Búsqueda de selección en el polimorfismo 677C>T (c.665C>T) del gen de la metilentetrahidrofolato reductasa (MTHFR) en una población Colombiana

Se realizó un estudio genético – poblacional en dos grupos etarios de población colombiana con la finalidad de evaluar las diferencias genéticas relacionadas con el polimorfismo MTHFR 677CT en busca de eventos genéticos que soporten la persistencia de este polimorfismo en la especie humana debido que este ha sido asociado con múltiples enfermedades. De esta manera se genotipificaron los individuos, se analizaron los genotipos, frecuencias alélicas y se realizaron diferentes pruebas genéticas-poblacionales. Contrario a lo observado en poblaciones Colombianas revisadas se identificó la ausencia del Equilibrio Hardy-Weinberg en el grupo de los niños y estructuras poblacionales entre los adultos lo que sugiere diferentes historias demográficas y culturales entre estos dos grupos poblacionales al tiempo, lo que soporta la hipótesis de un evento de selección sobre el polimorfismo en nuestra población. De igual manera nuestros datos fueron analizados junto con estudios previos a nivel nacional y mundial lo cual sustenta que el posible evento selectivo es debido a que el aporte de ácido fólico se ha incrementado durante las últimas dos décadas como consecuencia de las campañas de fortificación de las harinas y suplementación a las embarazadas con ácido fólico, por lo tanto aquí se propone un modelo de selección que se ajusta a los datos encontrados en este trabajo se establece una relación entre los patrones nutricionales de la especie humana a través de la historia que explica las diferencias en frecuencias de este polimorfismo a nivel espacial y temporal.  

El virus de l'hepatitis C i la ribonucleasa Phumana: aspectes biològics i terapèutics

El virus de l'hepatitis C (VHC) provoca una hepatitis crònica que afecta a més de 170 milions de persones d'arreu del món. És un virus petit que es classifica dins de la família Flaviviridae i és un virus d'RNA de cadena positiva amb un genoma d'aproximadament 9.600 nucleòtids. A l'extrem 5' del genoma viral s'hi troba una regió no codificant (5'NCR) que comprèn els primers 341 nucleòtids i la seva funció està relaciona amb la traducció. Immediatament després hi ha una pauta de lectura oberta ORF que acaba en un únic codó d'aturada i codifica una poliproteïna de 3.010 aminoàcids. A continuació l'extrem 3' no codificant (3'NCR), que malgrat es desconeixen les seves funcions exactes, s'ha demostrat que és essencial per a la replicació vírica. La única poliproteïna generada és processada co- i postraduccionalment mitjançant proteases de l'hoste i víriques, donant lloc a les proteïnes estructurals (Core, E1 i E2-p7) i no estructurals (NS2-NS5B). Igual que la majoria de virus RNA, el VHC es caracteritza per tenir una taxa de mutació elevada. De fet, el genoma del virus no es pot definir com una única seqüència sinó per una població de variants molt relacionades entre sí. A aquesta manera d'organitzar la informació genètica se l'anomena quasiespècie viral i una de les seves implicacions principals és la facilitat amb què sorgeixen resistents al tractament. Els tractaments disponibles són llargs, cars, provoquen efectes secundaris considerables i només es resolen completament el 40% dels casos. Per aquesta raó es busquen altres solucions terapèutiques per combatre el virus entre les quals s'hi inclouen diferents estratègies. Una de les més innovadores i prometedores és la utilització de ribozims dirigits directament contra el genoma del virus. Aquest treball es centra en l'estudi de les noves estratègies terapèutiques basades en ribozims, concretament la ribonucleasa P. La ribonucleasa P és un ribozim que està present en tots els organismes ja que és l'enzim responsable de la maduració dels precursors d'RNA de transferència. El més interessant a nivell terapèutic és que s'ha demostrat que es pot dirigir la seva activitat cap a qualsevol RNA utilitzant una seqüència guia d'RNA que quan hibrida amb l'RNA diana, l'híbrid imita l'estructura secundària del substrat natural. En el cas del VHC, s'han estudiat ribozims dependents de seqüència (ribozims derivats d'RNAs satèl·lits i de viroides de plantes), sempre dirigits contra la regió més conservada del virus per evitar una disminució de l'eficiència del ribozim deguda a la variació de la diana. La ribonucleasa P és una endonucleasa d'activitat molt específica i es diferencia dels altres ribozims naturals en el sistema de reconeixement del substrat, reconeix elements estructurals i no de seqüència. L'objectiu final del treball és tallar in vitro l'RNA del VHC aprofitant la propietat que presenta aquest ribozim de reconèixer elements estructurals i no de seqüència ja que per a un mateix nombre de seqüències, el nombre d'estructures viables que pot adoptar l'RNA genòmic és molt més petit i per tant la variabilitat de la diana disminueix. S'han estudiat dos models d'RNasa P, la RNasa P humana guiada per seqüència guia externa (EGS) i l'RNA M1 de l'RNasa P d'E.coli unit a la seqüència guia per l'extrem 3' (ribozim M1GS). Abans però de dirigir el ribozim, s'han estudiat l'estructura i la variabilitat d'una regió del genoma del virus ja que s'ha descrit que són factors que poden limitar l'eficiència de qualsevol ribozim. Derivat d'aquests estudis s'aporten dades sobre accessibilitat i variabilitat d'una regió interna del genoma del virus de l'hepatitis C, la zona d'unió de la regió E2/NS2 (regió 2658-2869). L'estudi d'accessibilitat revela que la regió 2658-2869 del genoma del virus conté dominis oberts i tancats i que la transició entre uns i altres no és brusca si es compara amb altres regions d'estructura coneguda (regió 5' no codificant). Els resultats dels assajos in vitro amb els dos models de RNasa P mostren que s'ha aconseguit dirigir tant la ribonucleasa P humana com el ribozim M1GS cap a una zona, predeterminada segons l'estudi d'accessibilitat, com a poc estructurada i tallar l'RNA del virus. De l'anàlisi de mutacions, però, es dedueix que la regió estudiada és variable. Tot i dirigir el ribozim cap a la zona més accessible, la variació de la diana podria afectar la interacció amb la seqüència guia i per tant disminuir l'eficiència de tall. Si es proposés una estratègia terapèutica consistiria en un atac simultani de vàries dianes.D'altra banda i derivat d'un resultat inesperat on s'ha observat en els experiments control que l'extracte de RNasa P humana tallava l'RNA viral en absència de seqüències guia externes, s'ha caracteritzat una nova interacció entre l'RNA del VHC i la RNasa P humana. Per a la identificació de l'enzim responsable dels talls s'han aplicat diferents tècniques que es poden dividir en mètodes directes (RNA fingerprinting) i indirectes (immunoprecipitació i inhibicions competitives). Els resultats demostren que la ribonucleasa P humana, i no un altre enzim contaminant de l'extracte purificat, és la responsable dels dos talls específics observats i que es localitzen, un a l'entrada interna al ribosoma (IRES) i molt a prop del codó AUG d'inici de la traducció i l'altre entre la regió codificant estructural i no estructural. La ribonucleasa P és un dels enzims del metabolisme del tRNA que s'utilitza per identificar estructures similars al tRNA en substrats diferents del substrat natural. Així doncs, el fet que la ribonucleasa P reconegui i talli el genoma del VHC en dues posicions determinades suggereix que, a les zones de tall, el virus conté estructures semblants al substrat natural, és a dir estructures tipus tRNA. A més, tot i que el VHC és molt variable, els resultats indiquen que aquestes estructures poden ser importants per el virus, ja que es mantenen en totes les variants naturals analitzades. Creiem que la seva presència podria permetre al genoma interaccionar amb factors cel·lulars que intervenen en la biologia del tRNA,particularment en el cas de l'estructura tipus tRNA que es localitza a l'element IRES. Independentment però de la seva funció, es converteixen en unes noves dianes terapèutiques per a la RNasa P. S'ha de replantejar però l'estratègia inicial ja que la similitud amb el tRNA les fa susceptibles a l'atac de la ribonucleasa P, directament, en absència de seqüències guia externes.

Estudi d'un receptor quinasa atípic (Mark) i de les proteïnes que interaccionen amb el seu domini intracel·lular. Transducció del senyal i desenvolupament en blat de moro (Zea mays)

Aquesta tesi doctoral s'engloba dins d'un projecte general d'estudi de gens implicats en l'embriogènesi del blat de moro. L'embriogènesi del blat de moro, i en general la de totes les plantes superiors, es dóna en tres etapes: una primera etapa on es diferencien tots els diversos teixits que formaran l'embrió, una segona etapa on l'embrió acumula productes de reserva i un tercer període, la dormància, que finalitza quan les condicions ambientals són les idònies per a la germinació. En el laboratori estàvem interessats, concretament, en l'estudi de gens implicats en la primera etapa morfogenètica, on els diferents teixits i estructures embrionàries queden definides. Per tal d'estudiar gens que s'expressaven en aquest període, una de les estratègies que es va realitzar fou un crivellat diferencial entre teixit embrionari i teixit de planta adulta. D'entre els diferents clons obtinguts, un corresponia a un clon parcial que presentava similitud amb receptors quinasa i que fou objecte d'estudi. A partir d'aquest clon es va obtenir el clon complet i es va anomenar MARK (per Maize Atypical Receptor Kinase). MARK presenta una estructura típica d'un receptor quinasa amb un domini extracel.lular, que conté 6 còpies imperfectes de LRR (Leucine- Rich Repeats), un únic domini transmembrana i un domini quinasa intracel.lular. El domini quinasa de MARK presenta, però, algunes variacions en els residus aminoacídics que es consideren claus per a la funció catalítica dels dominis quinasa. En concret cinc dels aminoàcids considerats essencials per a la fosforilació es troben substituits en el domini quinasa de MARK (DK-MARK). Els experiments de fosforilació in vitro que es van realitzar al laboratori, van mostrar com MARK era incapaç de fosforilar in vitro. Aquesta característica no és, però, exclusiva de MARK. Una búsqueda en les bases de dades ens van permetre identificar altres seqüències que també presentaven els mateixos o altres canvis en aquestes posicions aminoacídiques. En les bases de dades de plantes es van identificar un conjunt de seqüències genòmiques o ESTs amb aquestes característiques i només una d'elles, la proteïna TMKL1 d'Arabidopsis, ha sigut descrita com un receptor quinasa incapaç de fosforilar in vitro. Respecte a la búsqueda de receptors similars a MARK en les bases de dades d'animals, es van identificar també un conjunt de proteïnes que, en alguns casos, s'ha descrit que no tenen activitat quinasa in vivo. Per exemple, un dels casos més ben estudiats és el del receptor erbB3 que forma part de la família de receptors del EGF (Epidermal Growth Factor). Aquesta família de receptors està formada per 4 receptors: erbB1, erbB2, erbB3 i erbB4, dels quals només l'erbB3 no presenta activitat catalítica. S'ha descrit que erbB3 és capaç, tot i no fosforilar in vivo, de participar activament en la transducció del senyal formant heterodímers amb els altres membres de la família. Així, erbB3 és fosforilat pel seu partner i pot iniciar la cascada de transducció del senyal. La participació d'erbB3 en la transducció del senyal és essencial ja que embrions de ratolí knock-out pel gen erbB3 són inviables. Així doncs, el fet que receptors quinasa catalíticament inactius participin en les cascades de transducció del senyal, suggereix l'existència de nous mecanismes d'acció per a la transducció del senyal. Per tant, l'objectiu d'aquest treball fou l'estudi del mecanisme d'acció de MARK mitjançant la caracterització les proteïnes capaces d'interaccionar amb el seu domini quinasa. Per tal d'assolir aquest objectiu, es va realitzar un crivellat de doble-híbrid amb una llibreria de cDNA d'embrions de blat de moro de 7 DAP. D'aquest crivellat es va obtenir un conjunt de possibles clons positius que foren seqüenciats i entre els quals es van escollir per un estudi més detallat aquells que s'havien obtingut més vegades com a clons independents. Aquests clons codificaven per: una SAMDC (S-Adenosil Descarboxilasa), una eIF5 (Eukaryotic translation initiation), una hypothetical protein, una unknown protein, una gamma-adaptina i una MAP4K. Amb aquests 6 clons es van fer estudis in vitro i in vivo per tal de confirmar al seva interacció amb DK-MARK. Els estudis in vivo es van realitzar amb la soca de llevat AH109, una soca més astringent que la utilitzada en el crivellat, ja que presenta tres gens marcadors: Histidina, Adenina i Lacz. Els resultats obtinguts van mostrar que els clons codificants per SAMDC i eIF5 no van créixer en un medi selectiu per His i Ade i, per tant o es tracta de falsos positius del sistema o la seva interacció amb DK-MARK és dèbil. D'altra banda, la resta dels clons analitzats (proteïna hipotètica, una proteïna de funció desconeguda, la gamma-adaptina i una MAP4K) van créixer en medis en absència de Histidina i Adenina. Els assatjos de b-galactosidasa van ser tots positius a excepció de la proteïna hipotètica suggerint que potser aquesta interacció sigui més feble. D'altra banda també es van realitzar estudis in vitro amb la tècnica del pull-down. Els resultats obtinguts amb aquesta tècnica van recolzar els obtinguts en cèl.lules de llevat, ja que tots els clons analitzats a excepció dels codificants per SAMDC i eIF5 van donar un resultat d'interacció amb KD-MARK in vitro positiu. Davant aquests resultats ens vam centrar en l'estudi de la proteïna similar a MAP4K, doncs algunes proteïnes de la seva família s'han relacionat amb receptors de membrana. Els clons que es va obtenir del crivellat codificaven per una proteïna similar amb el domini C-terminal a les proteïnes BnMAP4Ka1 i a2 de Brassica napus. Aquestes proteïnes presenten una forta similitud de seqüència amb proteïnes de la família GCK/SPS1 que formen part d'un grup particular de MAPK relacionades amb la proteïna Ste20 (sterile 20 protein) de llevat. Ste20p activa la MAP3K de llevat Ste11 directament per fosforilació, transduint d'aquesta manera el senyal del receptor de feromones de creuament de les cèl.lules de llevat i es pot, doncs, considerar com una proteïna del tipus MAP4K (mitogen-activated protein kinase kinase kinase kinase). En els darrers anys, s'han identificat un gran nombre de proteïnes similars a Ste20: fins a una trentena en mamífers, en Drosophila, en Caenorhabditis elegans i en altres organismes. Segons la seva estructura aminoacídica, la família Ste20 s'ha classificat en dues subfamílies: les proteïnes STE20/PAK (p21-activated kinases) i la subfamília GCK/SPS1 (germinal center kinases). Les dues subfamílies estan formades per proteïnes que contenen un domini quinasa i un domini regulador, però, mentre que les proteïnes PAK presenten el domini quinasa en la part C-terminal, les GCKs el presenten en la regió N terminal. Les proteïnes GCK presenten una elevada diversitat estructural en el domini regulador permetent la seva classificació en 6 subfamílies. Mitjançant la tècnica del RACE es va obtenir el clon de cDNA complet que es va anomenar MIK (MARK Interacting Kinase). Amb la tècnica del Southern blot es va poder determinar que el gen MIK és un gen de còpia única en el genoma de blat de moro. Per tal d'analitzar la possible interacció entre DK-MARK i MIK, es va estudiar tant el patró d'expressió d'ambdós gens com el seu patró d'acumulació d'ambdues proteïnes durant l'embriogènesi del blat de moro. El patró d'expressió, analitzat per Northen blot va mostrar uns patrons coincidents al llarg de l'embriogènesi des del seu inici fins als 20 DAP amb una acumulació màxima de mRNA en embrions de 15 DAP. D'altra banda per tal d'estudiar el patró d'acumulació de la proteïna MIK així com per comparar-lo amb el de MARK, es van realitzar estudis de Westerns blot. Els resultats també van mostrar una coincidència en el temps de l'acumulació de les proteïnes MARK i MIK durant l'embriogènesi de blat de moro amb una major acumulació en embrions de 15 i 20 DAP. Es van dur a terme també estudis d'immunolocalitzacions sobre embrions de blat de moro de 15 DAP per tal d'estudiar en quins teixits s'acumulaven ambdues proteïnes. Les immunolocalitzacions van mostrar una major acumulació tant de MARK com de MIK en les zones meristemàtiques i en el teixit vascular sobretot del coleòptil on s'aprecia una forta co-localització de MARK i MIK. Totes aquestes dades són compatibles, doncs, amb una possible interacció de les proteïnes MARK i MIK, tot i que no la demostren. Per tal de demostrar la interacció es van realitzar experiments d'immunoprecipitació in vivo a partir d'extractes d'embrions. Malauradament, els resultats no són clars i en aquests moments en el laboratori s'estan posant a punt aquests experiments. També es van realitzar estudis comparatius de seqüència amb diferents proteïnes de la família GCK, mostrant una major similitud amb les proteïnes de la subfamília GCK-III. La subfamília GCK-III ha estat molt poc estudiada i en formen part un conjunt de proteïnes amb funcions molt diverses des de l'apoptosi, la citoquinesi o l'anòxia cel.lular. Per tant, la similitud de seqüència possiblement fa referència a una conservació en el mecanisme d'acció més que no pas a una conservació funcional. La possible interacció de MARK amb el domini C-terminal de MIK (el domini regulador) podria activar aquesta última iniciant una cascada de transducció del senyal en un model en el que una proteïna del tipus GCK-III faria de lligam directa entre un receptor de membrana i una cascada de senyalització intracel.lular. Aquest tipus de lligam entre un recepctor de membrana i mòduls intracel.lulars de senyalització s'ha descrit per a altres proteïnes GCK, si bé no directament sinó a través de proteïnes adaptadores. D'altra banda, la interacció directa de MARK, un receptor quinasa atípic que no té activitat catalítica, amb MIK suggereix un mecanisme on receptors atípics podrien interaccionar en la transducció del senyal activant la via de les MAPK.

Estudi d'una metal·lotioneïna d'alzina surera (QsMT)

En aquest treball es caracteriza per primera vegada la capacitat de coordinació metàl·lica d'una metal·lotineïna (MT) de planta i es proposa un model de plegament per a les MTs de planta en general. Els resultat mostren que aquestes proteïnes poden tenir un paper molt important en la regulació de l'estat redox de les cèl·lules, probablement a través de la coordinació a Cu. Les MTs de planta són proteïnes molt desconegudes. Es postula que participen en l'homeòstasi del Cu i en la protecció contra l'estrès oxidatiu, però es desconeix la capacitat de coordinació metàl·lica i el plegament. En aquest treball s'han estudiat una metal·lotioneïna d'alzina surera, QsMT, aïllada d'una llibreria de cDNA de fel·lema. Els objectius concrets han estat: (1) estudiar l'expressió de QsMT i la resposta a l'estrès oxidatiu; (2) determinar la capacitat de coordinació metàl·lica i la funcionalitat in vivo; (3) fer una aproximació al plegament de les MTs de planta. L'expressió del gen s'ha estudiat mitjançant hibridació in situ en plàntules i en embrions d'alzina surera. QsMT s'expressa majoritàriament en cèl·lules amb fort estrès oxidatiu, associat a la síntesi de polifenols (suberització i lignificació) i a la senescència. També s'expressa en cèl·lules meristemàtiques, cèl·lules en divisió molt activa on la funció de les MTs podria estar relacionada amb el manteniment de l'estat redox. L'aplicació d'estrès oxidatiu exogen (H2O2 i paraquat) incrementa fortament l'expressió de QsMT en teixits amb expressió constitutiva, confirmant la regulació de l'expressió del gen per estrès oxidatiu. Per l'estudi de les propietats de coordinació metàl·lica es va expressar QsMT en cèl·lules d'E. coli en medi de cultiu suplementat amb Cu, Zn o Cd. Es van aïllar els agregats metàl·lics corresponents i es van analitzar mitjançant tècniques espectroscòpiques i espectromètriques (ICP-OES, ESI-MS i CD). Els resultats mostren que QsMT coordina de forma estable Cu (8 ions metàl·lics/molècula), Zn (4 ions de Zn/molècula) i Cd (6 ions de Cd/molècula), i adopta una estructura especialment quiral en coordinació a Cu. L'elevada capacitat quelant de la proteïna i la quiralitat de l'estructura indiquen que QsMT possiblement té preferència metàl·lica pel Cu i per tant una funció relacionada amb aquest metall in vivo. Estudis de complementació en llevat demostren que QsMT coordina Cu de forma funcional in vivo. En coordinació a Cd QsMT presenta una peculiaritat no observada fins ara en altres MTs: la participació d'ions sulfur en la formació de l'agregat metàl·lic incrementant la capacitat de coordinació metàl·lica (6 ions metàl·lics divalents de Cd enlloc de 4 ions de Zn). A més QsMT coordina Cd de forma funcional en llevat, i per tant la seva funció també podria estar relacionada amb la destoxicació de Cd en la planta. QsMT s'ha utilitzat com a model per fer una aproximació al plegament de les MTs de planta. Amb aquest objectiu vam dissenyar tres pèptids mutants derivats de QsMT: N25 corresponent a la zona rica en cisteïna en posició amino-terminal, C18 corresponent a la zona rica en cisteïna en posició carboxil-terminal, i N25-C18 corresponent a les dues zones riques en cisteïna enllaçades per 4 glicines substituint la zona central de 39 aminoàcids. Es van expressar i estudiar aquests pèptids per les mateixes tècniques utilitzades en l'estudi de QsMT. Els resultats indiquen que QsMT es plega formant un sol agregat metàl·lic per la interacció de les dues zones riques en cisteïna. En aquest model la zona central d'enllaç, típica de les MTs de planta, no participa en la coordinació metàl·lica però és imprescindible per a la funció de la proteïna. El paper de la zona central podria variar en funció del metall que coordina, participant en el plegament i estructura de la proteïna quan coordina Zn i Cd i en la seva regulació i estabilització quan coordina Cu.

Plant U13 orthologues and orphan snoRNAs identified by RNomics of RNA from Arabidopsis nucleoli

Small nucleolar RNAs (snoRNAs) and small Cajal body-specific RNAs (scaRNAs) are non-coding RNAs whose main function in eukaryotes is to guide the modification of nucleotides in ribosomal and spliceosomal small nuclear RNAs, respectively. Full-length sequences of Arabidopsis snoRNAs and scaRNAs have been obtained from cDNA libraries of capped and uncapped small RNAs using RNA from isolated nucleoli from Arabidopsis cell cultures. We have identified 31 novel snoRNA genes (9 box C/D and 22 box H/ACA) and 15 new variants of previously described snoRNAs. Three related capped snoRNAs with a distinct gene organization and structure were identified as orthologues of animal U13snoRNAs. In addition, eight of the novel genes had no complementarity to rRNAs or snRNAs and are therefore putative orphan snoRNAs potentially reflecting wider functions for these RNAs. The nucleolar localization of a number of the snoRNAs and the localization to nuclear bodies of two putative scaRNAs was confirmed by in situ hybridization. The majority of the novel snoRNA genes were found in new gene clusters or as part of previously described clusters. These results expand the repertoire of Arabidopsis snoRNAs to 188 snoRNA genes with 294 gene variants.

The stimulation of mitogenic signaling pathways by N-POMC peptides

The N-terminal fragment of pro-opiomelancortin (POMC) has been shown previously to act as an adrenal mitogen. However, little is known about the molecular mechanisms by which mitogenesis is stimulated, although it has been shown that N-POMC1-28 Stimulates the ERK pathway in human H295R cells. We have investigated signaling stimulated by N-POMC1-28 and N-POMC1-49 in the mouse Y1 cell line and found that both peptides stimulate ERK phosphorylation with maximal stimulation being achieved within 5 min. Similar results were observed for both MEK and c-Raf phosphorylation, although N-POMC1-49 stimulated the phosphorylation of Akt more robustly than N-POMC1-28. We also investigated the expression of tyrosine kinase receptors in adrenal cells. PCR utilizing degenerate primers was performed on cDNA from both Y1 cells and rat adrenal tissue. Sequencing of 114 clones from each cDNA population revealed the expression of a number of receptors, several of which have not been described previously in the adrenal. (C) 2008 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Linking molecular and population stress responses in Daphnia magna exposed to cadmium

DNA microarrays can be used to measure environmental stress responses. If they are to be predictive of environmental impact, we need to determine if altered gene expression translates into negative impacts on individuals and populations. A large cDNA microarray (14000 spots) was created to measure molecular stress responses to cadmium in Daphnia magna,the most widely used aquatic indicator species, and relate responses to population growth rate (pgr). We used the array to detect differences in the transcription of genes in juvenile D. magna (24 h old) after 24 h exposure to a control and three cadmium concentrations (6, 20, and 37 mu g Cd2+ L-1). Stress responses at the population level were estimated following a further 8 days exposure. Pgr was approximately linear negative with increasing cadmium concentration over this range. The microarray profile of gene expression in response to acute cadmium exposure begins to provide an overview of the molecular responses of D. magna, especially in relation to growth and development. Of the responding genes, 29% were involved with metabolism including carbohydrate, fat and peptide metabolism, and energy production, 31% were involved with transcription/translation, while 40% of responding genes were associated with cellular processes like growth and moulting, ion transport, and general stress responses (which included oxidative stress). Our production and application of a large Daphnia magna microarray has shown that measured gene responses can be logically linked to the impact of a toxicant such as cadmium on somatic growth and development, and consequently pgr.

In vivo selection for metastasis promoting genes in the mouse

Here, we report the identification of a metastasis promoting factor by a forward genetic screen in mice. A retroviral cDNA library was introduced into the nonmetastatic cancer cell line 168FARN, which was then orthotopically transplanted into mouse mammary fat pads, followed by selection for cells that metastasize to the lung. The genes encoding the disulfide isomerase ERp5 and beta-catenin were found to promote breast cancer invasion and metastasis. Disulfide isomerases (thiol isomerases), which catalyze disulfide bond formation, reduction, and isomerization, have not previously been implicated in cancer cell signaling and tumor metastasis. Overexpression of ERp5 promotes both in vitro migration and invasion and in vivo metastasis of breast cancer cells. These effects were shown to involve activation of ErbB2 and phosphoinositicle 3-kinase (PI3K) pathways through dimerization of ErbB2. Activation of ErbB2 and PI3K subsequently stimulates RhoA and beta-catenin, which mediate the migration and invasion of tumor cells. Inhibition of ErbB2 and PI3K reverses the phenotypes induced by ERp5. Finally, ERp5 was shown to be up-regulated in human surgical samples of invasive breast cancers. These data identify a link between disulfide isomerases and tumor development, and provide a mechanism that modulates ErbB2 and PI3K signaling in the promotion of cancer progression.

Development of a reverse genetics system enabling the rescue of recombinant avian influenza virus A/Turkey/England/50-92/91 (H5N1)

We previously described the use of an established reverse genetics system for the generation of recombinant human influenza A viruses from cloned cDNAs. Here, we have assembled a set of plasmids to allow recovery of the avian H5N1 influenza virus A/Turkey/England/50-92/91 entirely from cDNA. This system enables us to introduce mutations or truncations into the cDNAs to create mutant viruses altered specifically in a chosen gene. These mutant viruses can then be used in future pathogenesis studies in chickens and in studies to understand the host range restrictions of avian influenza viruses in humans.

Expression of target and reference genes in Daphnia magna exposed to ibuprofen

Background: Transcriptomic techniques are now being applied in ecotoxicology and toxicology to measure the impact of stressors and develop understanding of mechanisms of toxicity. Microarray technology in particular offers the potential to measure thousands of gene responses simultaneously. However, it is important that microarrays responses should be validated, at least initially, using real-time quantitative polymerase chain reaction (QPCR). The accurate measurement of target gene expression requires normalisation to an invariant internal control e. g., total RNA or reference genes. Reference genes are preferable, as they control for variation inherent in the cDNA synthesis and PCR. However, reference gene expression can vary between tissues and experimental conditions, which makes it crucial to validate them prior to application. Results: We evaluated 10 candidate reference genes for QPCR in Daphnia magna following a 24 h exposure to the non-steroidal anti-inflammatory drug (NSAID) ibuprofen (IB) at 0, 20, 40 and 80 mg IB l(-1). Six of the 10 candidates appeared suitable for use as reference genes. As a robust approach, we used a combination normalisation factor (NF), calculated using the geNorm application, based on the geometric mean of three selected reference genes: glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, ubiquitin conjugating enzyme and actin. The effects of normalisation are illustrated using as target gene leukotriene B4 12-hydroxydehydrogenase (Ltb4dh), which was upregulated following 24 h exposure to 63-81 mg IB l(-1). Conclusions: As anticipated, use of the NF clarified the response of Ltb4dh in daphnids exposed to sublethal levels of ibuprofen. Our findings emphasise the importance in toxicogenomics of finding and applying invariant internal QPCR control(s) relevant to the study conditions.

Differential expression of mRNAs encoding co-receptor (betaglycan) and activin type-I preovulatory and prehierarchical follicles of the putative inhibin and type-II receptors in the laying hen ovary

Ovarian follicle development is primarily regulated by an interplay between the pituitary gonadotrophins, LH and FSH, and ovary-derived steroids. Increasing evidence implicates regulatory roles of transforming growth factor-beta (TGF beta) superfamily members, including inhibins and activins. The aim of this study was to identify the expression of mRNAs encoding key receptors of the inhibin/activin system in ovarian follicles ranging from 4 mm in diameter to the dominant F1 follicle (similar to 40 turn). Ovaries were collected (n=16) from inid-sequence hens maintained on a long-day photoschedule (16h of light:8 h of darkness). All follicles removed were dissected into individual granulosa and thecal layers. RNA was extracted and cDNA synthesized. Real-time quantitative PCR was used to quantify the expression of niRNA encoding betaglycan, activin receptor (ActR) subtypes (type-I, -IIA and -IIB) and glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH); receptor expression data were normalized to GAPDH expression. Detectable levels of ActRI, -IIA and -IIB and the inhibin co-receptor (betaglycan) expression were found in all granulosa and thecal layers analysed. Granulosa ActRI mRNA peaked (P < 0(.)05) in 8-9(.)9 mm follicles, whereas ActRIIA rose significantly from 6-7(.)9 mm to 8-9(.)9 nun, before filling to F3/2; levels then rose sharply (3-fold) to F1 levels. Granulosa betaglycan niRNA expression rose 3-fold from 4-5(.)9 min to 8-9(.)9 mm, before falling 4-fold to F3/2; levels then rose sharply (4-fold) to F1 levels. ActRIIB levels did not vary significantly during follicular development. Thecal ActRI mRNA expression was similar from 4-7(.)9 mm then decreased significantly to a nadir at the F4 position, before increasing 2-fold to the F1 (P < 0(.)05). Although thecal ActRIIB and -IIA expression did not vary significantly from 4 nim to F3, ActRIIB expression increased significantly (2-fold) from F3 to F1 and ActIIA, increased 22-fold from F2 to F1 (P < 0(.)05). Thecal betaglycan fell to a nadir at F6 after follicle selection; levels then increased significantly to F2, before filling similar to 50% in the F I. In all follicles studied expression of betaglycan and ActRI (granulosa: 1-0(.)65, P < 0-001, n=144/group; theca: r=0(.)49, P < 0-001, n=144/group) was well correlated. No significant correlations were identified between betaglycan and ActRIIA or -IIB. Considering all follicles analysed, granulosa mRNA expression of betaglycan, ActRI ActRIIA and ActRIIB were all significantly lower than in corresponding thecal tissue (betaglycan, 11(.)4-fold; ActRIIB, 5(.)1-fold; ActR(.) 3-8-fold: ActRIIA, 2(.)8-fold). The co-localization of type-I and -II activin receptors and betaglycan on granulosa and thecal cells are consistent with a local auto/paracrine role of inhibins and activins in modulating ovarian follicle development, selection and progression in the domestic fowl.

Variation in pituitary expression of mRNAs encoding the putative inhibin co-receptor (betaglycan) and type-I and type-II activin receptors during the chicken ovulatory cycle

Secretion of LH and FSH from the anterior pituitary is regulated primarily by hypothalamic GnRH and ovarian steroid hormones. More recent evidence indicates regulatory roles for certain members of the transforming growth factor beta (TGF beta) superfamily including inhibin and activin. The aim of this study was to identify expression of mRNAs encoding key receptors and ligands of the inhibin/activin system in the hen pituitary gland and to monitor their expression throughout the 24-25-h ovulatory cycle. Hens maintained on long days (16 h light/8 h dark) were killed 20, 12, 6 and 2 h before predicted ovulation of a midsequence egg (n = 8 per group). Anterior pituitary glands were removed, RNA extracted and cDNA synthesized. Plasma concentrations of LH, FSH, progesterone and inhibin A were measured. Real-time quantitative PCR was used to quantify pituitary expression of mRNAs encoding betaglycan, activin receptor (ActR) subtypes (type I, IIA), GnRH receptor (GnP,H-R), LH beta subunit, FSH beta subunit and GAPDH. Levels of mRNA for inhibin/activin beta A and beta B subunits, inhibin alpha subunit, follistatin and ActRIIB mRNA in pituitary were undetectable by quantitative PCR (< 2 amol/reaction). Significant changes in expression (P < 0.05) of ActRIIA and betaglycan mRNA were found, both peaking 6 h before ovulation just prior to the preovulatory LH surge and reaching a nadir 2 h before ovulation, just after the LH surge. There were no significant changes in expression of ActRI mRNA throughout the cycle although values were correlated with mRNA levels for both ActRIIA (r=0.77; P < 0.001) and betaglycan (r=0.45; P < 0.01). Expression of GnRH-R mRNA was lowest 20 h before ovulation and highest (P < 0.05) 6 h before ovulation; values were weakly correlated with betaglycan (r=0.33; P=0.06) and ActRIIA (r=0.34; P=0.06) mRNA levels. Expression of mRNAs encoding LH beta and FSH beta subunit were both lowest (P < 0.05) after the LH surge, 2 h before ovulation. These results are consistent with an endocrine, but not a local intrapituitary, role of inhibin-related proteins in modulating gonadotroph function during the ovulatory cycle of the hen, potentially through interaction with betaglycan and ActRIIA. In contrast to mammals, intrapituitary expression of inhibin/activin subunits and follistatin appears to be extremely low or absent in the domestic fowl.

A genomewide survey of developmentally relevant genes in Ciona intestinalis - III. Genes for Fox, ETS, nuclear receptors and NF kappa B

A survey against the draft genome sequence and the cDNA/EST database of Ciona intestinalis identified a number of genes encoding transcription factors regulating a variety of processes including development. In the present study, we describe almost complete sets of genes for Fox, ETS-domain transcription factors, nuclear receptors, and NFkappaB as well as other factors regulating NFkappaB activity, with their phylogenetic nature. Vertebrate Fox transcription factors are currently delineated into 17 subfamilies: FoxA to FoxQ. The present survey yielded 29 genes of this family in the Ciona genome, 24 of which were Ciona orthologues of known Fox genes. In addition, we found 15 ETS aenes, 17 nuclear receptor genes, and several NFkappaB signaling pathway genes in the Ciona genome. The number of Ciona genes in each family is much smaller than that of vertebrates, which represents a simplified feature of the ascidian genome. For example, humans have two NFkappaB genes, three Rel genes, and five NFAT genes, while Ciona has one gene for each family. The Ciona genome also contains smaller numbers of genes for the NFkappaB regulatory system, i.e. after the split of ascidians/vertebrates, vertebrates evolved a more complex NFkappaB system. The present results therefore provide molecular information for the investigation of complex developmental processes, and an insight into chordate evolution.

Purification and molecular cloning of antimicrobial peptides from Scots pine seedlings

A novel protocol for rapid and efficient purification of antimicrobial peptides from plant seedlings has been developed. Two peptides with antimicrobial activity, designated p1 and p2, were purified nearly to homogeneity from Scots pine seedlings by a combination of sulfuric acid extraction, ammonium sulfate precipitation, heat-inactivation and ion-exchange chromatography on phosphocellulose. Purified proteins had molecular masses of 11 kDa (p1) and 5.8 kDa (p2) and were identified by mass spectrometry as defensin and lipid-transfer protein, respectively. We demonstrated their growth inhibitory effects against a group of phytopathogenic fungi. Furthermore, we report for the first time molecular cloning and characterization of defensin I cDNA from Scots pine. A cDNA expression library from 7 days Scots pine seedlings was generated and used to isolate a cDNA clone corresponding to Scots pine defensin, termed PsDef1. The full-length coding sequence of PsDef1 is 252 bp in length and has an open reading frame capable to encode a protein of 83 amino residues. The deduced sequence has the typical features of plant defensins, including an endoplasmic reticulum signal sequence of 33 aa, followed by a characteristic defensin domain of 50 amino acids representing its active form. The calculated molecular weight of the mature form of PsDef1 is 5601.6 Da, which correlates well with the results of SDS-PAGE analysis. Finally, the antimicrobial properties of PsDef1 against a panel of fungi and bacteria define it as a member of the morphogenic group of plant defensins. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Effect of oxidized low-density lipoprotein on differential gene expression in primary human endothelial cells

Oxidative modification of low-density lipoprotein (LDL) plays an important role in the initiation and progression of atherosclerosis. It has been proposed that the biological action of oxidized LDL (ox-LDL) may be partially attributed to its effect on a shift of the pattern of gene expression in endothelial cells. To examine the transcriptional response to ox-LDL, we applied cDNA array technology to cultured primary human endothelial cells challenged with oxidized human LDL. A twofold or greater difference in the expression of a particular gene was considered a significant difference in transcript abundance. Seventy-eight of the 588 genes analyzed were differentially expressed in response to the treatment. Ox-LDL significantly affected the expression of genes encoding for transcription factors, cell receptors, growth factors, adhesion molecules, extracellular matrix proteins, and enzymes involved in cholesterol metabolism. The alteration of the expression pattern of several genes was substantiated post hoc using RT-PCR. The experimental strategy identified several novel ox-LDL-sensitive genes associated with a "response to injury" providing a conceptual background to be utilized for future studies addressing the molecular basis of the early stages of atherogenesis.