé en mesurant leur taille et le nombre de filopodes présents sur ces cônes. Pour évaluer le rôle du succinate et de l’a-cétoglutarate sur la croissance globale des axones de CGRs, la longueur totale des projections axonales d’explants rétiniens a été mesurée. L’effet de ces ligands des récepteurs GPR91 et GPR99 sur le guidage axonal a également été évalué en temps réel à l’aide d’un gradient créé par un micro injecteur placé à 45° et à 100µm du cône de croissance. La distribution in vivo des récepteurs GPR91 et GPR99 sur la rétine a été étudié à l’aide d’expériences d’immunohistochimie. Les résultats obtenus indiquent que l’ajout de 100µM de succinate produit une augmentation de la taille des cônes de croissance et du nombre de filopodes présents à leur surface. Il augmente également la croissance des axones. Ce type de réponse fut également observé lorsque les cellules furent soumises à 200µM d’α-cétoglutarate. Fait à noter, les deux récepteurs n’ont pas d’impact sur le guidage axonal. Ces résultats indiquent donc que les agonistes des récepteurs GPR91 et GPR99 augmentent la croissance des cellules ganglionnaires lorsqu’ils sont présents lors du développement. Par contre, ils n’ont pas d’influence sur la direction prise par les cônes de croissance. Ces nouvelles données sont un pas de plus dans la compréhension des mécanismes qui gèrent et participent au développement et la croissance des CGRs, ce qui pourrait donner de nouvelles cibles thérapeutique pouvant mener à la régénération de nerfs optiques endommagés.