Involvement of the actin cytoskeleton and p21rho-family GTPases in the pathogenesis of the human protozoan parasite Entamoeba histolytica

It has been estimated that infection with the enteric protozoan parasite Entamoeba histolytica kills more than 50,000 people a year. Central to the pathogenesis of this organism is its ability to directly lyse host cells and cause tissue destruction. Amebic lesions show evidence of cell lysis, tissue necrosis, and damage to the extracellular matrix. The specific molecular mechanisms by which these events are initiated, transmitted, and effected are just beginning to be uncovered. In this article we review what is known about host cell adherence and contact-dependent cytolysis. We cover the involvement of the actin cytoskeleton and small GTP-binding proteins of the p21rho-family in the process of cell killing and phagocytosis, and also look at how amebic interactions with molecules of the extracellular matrix contribute to its cytopathic effects.

The erythrocyte cytoskeleton protein 4.2 is not demonstrable in several mammalian species

Erythrocyte membrane proteins from 44 representative mammals were studied. Protein 4.2 was not detected in guinea pigs (Cavia porcellus) (N = 14), Southern Brazilian swamp large rats (Myocastor coypus) (N = 2), cutias (Dasyprocta sp) (N = 4), and horses (Equus caballus) (N = 13). These animals also presented high ankyrin concentrations except for the horse which did not exhibit a sharp band, although minor components located between proteins 2 and 3 could account for the ankyrin family. The rodents studied did present band 6, which was not detectable in other common rodents such as white rats (Rattus norvegicus) (N = 9) and mice (Mus musculus) (N = 12). Since the absence of protein 4.2 does not disrupt the cytoskeleton membrane, we suggest that it is not an essential protein. Its absence may be compensated physiologically by the higher ankyrin concentration observed.

Prokaryotic expression of a novel mouse pro-apoptosis protein PNAS-4 and application of its polyclonal antibodies

Mouse PNAS-4 (mPNAS-4) has 96% identity with human PNAS-4 (hPNAS-4) in primary sequence and has been reported to be involved in the apoptotic response to DNA damage. However, there have been no studies reported of the biological functions of mPNAS-4. In studies conducted by our group (unpublished data), it was interesting to note that overexpression of mPNAS-4 promoted apoptotic death in Lewis lung carcinoma cells (LL2) and colon carcinoma cells (CT26) of mice both in vitro and in vivo. In our studies, mPNAS-4 was cloned into the pGEX-6P-1 vector with GST tag at N-terminal in Escherichia coli strain BL21(DE3). The soluble and insoluble expression of recombinant protein mPNAS-4 (rmPNAS-4) was temperature-dependent. The majority of rmPNAS-4 was insoluble at 37°C, while it was almost exclusively expressed in soluble form at 20°C. The soluble rmPNAS-4 was purified by one-step affinity purification, using a glutathione Sepharose 4B column. The rmPNAS-4 protein was further identified by electrospray ionization-mass spectrometry analysis. The search parameters of the parent and fragment mass error tolerance were set at 0.1 and 0.05 kDa, respectively, and the sequence coverage of search result was 28%. The purified rmPNAS-4 was further used as immunogen to raise polyclonal antibodies in New Zealand white rabbit, which were suitable to detect both the recombinant and the endogenous mPNAS-4 in mouse brain tissue and LL2 cells after immunoblotting and/or immunostaining. The purified rmPNAS-4 and our prepared anti-mPNAS-4 polyclonal antibodies may provide useful tools for future biological function studies for mPNAS.

Bradysia hygida (Diptera, Sciaridae) presents two eukaryotic Elongation Factor 1A gene homologues: partial characterization of the eukaryotic Elongation Factor 1A-F1 gene

Elongation factor 1A is a highly conserved protein that participates in translation. We report the occurrence of two genes homologous to the eukaryotic Elongation Factor 1A in Bradysia hygida and describe the partial cloning and characterization of the B. hygida eukaryotic Elongation Factor 1A-F1 (BheEF1A-F1) gene. The pattern of BheEF1A-F1 expression in the salivary gland at the end of the fourth larval instar was investigated using real-time PCR. The results showed that BheEF1A-F1 expression levels are relatively constant at the time when rapid changes in protein synthesis occur in this tissue. In situ hybridization experiments coupled to Southern blot analyses showed that the BheEF1A-F1 gene is located at position 3d of the A chromosome and a second gene homologous to eEF1A is located at position 6a of the X chromosome. Southern blot analyses showed that both the BheEF1A-F1 gene and the second gene homologous to eEF1A constitute non-amplified genes. The present results contribute to the molecular characterization of a sciarid eEF1A gene.

Hypothyroidism decreases proinsulin gene expression and the attachment of its mRNA and eEF1A protein to the actin cytoskeleton of INS-1E cells

The actions of thyroid hormone (TH) on pancreatic beta cells have not been thoroughly explored, with current knowledge being limited to the modulation of insulin secretion in response to glucose, and beta cell viability by regulation of pro-mitotic and pro-apoptotic factors. Therefore, the effects of TH on proinsulin gene expression are not known. This led us to measure: a) proinsulin mRNA expression, b) proinsulin transcripts and eEF1A protein binding to the actin cytoskeleton, c) actin cytoskeleton arrangement, and d) proinsulin mRNA poly(A) tail length modulation in INS-1E cells cultured in different media containing: i) normal fetal bovine serum - FBS (control); ii) normal FBS plus 1 µM or 10 nM T3, for 12 h, and iii) FBS depleted of TH for 24 h (Tx). A decrease in proinsulin mRNA content and attachment to the cytoskeleton were observed in hypothyroid (Tx) beta cells. The amount of eEF1A protein anchored to the cytoskeleton was also reduced in hypothyroidism, and it is worth mentioning that eEF1A is essential to attach transcripts to the cytoskeleton, which might modulate their stability and rate of translation. Proinsulin poly(A) tail length and cytoskeleton arrangement remained unchanged in hypothyroidism. T3 treatment of control cells for 12 h did not induce any changes in the parameters studied. The data indicate that TH is important for proinsulin mRNA expression and translation, since its total amount and attachment to the cytoskeleton are decreased in hypothyroid beta cells, providing evidence that effects of TH on carbohydrate metabolism also include the control of proinsulin gene expression.

Actin cytoskeleton regulates pollen tube growth and tropism

La fertilisation chez les plantes dépend de la livraison des cellules spermatiques contenues dans le pollen à l’ovule. Au contact du stigmate, le grain de pollen s’hydrate et forme une protubérance, le tube pollinique, chargé de livrer les noyaux spermatiques à l’ovule. Le tube pollinique est une cellule à croissance rapide, anisotrope et non autotrophe; ainsi tout au long de sa croissance à travers l’apoplaste du tissu pistillaire, le tube pollinique puise ses sources de carbohydrates et de minéraux du pistil. Ces éléments servent à la synthèse des constituants de la paroi qui seront acheminés par des vésicules de sécrétion jusqu’à l’apex du tube. Ce dernier doit aussi résister à des pressions mécaniques pour maintenir sa forme cylindrique et doit répondre à différents signaux directionnels pour pouvoir atteindre l’ovule. Mon projet de doctorat était de comprendre le rôle du cytosquelette dans la croissance anisotrope du tube pollinique et d’identifier les éléments responsables de sa croissance et de son guidage. Le cytosquelette du tube pollinique est composé des microfilaments d’actine et des microtubules. Pour assurer une bonne croissance des tubes polliniques in vitro, les carbohydrates et les éléments de croissance doivent être ajoutés au milieu à des concentrations bien spécifiques. J’ai donc optimisé les conditions de croissance du pollen d’Arabidopsis thaliana et de Camellia japonica qui ont été utilisés avec le pollen de Lilium longiflorum comme modèles pour mes expériences. J’ai développé une méthode rapide et efficace de fixation et de marquage du tube pollinique basée sur la technologie des microondes. J’ai aussi utilisé des outils pharmacologiques, mécaniques et moléculaires couplés à différentes techniques de microscopie pour comprendre le rôle du cytosquelette d’actine lors de la croissance et le tropisme du tube pollinique. J’ai trouvé que le cytosquelette d’actine et plus précisément l’anneau d’actine localisé dans la partie sub-apicale du tube est fortement impliqué dans la croissance et le maintien de l’architecture du tube à travers le contrôle de la livraison des vésicules de sécrétion. J’ai construit une chambre galvanotropique qui peut être montée sur un microscope inversé et qui sert à envoyer des signaux tropistiques bien précis à des tubes polliniques en croissance. J’ai trouvé que les filaments d’actine sont impliqués dans la capacité du tube pollinique à changer de direction. Ce comportement tropistique dépend de la concentration du calcium dans le milieu de croissance et du flux de calcium à travers des canaux calciques. Le gradient de calcium établi dans le tube pollinique affecte l’activité de certaines protéines qui se lient à l’actine et dont le rôle est la réorganisation des filaments d’actine. Parmi ces protéines, il y a celles de dépolymérisation de l’actine (ADF) dont deux spécifiquement exprimées dans le gamétophyte mâle d’Arabidopsis (ADF7 et ADF10). Par marquage avec des proteins fluorescents, j’ai trouvé que l’ADF7 et l’ADF10 ont des expressions différentielles pendant la microsporogenèse et la germination et croissance du tube pollinique et qu’elles partagent entre elles des rôles importants durant ces différents stades.

Étude de la biogenèse de l'autotransporteur AIDA-I d'Escherichia coli

Les autotransporteurs monomériques, appartenant au système de sécrétion de type V, correspondent à une famille importante de facteurs de virulence bactériens. Plusieurs fonctions, souvent essentielles pour le développement d’une infection ou pour le maintien et la survie des bactéries dans l’organisme hôte, ont été décrites pour cette famille de protéines. Malgré l’importance de ces protéines, notre connaissance de leur biogenèse et de leur mécanisme d’action demeure relativement limitée. L’autotransporteur AIDA-I, retrouvé chez diverses souches d’Escherichia coli, est un autotransporter multifonctionnel typique impliqué dans l’adhésion et l’invasion cellulaire ainsi que dans la formation de biofilm et d’agrégats bactériens. Les domaines extracellulaires d’autotransporteurs monomériques sont responsables de la fonctionnalité et possèdent pratiquement tous une structure caractéristique d’hélice β. Nous avons mené une étude de mutagenèse aléatoire avec AIDA-I afin de comprendre la base de la multifonctionnalité de cette protéine. Par cette approche, nous avons démontré que les domaines passagers de certains autotransporteurs possèdent une organisation modulaire, ce qui signifie qu’ils sont construits sous la forme de modules fonctionnels. Les domaines passagers d’autotransporteurs peuvent être clivés et relâchés dans le milieu extracellulaire. Toutefois, malgré la diversité des mécanismes de clivage existants, plusieurs protéines, telles qu’AIDA-I, sont clivées par un mécanisme qui demeure inconnu. En effectuant une renaturation in vitro d’AIDA-I, couplée avec une approche de mutagenèse dirigée, nous avons démontré que cette protéine se clive par un mécanisme autocatalytique qui implique deux acides aminés possédant un groupement carboxyle. Ces résultats ont permis la description d’un nouveau mécanisme de clivage pour la famille des autotransporteurs monomériques. Une des particularités d’AIDA-I est sa glycosylation par une heptosyltransférase spécifique nommée Aah. La glycosylation est un concept plutôt récent chez les bactéries et pour l’instant, très peu de protéines ont été décrites comme glycosylées chez E. coli. Nous avons démontré que Aah est le prototype pour une nouvelle famille de glycosyltransférases bactériennes retrouvées chez diverses espèces de protéobactéries. La glycosylation d’AIDA-I est une modification cytoplasmique et post-traductionnelle. De plus, Aah ne reconnaît pas une séquence primaire, mais plutôt un motif structural. Ces observations sont uniques chez les bactéries et permettent d’élargir nos connaissances sur la glycosylation chez les procaryotes. La glycosylation par Aah est essentielle pour la conformation d’AIDA-I et par conséquent pour sa capacité de permettre l’adhésion. Puisque plusieurs homologues d’Aah sont retrouvés à proximité d’autotransporteurs monomériques putatifs, cette famille de glycosyltranférases pourrait être importante, sinon essentielle, pour la biogenèse et/ou la fonction de nombreux autotransporteurs. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse apportent de nouvelles informations et permettent une meilleure compréhension de la biogenèse d’une des plus importantes familles de protéines sécrétées chez les bactéries Gram négatif.

Étude de la variation de phase des fimbriae F1651, Pap et CS31A et de l'impact des régulateurs homologues de PapI

Les Escherichia coli pathogènes extra-intestinaux (ExPEC) sont responsables d’une grande variété de maladies. Plus particulièrement, certaines souches ExPEC, du sous-groupe d’E. coli uropathogènes, sont porteuses de fimbriae de type P. Cette famille d’adhésines est soumise à une régulation transcriptionnelle appelée variation de phase; un mécanisme du tout ou rien. Il s’agit d’une compétition entre deux protéines régulatrices : la Dam méthylase et la nucléoprotéine Lrp. Ce mécanisme est aussi soumis à l’influence des régulateurs locaux PapB et PapI, deux régulateurs essentiels. Afin d’étudier PapI et ses homologues ainsi que leur impact sur la variation de phase des fimbriae F1651, Pap et CS31A. Grâce à une fusion chromosomique entre la région régulatrice de clp et les gènes lacZYA, nous avons étudié l’effet, en trans, de PapI et FooI qui ont pu restaurer la variation de phase avec une forte tendance pour la phase OFF. Pour étudier l’action de ces protéines sur foo et pap, nous avons utilisé un système utilisant gfp comme gène rapporteur de l’activité des promoteurs des opérons pap et foo. Cela a permis d’observer la variation de phase au niveau cellulaire par cytométrie en flux et en temps réel par microscopie à fluorescence. Ces expériences ont confirmé que la population de cellules F1651 positives a un phénotype d’expression de F1651 partielle alors que les cellules Pap sont en majorité en phase OFF. PapI et FooI n’ont pas la même influence sur la variation de phase, puisque FooI favorise une plus grande fréquence de variation de phase.

Le parcours en emploi des immigrantes sélectionnées au Québec : quelles différences avec leurs homologues masculins ?

L'Enquête rétrospective sur les travailleurs sélectionnés au Québec a permis d’analyser la relation formation-emploi des immigrantes — arrivées comme requérantes principales — et de jeter un regard sur le parcours en emploi de ces femmes, en comparaison avec leurs homologues masculins. Une attention particulière est mise sur l'effet de genre et de la région de provenance, ainsi que l'interaction entre ces deux variables. Des modèles semi-paramétriques de Cox mettent en exergue comment les caractéristiques individuelles, mais aussi les activités de formation dans la société d’accueil, affectent au fil du temps les risques relatifs d’obtenir un premier emploi correspondant à ses qualifications scolaires prémigratoires. Puis, des régressions linéaires font état des déterminants du salaire après deux ans sur le territoire. Les résultats montrent que l'accès à l'emploi qualifié n'est pas affecté différemment selon que l'immigrant soit un homme ou une femme. Des différences intragroupes apparaissent toutefois en fonction de la région de provenance, avec un net avantage pour les immigrants de l'Europe de l'Ouest et des États-Unis. L'accès au premier emploi (sans distinction pour les qualifications) et le salaire révèlent, quant à eux, des différences sur la base du genre, avec un désavantage pour les femmes. Chez ces dernières, l'insertion en emploi se fait de façon similaire entre les groupes régionaux, alors que les groupes d'hommes sont plus hétérogènes. D'ailleurs, certaines caractéristiques individuelles, comme la connaissance du français et la catégorie d'admission, affectent différemment les immigrants et les immigrantes dans l'accès au premier emploi.

PDGF regulates the actin cytoskeleton through hnRNP-K-mediated activation of the ubiquitin E-3-ligase MIR

PDGF is a potent chemotactic mitogen and a strong inductor of fibroblast motility. In Swiss 3T3 fibroblasts, exposure to PDGF but not EGF or IGF-1 causes a rapid loss of actin stress fibers (SFs) and focal adhesions (FAs), which is followed by the development of retractile dendritic protrusions and induction of motility. The PDGF-specific actin reorganization was blocked by inhibition of Src-kinase and the 26S proteasome. PDGF induced Src-dependent association between the multifunctional transcription/translation regulator hnRNP-K and the mRNA-encoding myosin regulatory light-chain (MRLC)-interacting protein (MIR), a E3-ubiquitin ligase that is MRLC specific. This in turn rapidly increased MIR expression, and led to ubiquitination and proteasome-mediated degradation of MRLC. Downregulation of MIR by RNA muting prevented the reorganization of actin structures and severely reduced the migratory and wound-healing potential of PDGF-treated cells. The results show that activation of MIR and the resulting removal of diphosphorylated MRLC are essential for PDGF to instigate and maintain control over the actin-myosin-based contractile system in Swiss 3T3 fibroblasts. The PDGF induced protein destabilization through the regulation of hnRNP-K controlled ubiquitin-ligase translation identifies a novel pathway by which external stimuli can regulate phenotypic development through rapid, organelle-specific changes in the activity and stability of cytoskeletal regulators.

Role of intimin-Tir interactions and the Tir-cytoskeleton coupling protein in the colonization of calves and lambs by Escherichia coli O157:H7

Intimin facilitates intestinal colonization by enterohemorrhagic Escherichia coli O157:H7; however, the importance of intimin binding to its translocated receptor (Tir) as opposed to cellular coreceptors is unknown. The intimin-Tir interaction is needed for optimal actin assembly under adherent bacteria in vitro, a process which requires the Tir-cytoskeleton coupling protein (TccP/EspF(U)) in E. coli O157:H7. Here we report that E. coli O157:H7 tir mutants are at least as attenuated as isogenic eae mutants in calves and lambs, implying that the role of intimin in the colonization of reservoir hosts can be explained largely by its binding to Tir. Mutation of tccP uncoupled actin assembly from the intimin-Tir-mediated adherence of E. coli O157:H7 in vitro but did not impair intestinal colonization in calves and lambs, implying that pedestal formation may not be necessary for persistence. However, an E. coli O157:H7 tccP mutant induced typical attaching and effacing lesions in a bovine ligated ileal loop model of infection, suggesting that TccP-independent mechanisms of actin assembly may operate in vivo.

TNF-alpha mediated transport of NF-kappaB to the nucleus is independent of the cytoskeleton-based transport system in non-neuronal cells

In unstimulated cells, proteins of the nuclear factor kappaB (NF-kappaB) transcription factor family are sequestered in the cytoplasm through interactions with IkappaB inhibitor proteins. Tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha) activates the degradation of IkappaB-alpha and the nuclear import of cytoplasmic NF-kappaB. Nuclear localization of numerous cellular proteins is mediated by the ability of the cytoskeleton, usually microtubules, to direct their perinuclear accumulation. In a former study we have shown that activated NF-kappaB rapidly moves from distal processes in neurons towards the nucleus. The fast transport rate suggests the involvement of motor proteins in the transport of NF-kappaB. Here we address the question how NF-kappaB arrives at the nuclear membrane before import in non-neuronal cells, i.e., by diffusion alone or with the help of active transport mechanisms. Using confocal microscopy imaging and analysis of nuclear protein extracts, we show that NF-kappaB movement through the cytoplasm to the nucleus is independent of the cytoskeleton, in the three cell lines investigated here. Additionally we demonstrate that NF-kappaB p65 is not associated with the dynein/dynactin molecular motor complex. We propose that cells utilize two distinct mechanisms of NF-kappaB transport: (1) signaling via diffusion over short distances in non-neuronal cells and (2) transport via motor proteins that move along the cytoskeleton in neuronal processes where the distances between sites of NF-kappaB activation and nucleus can be vast.

Effect of a calcium-channel blocker (verapamil) on the morphology, cytoskeleton and collagenase activity of human skin fibroblasts

The effects of verapamil modulating collagen biosynthesis have prompted us to study the role of this drug in cultured fibroblasts. In this article, we describe the effects of verapamil on fibroblast behaviour, with special emphasis to phenotypic modifications, reorganisation of actin filaments and secretion of MMP1. Human dermal fibroblasts treated with 50-mu M verapamil changed their normal spindle-shaped morphology to stellate. Treated cells showed discrete reorganisation of actin filaments, as revealed by fluorescein isothiocyanate (FITC)-phalloidin staining and confocal microscopy. We hypothesised that these effects would be associated to lower levels of cytosolic Ca(2+). Indeed, short time loading with calcium green confirmed that verapamil-treated fibroblasts exhibited lower intracellular calcium levels compared to controls. We also observed that verapamil increases the secretion of MMP1 in cultured fibroblasts, as demonstrated by zymography, specific substrate assays and immunoblot. The morphological alterations induced by verapamil are neither cytotoxic nor associated with other dramatic cytoskeleton alterations. Thus we may conclude that this drug enhances collagenase secretion and does not disrupt the major tracks necessary to deliver these enzymes in the extracellular space. The present results suggested that verapamil could be used at physiological levels to enhance collagen I breakdown, and maybe considered a potential candidate for intralesional therapy of wound healing and fibrocontractive diseases. (C) 2010 Elsevier Ltd and ISBI. All rights reserved.

The geodiamolide H, derived from Brazilian sponge Geodia corticostylifera, regulates actin cytoskeleton, migration and invasion of breast cancer cells cultured in three-dimensional environment

We are investigating effects of the depsipeptide geodiamolide H, isolated from the Brazilian sponge Geodia corticostylifera, on cancer cell lines grown in 3D environment. As shown previously geodiamolide H disrupts actin cytoskeleton in both sea urchin eggs and breast cancer cell monolayers. We used a normal mammary epithelial cell line MCF 10A that in 3D assay results formation of polarized spheroids. We also used cell lines derived from breast tumors with different degrees of differentiation: MCF7 positive for estrogen receptor and the Hs578T, negative for hormone receptors. Cells were placed on top of Matrigel. Spheroids obtained from these cultures were treated with geodiamolide H. Control and treated samples were analyzed by light and confocal microscopy. Geodiamolide H dramatically affected the poorly differentiated and aggressive Hs578T cell line. The peptide reverted HsS78T malignant phenotype to polarized spheroid-like structures. MCF7 cells treated by geodiamolide H exhibited polarization compared to controls. Geodiamolide H induced striking phenotypic modifications in Hs578T cell line and disruption of actin cytoskeleton. We investigated effects of geodiamolide H on migration and invasion of Hs578T cells. Time-lapse microscopy showed that the peptide inhibited migration of these cells in a dose-dependent manner. Furthermore invasion assays revealed that geodiamolide H induced a 30% decrease on invasive behavior of Hs578T cells. Our results suggest that geodiamolide H inhibits migration and invasion of Hs578T cells probably through modifications in actin cytoskeleton. The fact that normal cell lines were not affected by treatment with geodiamolide H stimulates new studies towards therapeutic use for this peptide.

Glypican-3 regulates migration, adhesion and actin cytoskeleton organization in mammary tumor cells through Wnt signaling modulation

Glypican-3 (GPC3) is a proteoglycan involved in migration, proliferation and cell survival modulation in several tissues. There are many reports demonstrating a downregulation of GPC3 expression in some human tumors, including mesothelioma, ovarian and breast cancer. Previously, we determined that GPC3 reexpression in the murine mammary adenocarcinoma LM3 cells induced an impairment of their in vivo invasive and metastatic capacities together with a higher susceptibility to in vitro apoptosis. Currently, the signaling mechanism of GPC3 is not clear. First, it was speculated that GPC3 regulates the insulin-like growth factor (IGF) signaling system. This hypothesis, however, has been strongly challenged. Recently, several reports indicated that at least in some cell types GPC3 serves as a selective regulator of Wnt signaling. Here we provide new data demonstrating that GPC3 regulates Wnt pathway in the metastatic adenocarcinoma mammary LM3 cell line. We found that GPC3 is able to inhibit canonical Wnt signals involved in cell proliferation and survival, as well as it is able to activate non canonical pathway, which directs cell morphology and migration. This is the first report indicating that breast tumor cell malignant properties can be reverted, at least in part, by GPC3 modulation of Wnt signaling. Our results are consistent with the potential role of GPC3 as a metastasis suppressor.