Ultrastructural and Histological Study of Oogenesis and Oocyte Degeneration in the PenshellAtrina maura(Bivalvia: Pinnidae)

The successive stages of oogenesis and the changes involved in the oocyte degeneration process in the penshell Atrina maura were examined using light and transmission electron microscopy. The ovarian maturation process is asynchronous, as oocytes at different developmental stages can be found simultaneously. Oocytes develop from oogonia and then undergo three distinct stages of oogenesis: previtellogenesis, vitellogenesis and postvitellogenesis with mature oocytes. Atrina maura displays a solitary oogenesis type, in which follicular cells become associated with oocytes from the earliest stages of development and seem to play an integral role in vitellogenesis. The cytoplasm of vitellogenic oocytes contains numerous whorls of rough endoplasmic reticulum and Golgi bodies, suggesting that auto-synthetic vitellogenesis may occur in this species. In addition, the degeneration process of postvitellogenic oocytes triggered by a seasonal increase in water temperature (> 25°C) is described.

Ultrastructural and Histological Study of Oogenesis and Oocyte Degeneration in the PenshellAtrina maura(Bivalvia: Pinnidae)

The successive stages of oogenesis and the changes involved in the oocyte degeneration process in the penshell Atrina maura were examined using light and transmission electron microscopy. The ovarian maturation process is asynchronous, as oocytes at different developmental stages can be found simultaneously. Oocytes develop from oogonia and then undergo three distinct stages of oogenesis: previtellogenesis, vitellogenesis and postvitellogenesis with mature oocytes. Atrina maura displays a solitary oogenesis type, in which follicular cells become associated with oocytes from the earliest stages of development and seem to play an integral role in vitellogenesis. The cytoplasm of vitellogenic oocytes contains numerous whorls of rough endoplasmic reticulum and Golgi bodies, suggesting that auto-synthetic vitellogenesis may occur in this species. In addition, the degeneration process of postvitellogenic oocytes triggered by a seasonal increase in water temperature (> 25°C) is described.

La sécrétion de la protéine tau : mécanisme de propagation de la pathologie de tau dans la maladie d’Alzheimer.

Dans la maladie d’Alzheimer, il existe deux marqueurs histopathologiques : les plaques amyloïdes composées de la protéine amyloïde-bêta et les enchevêtrements neurofibrillaires (NFTs) composés de la protéine tau agrégée. Dans le cerveau, la propagation de la pathologie de tau est observée le long des circuits neuronaux connectés synaptiquement, selon une séquence de stades, caractérisés par le Docteur Braak en 1991. Chez les patients, le degré de démence corrèle avec le nombre de NFTs. Ces derniers apparaissent dans des régions précises du cerveau et se propagent, de manière prédictible, le long des projections neuronales à des stades plus tardifs de la pathologie. Il reste à éclaircir la manière dont les NFTs se propagent dans les différentes régions du cerveau. Dans notre laboratoire, nous avons émis l’hypothèse que la propagation de tau pourrait se produire par un processus de transmission de cellule à cellule. Ainsi, la protéine tau serait tout d’abord sécrétée par un neurone, puis endocytée par un neurone adjacent. Nos travaux de recherche se sont concentrés sur la sécrétion de la protéine tau. Dans une première étape, nous avons démontré l’existence de la sécrétion active de tau dans l’espace extracellulaire, en utilisant des modèles in vitro de cellules non neuronales et neuronales. Par la suite, nous avons caractérisé les formes de protéines tau sécrétées. Enfin dans un dernier temps, nous avons exploré les voies de sécrétion de la protéine tau ainsi que les mécanismes régulant ce phénomène. Nous avons réussi à moduler la sécrétion de tau en reproduisant plusieurs insultes observées dans la maladie d’Alzheimer. Nos recherches nous ont permis d’identifier l’appareil de Golgi comme étant une organelle dont la fragmentation augmente la sécrétion de la protéine tau. A la lumière de cette découverte, nous avons été capable de moduler la sécrétion de tau en ciblant spécifiquement l’activité de cdk5 et l’expression de rab1A contrôlant la morphologie du Golgi. Ainsi, nous avons réussi à diminuer significativement la sécrétion de la protéine tau. Nos travaux de recherche proposent de nouvelles cibles thérapeutiques pour la maladie d’Alzheimer, visant à diminuer la propagation de la pathologie de tau par de nouveaux mécanismes cellulaires.

The regulation of AMP-activated protein kinase by vascular endothelial growth factor

The function of the vascular endothelium is to maintain vascular homeostasis, by providing an anti-thrombotic, anti-inflammatory and vasodilatory interface between circulating blood and the vessel wall, meanwhile facilitating the selective passage of blood components such as signaling molecules and immune cells. Dysfunction of the vascular endothelium is implicated in a number of pathological states including atherosclerosis and hypertension, and is thought to precede atherogenesis by a number of years. Vascular endothelial growth factor A (VEGF) is a crucial mitogenic signaling molecule, not only essential for embryonic development, but also in the adult for regulating both physiological and pathological angiogenesis. Previous studies by our laboratory have demonstrated that VEGF-A activates AMP-activated protein kinase (AMPK), the downstream component of a signaling cascade important in the regulation of whole body and cellular energy status. Furthermore, studies in our laboratory have indicated that AMPK is essential for VEGF-A-stimulated vascular endothelial cell proliferation. AMPK activation typically stimulates anabolic processes and inhibits catabolic processes including cell proliferation, with the ultimate aim of redressing energy imbalance, and as such is an attractive therapeutic target for the treatment of obesity, metabolic syndromes, and type 2 diabetes. Metabolic diseases are associated with adverse cardiovascular outcomes and AMPK activation is reported to have beneficial effects on the vascular endothelium. The mechanism by which VEGF-A stimulates AMPK, and the functional consequences of VEGF-A-stimulated AMPK activation remain uncertain. The present study therefore aimed to identify the specific mechanism(s) by which VEGF-A regulates the activity of AMPK in endothelial cells, and how this might differ from the activation of AMPK by other agents. Furthermore, the role of AMPK in the pro-proliferative actions of VEGF-A was further examined. Human aortic and umbilical vein endothelial cells were therefore used as a model system to characterise the specific effect(s) of VEGF-A stimulation on AMPK activation. The present study reports that AMPK α1 containing AMPK complexes account for the vast majority of both basal and VEGF-A-stimulated AMPK activity. Furthermore, AMPK α1 is localized to the endoplasmic reticulum when sub-confluent, but translocated to the Golgi apparatus when cells are cultured to confluence. AMPK α2 appears to be associated with a structural cellular component, but neither α1 nor α2 complexes appear to translocate in response to VEGF-A stimulation. The present study confirms previous reports that when measured using the MTS cell proliferation assay, AMPK is required for VEGF-A-stimulated endothelial cell proliferation. However, parallel experiments measuring cell proliferation using the Real-Time Cell Analyzer xCELLigence system, do not agree with these previous reports, suggesting that AMPK may in fact be required for an aspect of mitochondrial metabolism which is enhanced by VEGF-A. Studies into the mitochondrial activity of endothelial cells have proved inconclusive at this time, but further studies into this are warranted. During previous studies in our laboratory, it was suggested that VEGF-A-stimulated AMPK activation may be mediated via the diacylglycerol (DAG)-sensitive transient receptor potential cation channel (TRPCs -3, -6 or -7) family of ion channels. The present study can neither confirm, nor exclude the expression of TRPCs in vascular endothelial cells, nor rule out their involvement in VEGF-A-stimulated AMPK activation; more specific investigative tools are required in order to characterise their involvement. Furthermore, nicotinic acid adenine dinucleotide phosphate (NAADP)-stimulated Ca2+ release from acidic intracellular organelles is not required for AMPK activation by VEGF-A. Despite what is known about the mechanisms by which AMPK is activated, far less is known concerning the downregulation of AMPK activity, as observed in human and animal models of metabolic disease. Phosphorylation of AMPK α1 Ser485 (α2 Ser491) has recently been characterised as a mechanism by which the activity of AMPK is negatively regulated. We report here for the first time that VEGF-A stimulates AMPK α1 Ser485 phosphorylation independently of the previously reported AMPK α1 Ser485 kinases Akt (protein kinase B) and ERK1/2 (extracellular signal-regulated kinase 1/2). Furthermore, inhibition of protein kinase C (PKC), the activity of which is reported to be elevated in metabolic disease, attenuates VEGF-A- and phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA)-stimulated AMPK α1 Ser485 phosphorylation, and increases basal AMPK activity. In contrast to this, PKC activation reduces AMPK activity in human vascular endothelial cells. Attempts to identify the PKC isoform responsible for inhibiting AMPK activity suggest that it is one (or more) of the Ca2+-regulated DAG-sensitive isoforms of PKC, however cross regulation of PKC isoform expression has limited the present study. Furthermore, AMPK α1 Ser485 phosphorylation was inversely correlated with human muscle insulin sensitivity. As such, enhanced AMPK α1 Ser485 phosphorylation, potentially mediated by increased PKC activation may help explain some of the reduced AMPK activity observed in metabolic disease.

Analiza proteomiczna kompleksów tworzonych przez białko hDPY30 w komórkach ludzkich

Wydział Biologii

TFG Promotes Organization of Transitional ER and Efficient Collagen Secretion

Collagen is the most abundant protein in the animal kingdom. It is of fundamental importance during development for cell differentiation and tissue morphogenesis as well as in pathological processes such as fibrosis and cancer cell migration. However, our understanding of the mechanisms of procollagen secretion remains limited. Here, we show that TFG organizes transitional ER (tER) and ER exit sites (ERESs) into larger structures. Depletion of TFG results in dispersion of tER elements that remain associated with individual ER-Golgi intermediate compartments (ERGICs) as largely functional ERESs. We show that TFG is not required for the transport and packaging of small soluble cargoes but is necessary for the export of procollagen from the ER. Our work therefore suggests a key relationship between the structure and function of ERESs and a central role for TFG in optimizing COPII assembly for procollagen export.

La sécrétion de la protéine tau : mécanisme de propagation de la pathologie de tau dans la maladie d’Alzheimer

Dans la maladie d’Alzheimer, il existe deux marqueurs histopathologiques : les plaques amyloïdes composées de la protéine amyloïde-bêta et les enchevêtrements neurofibrillaires (NFTs) composés de la protéine tau agrégée. Dans le cerveau, la propagation de la pathologie de tau est observée le long des circuits neuronaux connectés synaptiquement, selon une séquence de stades, caractérisés par le Docteur Braak en 1991. Chez les patients, le degré de démence corrèle avec le nombre de NFTs. Ces derniers apparaissent dans des régions précises du cerveau et se propagent, de manière prédictible, le long des projections neuronales à des stades plus tardifs de la pathologie. Il reste à éclaircir la manière dont les NFTs se propagent dans les différentes régions du cerveau. Dans notre laboratoire, nous avons émis l’hypothèse que la propagation de tau pourrait se produire par un processus de transmission de cellule à cellule. Ainsi, la protéine tau serait tout d’abord sécrétée par un neurone, puis endocytée par un neurone adjacent. Nos travaux de recherche se sont concentrés sur la sécrétion de la protéine tau. Dans une première étape, nous avons démontré l’existence de la sécrétion active de tau dans l’espace extracellulaire, en utilisant des modèles in vitro de cellules non neuronales et neuronales. Par la suite, nous avons caractérisé les formes de protéines tau sécrétées. Enfin dans un dernier temps, nous avons exploré les voies de sécrétion de la protéine tau ainsi que les mécanismes régulant ce phénomène. Nous avons réussi à moduler la sécrétion de tau en reproduisant plusieurs insultes observées dans la maladie d’Alzheimer. Nos recherches nous ont permis d’identifier l’appareil de Golgi comme étant une organelle dont la fragmentation augmente la sécrétion de la protéine tau. A la lumière de cette découverte, nous avons été capable de moduler la sécrétion de tau en ciblant spécifiquement l’activité de cdk5 et l’expression de rab1A contrôlant la morphologie du Golgi. Ainsi, nous avons réussi à diminuer significativement la sécrétion de la protéine tau. Nos travaux de recherche proposent de nouvelles cibles thérapeutiques pour la maladie d’Alzheimer, visant à diminuer la propagation de la pathologie de tau par de nouveaux mécanismes cellulaires.

Análisis transcripcional de la vía de secreción y metabolismo del metanol durante la producción de una proteína heteróloga en Pichia pastoris

La levadura metilotrófica Pichia pastoris es de gran importancia industrial principalmente en la producción de proteínas heterólogas. En un estudio reciente se emplearon cinco factores ambientales para definir condiciones de cultivo a nivel de bioreactor que condujeron a altos (CM) y bajos (CP) niveles de la producción extracelular de una fitasa recombinante en una cepa Muts de P. pastoris. Los resultados de este estudio mostraron que bajo las condiciones CM, la demanda y consumo de O2 y de metanol fueron más altos y condujeron a valores más altos en la velocidad específica de crecimiento (μ), biomasa (2.7 veces), niveles de producción de fitasa extracelular (5.5 veces) y rendimientos (Yp/x) que en CP. Con el fin de comprender los mecanismos de regulación transcripcional que afectan a la fisiología de P. pastoris por la sobre-producción de la proteína recombinante y las condiciones de cultivo, en este trabajo se realizó un análisis de expresión diferencial de genes (DGE) empleando la tecnología de secuenciación masiva de mRNA (RNAseq) de la cepa Muts de P. pastoris crecida bajo las condiciones CM y CP reportadas previamente. Además se validaron los resultados del estudio de DGE mediante RT-qPCR. Resultados: La expresión de 4,950 genes, el 93% de los genes totales anotados, fueron detectados. Se sub- y sobre-expresaron 350 y 413 genes respectivamente en CM respecto a CP. En CM vs CP se sobre-expresaron significativamente términos relacionados con la biosíntesis de aminoácidos, biosíntesis de nucleósidos de purina, regulación de la traducción, glicosilación de proteínas y mitosis, indicando una mayor actividad anabólica en CM. La transcripción del gen heterólogo y de los genes de la ruta de desasimilación del metanol no mostraron diferencias entre ambas condiciones de cultivo y fue inducida en metanol. Sin embargo las enzimas claves (DAS1 y DAS2) de la ruta de asimilación del metanol se sobre-expresaron significativamente en CM vs CP, indicando que CM está favorecida la producción de biomasa y la generación de energía a través de esta vía, explicando los valores más altos para la μ y biomasa obtenidos en CM respecto a CP. De 110 genes analizados involucrados en la vía de secreción, 20 se sobre-expresaron en CM vs CP, la sobre-expresión de estos genes indicaron que bajo las condiciones de CM, se presenta una mayor actividad transcipcional de los genes implicados en el transporte y translocación hacia el RE (15%), genes implicados en el plegamiento de proteínas en RE (25%), así como genes relacionados en el procesamieto de las proteínas a través del RE (30%) y Golgi (35%) que permitieron un estado fisiológico favorable para la secreción de la proteína heteróloga. De los 44 genes relacionados con el estrés en RE durante la secreción, en CM vs CP se sobre-expresaron genes UPR indicando, que bajo condiciones de CM, se promueve la expresión de genes relacionados con el plegamiento de proteínas y probablemente se evita el acumulamiento de proteínas mal plegadas. La sub-expresión de todos los genes relacionados con autofagia, es uno de los factores que podría explicar la menor actividad proteolítica observada en CM. Finalmente se observó una correlación entre los métodos de RNA-seq y RTqPCR (r2=0.7). Conclusiones: El análisis de la DGE señala que los factores ambientales en CM condujeron a la regulación de la expresión de genes del proceso de secreción y genes relacionados al estrés en RE durante la secreción que condujeron a valores de Yp/x, más altos en CM que en CP y no se atribuyen a una expresión diferencial del gen heterólogo. La regulación de la ruta del metanol hacia la asimilación y una mejor respuesta de adaptación al estrés en CM condujeron a un mayor crecimiento y producción de biomasa en CM que en CP.

Defining the role of NatC dependent N-terminal acetylation in Drosophila fertility

Dissertação de Mestrado, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2014

New insights into plant salt acclimation: the roles of vesicle trafficking and reactive oxygen species signalling in mitochondria and the endomembrane system

In this study, we investigated the cellular and molecular mechanisms that regulate salt acclimation. The main objective was to obtain new insights into the molecular mechanisms that control salt acclimation. Therefore, we carried out a multidisciplinary study using proteomic, transcriptomic, subcellular and physiological techniques. We obtained a Nicotiana tabacum BY-2 cell line acclimated to be grown at 258 mM NaCl as a model for this study. The proteomic and transcriptomic data indicate that the molecular response to stress (chaperones, defence proteins, etc.) is highly induced in these salt-acclimated cells. The subcellular results show that salt induces sodium compartmentalization in the cell vacuoles and seems to be mediated by vesicle trafficking in tobacco salt-acclimated cells. Our results demonstrate that abscisic acid (ABA) and proline metabolism are crucial in the cellular signalling of salt acclimation, probably regulating reactive oxygen species (ROS) production in the mitochondria. ROS may act as a retrograde signal, regulating the cell response. The network of endoplasmic reticulum and Golgi apparatus is highly altered in salt-acclimated cells. The molecular and subcellular analysis suggests that the unfolded protein response is induced in salt-acclimated cells. Finally, we propose that this mechanism may mediate cell death in salt-acclimated cells.

Caractérisation d’un effecteur de phosphoinositides chez le parasite de la malaria "Plasmodium falciparum"

La malaria est une maladie infectieuse causant plus de 500 000 morts chaque année. La maladie est causée par un protozoaire de la famille Plasmodium. L’apparition de souches résistantes aux traitements actuels et l’absence de vaccin efficace rendent la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques urgente. Le parasite possède un complexe apical, un groupement de vacuoles sécrétoires spécialisées contenant les protéines responsables de l’invasion du globule rouge. Nous nous intéressons aux mécanismes gouvernant le transport intracellulaire de ces protéines et à la biogenèse du complexe apical lors de la formation des nouveaux parasites. Plus particulièrement, nous nous intéressons au rôle des phosphoinositides dans le recrutement des protéines à la membrane de l’appareil de Golgi. Par analyse bio-informatique du génome de P. falciparum, nous avons identifié plusieurs protéines effectrices liant potentiellement les phosphoinositides. Les travaux présentés dans ce mémoire concernent Mal13P1.188, une protéine possédant un domaine Pleckstrin homology. Nous proposons que Mal13P1.188 ait un rôle dans la génération du complexe apical en recrutant les protéines le constituant à la membrane du Golgi par la liaison avec les phosphoinositides. Afin de vérifier nos hypothèses, nous avons généré une lignée de parasite dont le gène de Mal13P1.188 est fusionné avec une GFP et une hémagglutinine. À l’aide de cette lignée de parasite, nous avons pu identifier Mal13P1.188 à proximité de l’appareil de Golgi lorsque les parasites étaient sous la forme schizont du cycle érythrocytaire. D’autres expériences ont permis de confirmer que le domaine Pleckstrin homology de Mal13P1.188 était capable de reconnaître les différentes formes de phosphoinositides. Finalement, d’autres travaux devront être faits sur Mal13P1.188 afin de déterminer si elle est essentielle à la survie du parasite.