Two nuclear localization signals present in the basic-helix 1 domains of MyoD promote its active nuclear translocation and can function independently.

MyoD, a member of the family of helix-loop-helix myogenic factors that plays a crucial role in skeletal muscle differentiation, is a nuclear phosphoprotein. Using microinjection of purified MyoD protein into rat fibroblasts, we show that the nuclear import of MyoD is a rapid and active process, being ATP and temperature dependent. Two nuclear localization signals (NLSs), one present in the basic region and the other in the helix 1 domain of MyoD protein, are demonstrated to be functional in promoting the active nuclear transport of MyoD. Synthetic peptides spanning these two NLSs and biochemically coupled to IgGs can promote the nuclear import of microinjected IgG conjugates in muscle and nonmuscle cells. Deletion analysis reveals that each sequence can function independently within the MyoD protein since concomittant deletion of both sequences is required to alter the nuclear import of this myogenic factor. In addition, the complete cytoplasmic retention of a beta-galactosidase-MyoD fusion mutant protein, double deleted at these two NLSs, argues against the existence of another functional NLS motif in MyoD.

Investigação de mecanismos genéticos e epigenéticos em distúrbios do crescimento humano

Parcela considerável de pacientes com distúrbios de crescimento não têm a causa de seus quadros clínicos estabelecida, incluindo aproximadamente 50% dos pacientes com diagnóstico clínico de síndrome de Silver−Russell (SRS) e 10-20% dos pacientes com síndrome de Beckwith-Wiedemann (BWS). O objetivo deste estudo foi investigar as causas genéticas e epigenéticas de distúrbios de crescimento, de etiologia desconhecida, numa contribuição para o entendimento de mecanismos que regulam o crescimento. O estudo compreendeu: (1) a investigação de microdesequilíbrios cromossômicos, por aCGH; (2) a análise do perfil de expressão alelo-específica de genes sujeitos a imprinting (IG), por pirossequenciamento (PSQ) ou sequenciamento de Sanger; (3) a investigação do padrão de metilação global em pacientes com restrição de crescimento, utilizando microarray de metilação. A casuística constituiu-se de 41 pacientes não aparentados, com distúrbios de crescimento, de etiologia desconhecida: (1) 25, com hipótese diagnóstica de SRS; (2) seis, com restrição de crescimento intrauterino e peso ao nascimento abaixo do 10º percentil, associados a outros sinais clínicos; (3) sete, com hipótese diagnóstica de BWS; e (4) três, com macrossomia pré-natal ou pós-natal, associada a outros sinais. A investigação de microdesequilíbrios cromossômicos foi realizada em 40 pacientes. Foram detectadas 58 variantes raras em 30/40 pacientes (75%): 40 foram consideradas provavelmente benignas (18 pacientes, 45%), 12, com efeito patogênico desconhecido (11 pacientes, 27,5%), duas, provavelmente patogênicas (um paciente, 2,5%) e quatro, patogênicas (três pacientes, 7,5%). Essas frequências são comparáveis àquelas descritas em estudos que investigaram CNV em grupos de pacientes com distúrbios de crescimento e outras alterações congênitas, incluindo SRS, e mostram a importância da investigação de microdesequilíbrios cromossômicos nesses pacientes. A diversidade dos microdesequilíbrios cromossômicos identificados é reflexo da heterogeneidade clínica das casuísticas. Neste estudo, muitos dos pacientes com hipótese diagnóstica de SRS e BWS apresentavam sinais clínicos atípicos, explicando a ausência neles das alterações (epi)genéticas que causam essas síndromes. A identificação de CNV características de outras síndromes reflete a sobreposição de sinais clínicos com BWS e SRS. A análise do perfil de expressão alelo-específica de IG foi realizada em um subgrupo de 18 pacientes com restrição de crescimento. Trinta IG com função em proliferação celular, crescimento fetal ou neurodesenvolvimento foram inicialmente selecionados. Após seleção de SNP transcritos com alta frequência na população, genotipagem de pacientes, genitores e indivíduos controle, determinação da expressão dos IG em sangue periférico e seu padrão de expressão (mono ou bialélico), 13 IG, expressos no sangue, tiveram a expressão alelo-específica avaliada, sete deles por PSQ e seis por sequenciamento de Sanger. Alterações no perfil de expressão de dois genes, de expressão normalmente paterna, foram detectadas em 4/18 pacientes (22%). Este estudo é o primeiro a utilizar pirossequenciamento e sequenciamento de Sanger na avaliação do perfil de expressão alelo-específica de IG, em pacientes com restrição de crescimento. Apesar de terem limitações, ambas as técnicas mostraram-se robustas e revelaram alterações de expressão alélica interessantes; entretanto, a relação dessas alterações com o quadro clínico dos pacientes permanece por esclarecer. A investigação da metilação global do DNA foi realizada em subgrupo de 21 pacientes com restrição de crescimento e em 24 indivíduos controle. Dois tipos de análise foram realizados: (1) análise diferencial de grupo e (2) análise diferencial individual. Na primeira análise, em que foi comparado o padrão de metilação do grupo de pacientes com quadro clínico sugestivo de SRS (n=16) com o do grupo controle (n=24), não houve indicação de hipo ou hipermetilação global no grupo SRS. Na segunda análise, foi comparado o padrão de metilação de cada um dos 21 pacientes com restrição de crescimento e dos 24 indivíduos controle, com o padrão de metilação do grupo controle. O número médio de CpG hipermetilados e de segmentos diferencialmente metilados (SDM) foi significativamente maior nos pacientes. Foram identificados 82 SDM hipermetilados, estando 57 associados a gene(s) (69,5%), em 16 pacientes, e 51 SDM hipometilados, 41 deles associados a gene(s) (80,4%), em 10 pacientes. A análise de ontologia genética dos 61 genes associados aos SDM hipo ou hipermetilados nos pacientes destacou genes que atuam no desenvolvimento e na morfogênese do sistema esquelético e de órgãos fetais, e na regulação da transcrição gênica e de processos metabólicos. Alterações de metilação em genes que atuam em processos de proliferação e diferenciação celulares e crescimento foram identificadas em 9/20 dos pacientes (45%), sugerindo implicação clínica. Não foi detectada alteração epigenética comum aos pacientes com diagnóstico clínico de SRS, explicável provavelmente pela heterogeneidade clínica. A investigação de metilação global, utilizando microarray, produziu novos dados que podem contribuir para a compreensão de mecanismos moleculares que influenciam o crescimento pré- e pós-natal. Na translocação aparentemente equilibrada - t(5;6)(q35.2;p22.3)dn, detectada em paciente com suspeita clínica de SRS, a interrupção de um gene, pela quebra no cromossomo 6, pode ser a causa do quadro clínico; alternativamente, a translocação pode ter impactado a regulação de genes de desenvolvimento localizados próximos aos pontos de quebra. A análise de expressão em sangue periférico mostrou que os níveis de cDNA do gene, interrompido pelo ponto de quebra da translocação, estavam reduzidos à metade. Além de sinais típicos da SRS, a paciente apresentava algumas características clínicas sugestivas de displasia cleidocraniana. Assim, a translocação t(5;6) pode ter alterado a interação de genes de desenvolvimento e seus elementos reguladores, levando à desregulação de sua expressão espaço-temporal, e resultando num fenótipo atípico, com características sobrepostas de mais de uma síndrome genética

Caracterização de rearranjos cromossômicos citogeneticamente equilibrados associados a quadros clínicos

Este estudo teve como objetivos (a) identificar mecanismos pelos quais rearranjos cromossômicos citogeneticamente equilibrados possam estar associados de maneira causal a determinados quadros clínicos e (b) contribuir para a compreensão dos mecanismos de formação desses rearranjos. Para isso, foram estudados 45 rearranjos cromossômicos citogeneticamente equilibrados (29 translocações, 10 inversões e seis rearranjos complexos), detectados em pacientes que apresentavam malformações congênitas, comprometimento do desenvolvimento neuropsicomotor ou déficit intelectual. Foram 31 rearranjos cromossômicos esporádicos, três familiais que segregavam com o quadro clínico e mais 11 rearranjos cromossômicos herdados de genitores fenotipicamente normais. Inicialmente os pontos de quebra desses rearranjos foram mapeados por hibridação in situ fluorescente (FISH). A busca por microdeleções e duplicações genômicas foi realizada por a-CGH. A investigação dos pontos de quebra prosseguiu com a aplicação da técnica de Mate-Pair Sequencing (MPS), que permite localizar as quebras em segmentos de 100 pb - 1 kb, na maioria dos casos. Para obter os segmentos de junção das quebras no nível de pares de bases, os segmentos delimitados por MPS foram sequenciados pelo método de Sanger. A análise por aCGH revelou microdeleções ou microduplicações localizadas nos cromossomos rearranjados, em 12 dos 45 pacientes investigados (27%). A análise de 27 rearranjos por MPS permitiu a caracterização dos pontos de junção das quebras. MPS expandiu o número de pontos de quebra, detectados por análise do cariótipo ou aCGH, de 114 para 156 (em resolução < 2kb, na maioria dos casos). O número de pontos de quebra/rearranjo variou de 2 a 20. Os 156 pontos de quebra resultaram em 86 variantes estruturais equilibradas e outras 32 variantes não equilibradas. Perdas e ganhos de segmentos submiscroscópicos nos cromossomos rearranjados constituíram a principal causa ou, provavelmente, contribuíram para o quadro clínico de 12 dos 45 pacientes. Em cinco desses 12 rearranjos foram detectadas por MPS a interrupção de genes já relacionados à doença, ou provável alteração de sua região reguladora, contribundo para o quadro clínico. Em quatro dos 33 rearranjos não associados a perdas ou ganhos de segmentos, a análise por MPS revelou a interrupção de genes que já foram anteriormente relacionados a doenças, explicando-se, assim, as características clínicas dos portadores; outro rearranjo pode ter levando alteração da expressão gênica de gene sensível a dosagem e ao quadro clínico. Um rearranjo cromossômico familial, identificado na análise após bandamento G como uma translocação equilibrada, t(2;22)(p14;q12), segregava com quadro de atraso do desenvolvimento neuropsicomotor e dificuldade de aprendizado associados a dismorfismos. A combinação das análises por FISH, aCGH e MPS revelou que se tratava, na verdade, de rearranjo complexo entre os cromossomos 2, 5 e 22, incluindo 10 quebras. A segregação de diferentes desequilíbrios submicroscópicos em indivíduos afetados e clinicamente normais permitiu a compreensão da variabilidade clínica observada na família. Rearranjos equilibrados detectados em indivíduos afetados, mas herdados de genitores clinicamente normais, são, em geral, considerados como não tendo relação com o quadro clínico, apesar da possibilidade de desequilíbrios cromossômicos gerados por permuta desigual na meiose do genitor portador do rearranjo. Neste trabalho, a investigação de 11 desses rearranjos por aCGH não revelou perdas ou ganhos de segmentos nos cromossomos rearranjados. No entanto, a análise por aCGH da portadora de um desses rearranjos - inv(12)mat - revelou deleção de 8,7 Mb no cromossomo 8, como causa de seu fenótipo clínico. Essa deleção estava relacionada com outro rearranjo equilibrado também presente em sua mãe, independente da inversão. Para compreender os mecanismos de formação de rearranjos citogeneticamente equilibrados, investigamos os segmentos de junção no nível de pares de base. A análise por MPS que levou, na maioria dos casos, ao mapeamento dos pontos de quebras em segmentos <1kb permitiu o sequenciamento pelo método de Sanger de 51 segmentos de junções de 17 rearranjos. A ocorrência de blunt fusions ou inserções e deleções <10 pb, e a ausência de homologia ou a presença de micro homologia de 2 pb a 4 pb de extensão indicaram o mecanismo de junção de extremidades não homólogas (non-homologous end joinging; NHEJ), na maioria das 51 junções caracterizadas. As características de três dos quatro rearranjos mais complexos, com 17-20 quebras, indicaram sua formação pelo mecanismo de chromothripsis. Este estudo mostra a importância da análise genômica de variações de número de cópias por microarray, juntamente com o mapeamento dos pontos de quebra por MPS, para determinar a estrutura de rearranjos cromossômicos citogeneticamente equilibrados e seu impacto clínico. O mapeamento dos segmentos de junção por MPS, permitindo o sequenciamento pelo método de Sanger, foi essencial para a compreensão de mecanismos de formação desses rearranjos

Microbial translocation and immune activation in HIV infection

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Final environmental impact statement for translocation of southern sea otters /

Mode of access: Internet.

Insulin and Oleate Promote Translocation of Inosine-5' Monophosphate Dehydrogenase to Lipid Bodies

In the present study we identify inosine-5' monophosphate dehydrogenase (IMPDH), a key enzyme in de novo guanine nucleotide biosynthesis, as a novel lipid body-associated protein. To identify new targets of insulin we performed a comprehensive 2-DE analysis of P-32-labelled proteins isolated from 3T3-L1 adipocytes (Hill et al. J Biol Chem 2000; 275: 24313-24320). IMPDH was identified by liquid chromatography/tandem mass spectrometry as a protein which was phosphorylated in a phosphatidylinositol (PI) 3-kinase-dependent manner upon insulin treatment. Although insulin had no significant effect on IMPDH activity, we observed translocation of IMPDH to lipid bodies following insulin treatment. Induction of lipid body formation with oleic acid promoted dramatic redistribution of IMPDH to lipid bodies, which appeared to be in contact with the endoplasmic reticulum, the site of lipid body synthesis and recycling. Inhibition of PI 3-kinase blocked insulin- and oleate-induced translocation of IMPDH and reduced oleate-induced lipid accumulation. However, we found no evidence of oleate-induced IMPDH phosphorylation, suggesting phosphorylation and translocation may not be coupled events. These data support a role for IMPDH in the dynamic regulation of lipid bodies and fatty acid metabolism and regulation of its activity by subcellular redistribution in response to extracellular factors that modify lipid metabolism.

The importance of mating system in translocation programs: reproductive success of released male bridled nailtail wallabies

Translocation is an important tool for the conservation of species that have suffered severe range reductions. The success of a translocation should be measured not only by the survival of released animals, but by the reproductive output of individuals and hence the establishment of a self-sustaining population. The bridled nailtail wallaby is an endangered Australian macropod that suffered an extensive range contraction to a single remaining wild population. A translocated population was established and subsequently monitored over a four year period. The aim of this study was to measure the reproductive success of released males using genetic tools and to determine the factors that predicted reproductive success. Captive-bred and wild-caught animals were released and we found significant variation in male reproductive success among release groups. Variation in reproductive success was best explained by individual male weight, survival and release location rather than origin. Only 26% of candidate males were observed to sire an offspring during the study. The bridled nailtail wallaby is a sexually dimorphic, polygynous macropod and reproductive success is skewed toward large males. Males over 5800 g were six times more likely to sire an offspring than males below this weight. This study highlights the importance of considering mating system when choosing animals for translocation. Translocation programs for polygynous species should release a greater proportion of females, and only release males of high breeding potential. By maximizing the reproductive output of released animals, conservation managers will reduce the costs of translocation and increase the chance of successfully establishing a self-sustaining population. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Chromosomal genotoxicity of nitrobenzene and benzonitrile

In order to investigate the chromosomal genotoxicity of nitrobenzene and benzonitrile, we studied the induction of micronuclei (MN) by these test compounds in V79 cells, as well as effects on the formation and stability of microtubules and on motor protein functions. No cytotoxicity was seen in V79 cell cultures in terms of Neutral red uptake after 18 h treatment with up to 1 mM nitrobenzene or 1 mM benzonitrile. Subsequently, a concentration range up to 100 muM was used in the experiments on induction of MN. Both test compounds exhibit a weak, but definitely positive test result compared to the solvent (DMSO) control. Minimal effect concentrations of nitrobenzene and benzonitrile appeared as low as 0.01 muM, and no-effect-concentrations were between 0.001 and 0.005 muM. Clearly enhanced MN rates were found at 0.1 muM and higher. Both, nitrobenzene and benzonitrile, induced mostly kinetochor (CREST)-positive micronuclei, thus characterising the chromosomal effects as aneugenic. In cell-free assays, a slight effect on tubulin assembly was observed at 1 mM nitrobenzene without addition of DMSO. Higher concentrations (5 mM) led to secondary effects. In presence of 1% DMSO, nitrobenzene exerted no detectable effect on tubulin assembly up to the solubility limit in water of about 15 mM. For benzonitrile in presence of DMSO, a clear dose-response of inhibition of tubulin assembly at 37degreesC was seen above the no-effect-concentration of 2 mM, with an IC50 of 13 mM and protein denaturation starting above a level of about 20 mM. The nature of the effects of nitrobenzene and benzonitrile on the association of tubulin to form microtubules was confirmed by electron microscopy. Treatment by either 5 mM nitrobenzene or 13 mM benzonitrile plus 1% DMSO left the microtubular structure intact whereas 5 mM nitrobenzene, in absence of DMSO, led to irregular cluster formations. The experiments demonstrate that both nitrobenzene and benzonitrile, in millimolar concentration ranges, may lead to interference with tubulin assembly in a cell-free system. The functionality of the tubulin-kinesin motor protein system was assessed using the microtubule gliding assay. Nitrobenzene affected the gliding velocity in a concentration-dependent manner, starting at about 7.5 muM and reaching complete inhibition of motility at 30 muM, whereas benzonitrile up to 200 muM did not affect the kinesin-driven gliding velocity. The micronucleus assay data demonstrate a chromosomal endpoint of genotoxicity of nitrobenzene and benzonitrile. Aneugenic effects of both compounds occur at remarkably low concentrations, with lowest-effect-concentrations being 0.1 muM. This points to the relevance of interactions with the cellular spindle apparatus.

Nuclear translocation of cell-surface receptors: Lessons from fibroblast growth factor

The nuclear localization of a number of growth factors, cytokine ligands and their receptors has been reported in various cell lines and tissues. These include members of the fibroblast growth factor (FGF), epidermal growth factor and growth hormone families. Accordingly, a number of nuclear functions have begun to emerge for these protein families. The demonstration of functional interactions of these proteins with the nuclear import machinery has further supported their functions as nuclear signal transducers. Here, we review the membrane- trafficking machinery and pathways demonstrated to regulate this cell surface to nucleus-trafficking event and highlight the many remaining unanswered questions. We focus on the FGF family, which is providing many of the clues as to the process of this unusual phenomenon.

Regulation of endocytosis, nuclear translocation, and signaling of fibroblast growth factor receptor 1 by E-cadherin

Fibroblast growth factor (FGF) receptors (FGFRs) signal to modulate diverse cellular functions, including epithelial cell morphogenesis. In epithelial cells, E-cadherin plays a key role in cell-cell adhesion, and its function can be regulated through endocytic trafficking. In this study, we investigated the location, trafficking, and function of FGFR1 and E-cadherin and report a novel mechanism, based on endocytic trafficking, for the coregulation of E-cadherin and signaling from FGFR1. FGF induces the internalization of surface FGFR1 and surface E-cadherin, followed by nuclear translocation of FGFR1. The internalization of both proteins is regulated by common endocytic machinery, resulting in cointernalization of FGFR1 and E-cadherin into early endosomes. By blocking endocytosis, we show that this is a requisite, initial step for the nuclear translocation of FGFR1. Overexpression of E-cadherin blocks both the coendocytosis of E-cadherin and FGFR1, the nuclear translocation of FGFR1 and FGF-induced signaling to the mitogen-activated protein kinase pathway. Furthermore, stabilization of surface adhesive E-cadherin, by overexpressing p120(ctn), also blocks internalization and nuclear translocation of FGFR1. These data reveal that conjoint endocytosis and trafficking is a novel mechanism for the coregulation of E-cadherin and FGFR1 during cell signaling and morphogenesis.

Unlocking pathology archives for molecular genetic studies: a reliable method to generate probes for chromogenic and fluorescent in situ hybridization

Chromogenic (CISH) and fluorescent ( FISH) in situ hybridization have emerged as reliable techniques to identify amplifications and chromosomal translocations. CISH provides a spatial distribution of gene copy number changes in tumour tissue and allows a direct correlation between copy number changes and the morphological features of neoplastic cells. However, the limited number of commercially available gene probes has hindered the use of this technique. We have devised a protocol to generate probes for CISH that can be applied to formalin-fixed, paraffin-embedded tissue sections (FFPETS). Bacterial artificial chromosomes ( BACs) containing fragments of human DNA which map to specific genomic regions of interest are amplified with phi 29 polymerase and random primer labelled with biotin. The genomic location of these can be readily confirmed by BAC end pair sequencing and FISH mapping on normal lymphocyte metaphase spreads. To demonstrate the reliability of the probes generated with this protocol, four strategies were employed: (i) probes mapping to cyclin D1 (CCND1) were generated and their performance was compared with that of a commercially available probe for the same gene in a series of 10 FFPETS of breast cancer samples of which five harboured CCND1 amplification; (ii) probes targeting cyclin-dependent kinase 4 were used to validate an amplification identified by microarray-based comparative genomic hybridization (aCGH) in a pleomorphic adenoma; (iii) probes targeting fibroblast growth factor receptor 1 and CCND1 were used to validate amplifications mapping to these regions, as defined by aCGH, in an invasive lobular breast carcinoma with FISH and CISH; and (iv) gene-specific probes for ETV6 and NTRK3 were used to demonstrate the presence of t(12; 15)(p12; q25) translocation in a case of breast secretory carcinoma with dual colour FISH. In summary, this protocol enables the generation of probes mapping to any gene of interest that can be applied to FFPETS, allowing correlation of morphological features with gene copy number.

Reduced genetic diversity and significant genetic differentiation after translocation: Comparison of the remnant and translocated populations of bridled nailtail wallabies (Onychogalea fraenata)

Loss of genetic diversity and increased population differentiation from source populations are common problems associated with translocation programmes established from captive-bred stock or a small number of founders. The bridled nailtail wallaby is one of the most endangered macropods in Australia, having been reduced to a single remnant population in the last 100 years. A translocated population of bridled nailtail wallabies was established using animals sourced directly from the remnant population (wild-released) as well as the progeny of animals collected for a captive breeding programme (captive-bred). The aims of this study were to compare genetic diversity among released animals and their wild-born progeny to genetic diversity observed in the remnant population, and to monitor changes in genetic diversity over time as more animals were released into the population. Heterozygosity did not differ between the translocated and remnant population; however, allelic diversity was significantly reduced across all released animals and their wild-born progeny. Animals bred in captivity and their wild-born progeny were also significantly differentiated from the source population after just four generations. Wild-released animals, however, were representative of the source population and several alleles were unique to this group. Both heterozygosity and allelic diversity among translocated animals decreased over time with the additional release of captive-bred animals, as no new genetic stock was added to the population. Captive breeding programmes can provide large numbers of animals for release, but this study highlights the importance of sourcing animals directly from remnant populations in order to maintain genetic diversity and minimise genetic drift.