Specific alterations in plasma proteins during depressed, manic, and euthymic states of bipolar disorder

Bipolar disorder (BD) is a common psychiatric mood disorder affecting more than 1-2% of the general population of different European countries. Unfortunately, there is no objective laboratory-based test to aid BD diagnosis or monitor its progression, and little is known about the molecular basis of BD. Here, we performed a comparative proteomic study to identify differentially expressed plasma proteins in various BD mood states (depressed BD, manic BD, and euthymic BD) relative to healthy controls. A total of 10 euthymic BD, 20 depressed BD, 15 manic BD, and 20 demographically matched healthy control subjects were recruited. Seven high-abundance proteins were immunodepleted in plasma samples from the 4 experimental groups, which were then subjected to proteome-wide expression profiling by two-dimensional electrophoresis and matrix-assisted laser desorption/ionization-time-of-flight/time-of-flight tandem mass spectrometry. Proteomic results were validated by immunoblotting and bioinformatically analyzed using MetaCore. From a total of 32 proteins identified with 1.5-fold changes in expression compared with healthy controls, 16 proteins were perturbed in BD independent of mood state, while 16 proteins were specifically associated with particular BD mood states. Two mood-independent differential proteins, apolipoprotein (Apo) A1 and Apo L1, suggest that BD pathophysiology may be associated with early perturbations in lipid metabolism. Moreover, down-regulation of one mood-dependent protein, carbonic anhydrase 1 (CA-1), suggests it may be involved in the pathophysiology of depressive episodes in BD. Thus, BD pathophysiology may be associated with early perturbations in lipid metabolism that are independent of mood state, while CA-1 may be involved in the pathophysiology of depressive episodes.

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.

Caractérisation moléculaire du rôle de Lhx2 dans le développement de l'oeil et du cerveau

Le développement du système nerveux central (SNC) chez les vertébrés est un processus d'une extrême complexité qui nécessite une orchestration moléculaire très précise. Certains gènes exprimés très tôt lors du développement embryonnaire sont d'une importance capitale pour la formation du SNC. Parmi ces gènes, on retrouve le facteur de transcription à Lim homéodomaine Lhx2. Les embryons de souris mutants pour Lhx2 (Lhx2-/-) souffre d'une hypoplasie du cortex cérébral, sont anophtalmiques et ont un foie de volume réduit. Ces embryons mutants meurent in utero au jour embryonnaire 16 (e16) dû à une déficience en érythrocytes matures. L'objectif principal de cette thèse est de caractériser le rôle moléculaire de Lhx2 dans le développement des yeux et du cortex cérébral. Lhx2 fait partie des facteurs de transcription à homéodomaine exprimé dans la portion antérieure de la plaque neurale avec Rx, Pax6, Six3. Le développement de l'oeil débute par une évagination bilatérale de cette région. Nous démontrons que l'expression de Lhx2 est cruciale pour les premières étapes de la formation de l'oeil. En effet, en absence de Lhx2, l'expression de Rx, Six3 et Pax6 est retardée dans la plaque neurale antérieure. Au stade de la formation de la vésicule optique, l'absence de Lhx2 empêche l'activation de Six6 (un facteur de transcription également essentiel au développement de l'œil). Nous démontrons que Lhx2 et Pax6 coopèrent en s'associant au promoteur de Six6 afin de promouvoir sa trans-activation. Donc, Lhx2 est un gène essentiel pour la détermination de l'identité rétinienne au niveau de la plaque neurale. Plus tard, il collabore avec Pax6 pour établir l'identité rétinienne définitive et promouvoir la prolifération cellulaire. De plus, Lhx2 est fortement exprimé dans le télencéphale, région qui donnera naissance au cortex cérébral. L'absence de Lhx2 entraîne une diminution de la prolifération des cellules progénitrices neurales dans cette région à e12.5. Nous démontrons qu'en absence de Lhx2, les cellules progénitrices neurales (cellules de glie radiale) se différencient prématurément en cellules progénitrices intermédiaires et en neurones post-mitotiques. Ces phénotypes sont corrélés à une baisse d'activité de la voie Notch. En absence de Lhx2, DNER (un ligand atypique de la voie Notch) est fortement surexprimé dans le télencéphale. De plus, Lhx2 et des co-répresseurs s'associent à la chromatine de la région promotrice de DNER. Nous concluons que Lhx2 permet l'activation de la voie Notch dans le cortex cérébral en développement en inhibant la transcription de DNER, qui est un inhibiteur de la voie Notch dans ce contexte particulier. Lhx2 permet ainsi la maintenance et la prolifération des cellules progénitrices neurales.

Les protéines Staufen et leurs rôles dans la régulation posttranscriptionnelle de l’expression des gènes, la réponse aux dommages à l’ADN et le cycle cellulaire

Les différents mécanismes de régulation posttranscriptionnelle de l’expression des gènes sont de plus en plus reconnus comme des processus essentiels dans divers phénomènes physiologiques importants, comme la prolifération cellulaire et la réponse aux dommages à l’ADN. Deux des protéines impliquées dans ce type de régulation sont Staufen1 (Stau1) et Staufen2 (Stau2). Elles sont des protéines de liaison à l’ARN double brin qui contribuent au transport de l’ARN messager (ARNm), au contrôle de la traduction, à l’épissage alternatif et sont responsables de la dégradation de certains ARNm spécifiques. Les protéines Staufen peuvent en effet s’associer à des ARNm bien précis, d’autant plus que, majoritairement, Stau1 et Stau2 ne se retrouvent pas en complexe avec les mêmes cibles. De nombreuses évidences récentes montrent l’implication de divers mécanismes de régulation posttranscriptionnelle dans la réponse aux dommages à l’ADN, plusieurs protéines de liaison à l’ARN y participant d’ailleurs. De façon importante, cette réponse dicte un ou plusieurs destin(s) à la cellule qui doit réagir à la suite de dommages à l’intégrité de son ADN: réparation de l’ADN, arrêt de la prolifération cellulaire, apoptose. Nous avons donc fait l’hypothèse que l’expression de Stau1 et/ou de Stau2 pourrait être affectée en réponse à un stress génotoxique, ce qui pourrait avoir comme conséquence de moduler l’expression et/ou la stabilité de leurs ARNm cibles. De même, notre laboratoire a récemment observé que l’expression de Stau1 varie pendant le cycle cellulaire, celle-ci étant plus élevée jusqu’au début de la mitose (prométaphase), puis elle diminue alors que les cellules complètent leur division. Par conséquent, nous avons fait l’hypothèse que Stau1 pourrait lier des ARNm de façon différentielle dans des cellules bloquées en prométaphase et dans des cellules asynchrones. D’un côté, en employant la camptothécine (CPT), une drogue causant des dommages à l’ADN, pour traiter des cellules de la lignée de cancer colorectal HCT116, nous avons observé que seule l’expression de Stau2 est réduite de façon considérable, tant au niveau de la protéine que de l’ARNm. L’utilisation d’autres agents cytotoxiques a permis de confirmer cette observation initiale. De plus, nous avons constaté que l’expression de Stau2 est touchée même dans des conditions n’engendrant pas une réponse apoptotique, ce qui suggère que cette déplétion de Stau2 est possiblement importante pour la mise en place d’une réponse appropriée aux dommages à l’ADN. D’ailleurs, la surexpression de Stau2 conjointement avec le traitement à la CPT entraîne un retard dans l’induction de l’apoptose dans les cellules HCT116. Nous avons aussi montré que la diminution de l’expression de Stau2 est due à une régulation de sa transcription en réponse au stress génotoxique, ce pourquoi une région minimale du promoteur putatif de Stau2 est nécessaire. Également, nous avons identifié que le facteur de transcription E2F1, couramment impliqué dans la réponse aux dommages à l’ADN, peut contrôler l’expression de Stau2. Ainsi, E2F1 permet une augmentation de l’expression de Stau2 dans des cellules non traitées, mais cette hausse est abolie dans des cellules traitées à la CPT, ce qui suggère que la CPT pourrait agir en inhibant l’activation transcriptionnelle de Stau2 par E2F1. Enfin, nous avons observé que certains ARNm associés à Stau2, et codant pour des protéines impliquées dans la réponse aux dommages à l’ADN et l’apoptose, sont exprimés différemment dans des cellules traitées à la CPT et des cellules non traitées. D’un autre côté, nous avons identifié les ARNm associés à Stau1 lors de la prométaphase, alors que l’expression de Stau1 est à son niveau le plus élevé pendant le cycle cellulaire, grâce à une étude à grande échelle de micropuces d’ADN dans des cellules HEK293T. Nous avons par la suite confirmé l’association entre Stau1 et certains ARNm d’intérêts, donc codant pour des protéines impliquées dans la régulation de la prolifération cellulaire et/ou le déroulement de la mitose. Une comparaison de la liaison de ces ARNm à Stau1 dans des cellules bloquées en prométaphase par rapport à des cellules asynchrones nous a permis de constater une association préférentielle dans les cellules en prométaphase. Ceci suggère une augmentation potentielle de la régulation de ces ARNm par Stau1 à ce moment du cycle cellulaire. Les données présentées dans cette thèse indiquent vraisemblablement que la régulation posttranscriptionnelle de l’expression génique contrôlée par les protéines Staufen se fait en partie grâce à la modulation de l’expression de Stau1 et de Stau2 en fonction des conditions cellulaires. Nous envisageons alors que cette variation de l’expression des protéines Staufen ait des conséquences sur des sous-ensembles d’ARNm auxquels elles sont liées et que de cette façon, elles jouent un rôle pour réguler des processus physiologiques essentiels comme la réponse aux dommages à l’ADN et la progression dans le cycle cellulaire.

The plant ovule omics : an integrative approach for pollen−pistil interactions and pollen tube guidance studies in solanaceous species

Chez les plantes à fleurs, l’ovaire est l’organe reproducteur femelle et il interagit de façon importante avec les gamètes mâles durant la croissance, le guidage, la réception et la rupture du tube pollinique ainsi que la fusion des gamètes. Le processus débute lorsque de nombreux gènes de l’ovule sont activés à longue distance lors de la réception du pollen sur le stigmate. Afin d’explorer les signaux provenant de l’ovule ayant un impact important sur les interactions pollen–pistil, particulièrement les molécules sécrétées impliquées dans la signalisation espècespécifique, l’expression génique des ovules sous forme d’ARNm ainsi et la sécrétion protéique ont été étudiées chez Solanum chacoense, une espèce diploïde de pomme de terre sauvage. S. chacoense a subi beaucoup d’hybridation interspécifique avec d’autres espèces sympathiques de solanacées, facilitant ainsi grandement l’étude des interactions pollen–ovule de façon espècespécifique ainsi que leur évolution. Dans ce projet, des ovules provenant de trois conditions différentes ont été comparés: des ovules matures de type sauvage, des ovules légèrement immatures, récoltés deux jours avant l’anthèse et des ovules provenant du mutant frk1 pour lesquels le sac embryonnaire est absent. Un séquençage d’ARN à haut débit a d’abord été effectué sur les ovules de type sauvage de S. chacoense afin de générer un assemblage de référence comprenant 33852 séquences codantes. D’autres séquençages ont été effectués sur les trois conditions d’ovules et sur les feuilles afin de faire une analyse d’expression différentielle des gènes. En comparaison avec les ovules de type sauvage, 818 gènes sont réprimés dans les ovules du mutant frk1. Un sous-groupe de 284 gènes, étaient également sous-exprimés dans les ovules légèrement immatures, suggérant un rôle spécifique dans les stades tardifs de la maturation du sac embryonnaire (stade de développent FG6 à FG7) ainsi que du guidage du tube pollinique, puisque ni les ovules du mutant frk1 ni ceux légèrement immatures ne sont capables d’attirer les tubes polliniques lors d’essais de croissance semi in vivo. De plus, 21% de ces gènes sont des peptides riches en cystéines (CRPs). En utilisant un transcriptome assemblé de novo provenant de deux proches parents de S. chacoense, S. gandarillasii et S. tarijense, une analyse d’orthologie a été effectuée sur ces CRPs, révélant une grande variabilité et une évolution rapide chez les solanacées. De nouveaux motifs de cystéine uniques à cette famille ont également été découverts. En comparant avec des études similaires chez Arabidopsis, le sac embryonnaire de S. chacoense montre un transcriptome fortement divergent, particulièrement en en ce qui a trait à la catégorisation fonctionnelle des gènes et de la similarité entre les gènes orthologues. De plus,même si la glycosylation n’est pas requise lors du guidage mycropylaire du tube pollinique chez Arabidopsis, Torenia ou le maïs, des extraits d’ovules glycosylés de S. chacoense sont capables d’augmenter la capacité de guidage de 18%. Cette étude est donc la première à montrer une corrélation entre glycosylation et le guidage du tube pollinique par l’ovule. En complément à l’approche transcriptomique, une approche protéomique portant sur les protéine sécrétées par l’ovule (le secrétome) a été utilisée afin d’identifier des protéines impliquées dans l’interaction entre ovule et tube pollinique. Des exsudats d’ovules matures (capables d’attirer le tube pollinique) et d’ovules immatures (incapables d’attirer le tube pollinique) ont été récoltés en utilisant une nouvelle méthode d’extraction par gravité permettant de réduire efficacement les contaminants cytosoliques à moins de 1% de l’échantillon. Un total de 305 protéines sécrétées par les ovules (OSPs) ont été identifiées par spectrométrie de masse, parmi lesquelles 58% étaient spécifiques aux ovules lorsque comparées avec des données de protéines sécrétées par des tissus végétatifs. De plus, la sécrétion de 128 OSPs est augmentée dans les ovules matures par rapport aux ovules immatures. Ces 128 protéines sont donc considérées en tant que candidates potentiellement impliquées dans la maturation tardive de l’ovule et dans le guidage du tube pollinique. Cette étude a également montré que la maturation du sac embryonnaire du stade FG6 au stade FG7 influence le niveau de sécrétion de 44% du sécrétome total de l’ovule. De façon surprenante, la grande majorité (83%) de ces protéines n’est pas régulée au niveau de l’ARN, soulignant ainsi l’importance de cette approche dans l’étude du guidage du tube pollinique comme complément essentiel aux études transcriptomiques. Parmi tous les signaux sécrétés par l’ovule et reliés au guidage, obtenus à partir des approches transcriptomiques et protéomiques décrites ci-haut, nous avons spécifiquement évalué l’implication des CRPs dans le guidage du tube pollinique par l’ovule chez S. chacoense, vu l’implication de ce type de protéine dans les interactions pollen-pistil et le guidage du tube pollinique chez d’autres espèces. Au total, 28 CRPs étaient présentes dans les ovules capables d’attirer le tube pollinique tout en étant absentes dans les ovules incapables de l’attirer, et ce, soit au niveau de l’ARNm et/ou au niveau du sécrétome. De celles-ci, 17 CRPs ont été exprimées dans un système bactérien et purifiées en quantité suffisante pour tester le guidage. Alors que des exsudats d’ovules ont été utilisés avec succès pour attirer par chimiotactisme le tube pollinique, les candidats exprimés dans les bactéries n’ont quant à eux pas été capables d’attirer les tubes polliniques. Comme l’utilisation de systèmes d’expression hétérologue eucaryote peut permettre un meilleur repliement et une plus grande activité des protéines, les candidats restants seront de nouveau exprimés, cette fois dans un système de levure ainsi que dans un système végétal pour produire les peptides sécrétés. Ceux-ci seront ensuite utilisés lors d’essais fonctionnels pour évaluer leur capacité à guider les tubes polliniques et ainsi isoler les attractants chimiques responsable du guidage du tube pollinique chez les solanacées comme S. chacoense.

Le système endocannabinoïde dans la rétine du singe : expression, localisation et fonctions

Le cannabis produit de nombreux effets psychologiques et physiologiques sur le corps humain. Les molécules contenues dans cette plante, désignées comme « phytocannabinoïdes », activent un système endogène qu’on appelle le système endocannabinoïde (eCB). Les effets de la consommation de cannabis sur la vision ont déjà été décrits sans cependant de formulation sur les mécanismes sous-jacents. Ces résultats comportementaux suggèrent, malgré tout, la présence de ce système eCB dans le système visuel, et particulièrement dans la rétine. Cette thèse vise donc à caractériser l’expression, la localisation et le rôle du système eCB dans la rétine du singe vervet, une espèce animale ayant un système visuel semblable à celui de l’humain. Nous avons mis au point un protocole expérimental d’immunohistochimie décrit dans l’article apparaissant dans l’Annexe I que nous avons utilisé pour répondre à notre objectif principal. Dans une première série de quatre articles, nous avons ainsi caractérisé l’expression et la localisation de deux récepteurs eCBs reconnus, les récepteurs cannabinoïdes de type 1 (CB1R) et de type 2 (CB2R), et d’un 3e présumé récepteur aux cannabinoïdes, le récepteur GPR55. Dans l’article 1, nous avons démontré que CB1R et une enzyme clé de ce système, la fatty acid amide hydrolase (FAAH), sont exprimés dans les parties centrale et périphérique de la rétine, et abondamment présents dans la fovéa, une région où l’acuité visuelle est maximale. Dans l’article 2, nous avons localisé le CB2R dans des cellules gliales de la rétine : les cellules de Müller et nous avons proposé un modèle sur l’action de cette protéine dans la fonction rétinienne faisant appel à une cascade chimique impliquant les canaux potassiques. Dans l’article 3, nous avons observé le GPR55 exclusivement dans les bâtonnets qui sont responsables de la vision scotopique et nous avons soumis un deuxième modèle de fonctionnement de ce récepteur par le biais d'une modulation des canaux calciques et sodiques des bâtonnets. Vu que ces 3 récepteurs se retrouvent dans des cellules distinctes, nous avons suggéré leur rôle primordial dans l’analyse de l’information visuelle au niveau rétinien. Dans l’article 4, nous avons effectué une analyse comparative de l’expression du système eCB dans la rétine de souris, de toupayes (petits mammifères insectivores qui sont sont considérés comme l’étape intermédiaire entre les rongeurs et les primates) et de deux espèces de singe (le vervet et le rhésus). Ces résultats nous ont menés à présenter une hypothèse évolutionniste quant à l’apparition et à la fonction précise de ces récepteurs. Dans les articles subséquents, nous avons confirmé notre hypothèse sur le rôle spécifique de ces trois récepteurs par l’utilisation de l’électrorétinographie (ERG) après injection intravitréenne d’agonistes et d’antagonistes de ces récepteurs. Nous avons conclu sur leur influence indéniable dans le processus visuel rétinien chez le primate. Dans l’article 5, nous avons établi le protocole d’enregistrement ERG normalisé sur le singe vervet, et nous avons produit un atlas d’ondes ERG spécifique à cette espèce, selon les règles de l’International Society for Clinical Electrophysiology of Vision (ISCEV). Les patrons électrorétinographiques se sont avérés semblables à ceux de l’humain et ont confirmé la similarité entre ces deux espèces. Dans l’article 6, nous avons démontré que le blocage de CB1R ou CB2R entraine une modification de l’électrorétinogramme, tant au niveau photopique que scotopique, ce qui supporte l’implication de ces récepteurs dans la modulation des ondes de l’ERG. Finalement, dans l’article 7, nous avons confirmé le modèle neurochimique proposé dans l’article 3 pour expliquer le rôle fonctionnel de GPR55, en montrant que l’activation ou le blocage de ce récepteur, respectivement par un agoniste (lysophosphatidylglucoside, LPG) ou un antagoniste (CID16020046), entraine soit une augmentation ou une baisse significative de l’ERG scotopique seulement. Ces données, prises ensemble, démontrent que les récepteurs CB1R, CB2R et GPR55 sont exprimés dans des types cellulaires bien distincts de la rétine du singe et ont chacun un rôle spécifique. L’importance de notre travail se manifeste aussi par des applications cliniques en permettant le développement de cibles pharmacologiques potentielles dans le traitement des maladies de la rétine.

Neurokinin-B transcription in erythroid cells - Direct activation by the hematopoietic transcription factor GATA-1

The GATA family of transcription factors establishes genetic networks that control developmental processes including hematopoiesis, vasculogenesis, and cardiogenesis. We found that GATA-1 strongly activates transcription of the Tac-2 gene, which encodes proneurokinin-B, a precursor of neurokinin-B (NK-B). Neurokinins function through G protein-coupled transmembrane receptors to mediate diverse physiological responses including pain perception and the control of vascular tone. Whereas an elevated level of NK-B was implicated in pregnancy-associated pre-eclampsia ( Page, N. M., Woods, R. J., Gardiner, S. M., Lomthaisong, K., Gladwell, R. T., Butlin, D. J., Manyonda, I. T., and Lowry, P. J. ( 2000) Nature 405, 797 - 800), the regulation of NK-B synthesis and function are poorly understood. Tac-2 was expressed in normal murine erythroid cells and was induced upon ex vivo erythropoiesis. An estrogen receptor fusion to GATA-1 (ER-GATA-1) and endogenous GATA-1 both occupied a region of Tac-2 intron-7, which contains two conserved GATA motifs. Genetic complementation analysis in GATA-1-null G1E cells revealed that endogenous GATA-2 occupied the same region of intron-7, and expression of ER-GATA-1 displaced GATA-2 and activated Tac-2 transcription. Erythroid cells did not express neurokinin receptors, whereas aortic and yolk sac endothelial cells differentially expressed neurokinin receptor subtypes. Since NK-B induced cAMP accumulation in yolk sac endothelial cells, these results suggest a new mode of vascular regulation in which GATA-1 controls NK-B synthesis in erythroid cells.

Hydroponic isotope labelling of entire plants (HILEP) for quantitative plant proteomics; an oxidative stress case study

Hydroponic isotope labelling of entire plants (HILEP) is a cost-effective method enabling metabolic labelling of whole and mature plants with a stable isotope such as N-15. By utilising hydroponic media that contain N-15 inorganic salts as the sole nitrogen source, near to 100% N-15-labelling of proteins can be achieved. In this study, it is shown that HILEP, in combination with mass spectrometry, is suitable for relative protein quantitation of seven week-old Arabidopsis plants submitted to oxidative stress. Protein extracts from pooled N-14- and N-15-hydroponically grown plants were fractionated by SDS-PAGE, digested and analysed by liquid chromatography electrospray ionisation tandem mass spectrometry (LC-ESI-MS/MS). Proteins were identified and the spectra of N-14/N-15 peptide pairs were extracted using their m/z chromatographic retention time, isotopic distributions, and the m/z difference between the N-14 and N-15 peptides. Relative amounts were calculated as the ratio of the sum of the peak areas of the two distinct N-14 and N-15 peptide isotope envelopes. Using Mascot and the open source trans-proteomic pipeline (TPP), the data processing was automated for global proteome quantitation down to the isoform level by extracting isoform specific peptides. With this combination of metabolic labelling and mass spectrometry it was possible to show differential protein expression in the apoplast of plants submitted to oxidative stress. Moreover, it was possible to discriminate between differentially expressed isoforms belonging to the same protein family, such as isoforms of xylanases and pathogen-related glucanases (PR 2). (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Physiological and proteomic approaches to address heat tolerance during anthesis in rice (Oryza sativa L.)

Episodes of high temperature at anthesis, which in rice is the most sensitive stage to temperature, are expected to occur more frequently in future climates. The morphology of the reproductive organs and pollen number, and changes in anther protein expression, were studied in response to high temperature at anthesis in three rice (Oryza sativa L.) genotypes. Plants were exposed to 6 h of high (38 °C) and control (29 °C) temperature at anthesis and spikelets collected for morphological and proteomic analysis. Moroberekan was the most heat-sensitive genotype (18% spikelet fertility at 38 °C), while IR64 (48%) and N22 (71%) were moderately and highly heat tolerant, respectively. There were significant differences among the genotypes in anther length and width, apical and basal pore lengths, apical pore area, and stigma and pistil length. Temperature also affected some of these traits, increasing anther pore size and reducing stigma length. Nonetheless, variation in the number of pollen on the stigma could not be related to measured morphological traits. Variation in spikelet fertility was highly correlated (r=0.97, n=6) with the proportion of spikelets with ≥20 germinated pollen grains on the stigma. A 2D-gel electrophoresis showed 46 protein spots changing in abundance, of which 13 differentially expressed protein spots were analysed by MS/MALDI-TOF. A cold and a heat shock protein were found significantly up-regulated in N22, and this may have contributed to the greater heat tolerance of N22. The role of differentially expressed proteins and morphology during anther dehiscence and pollination in shaping heat tolerance and susceptibility is discussed.

Cardiac protein kinases: the cardiomyocyte kinome and differential kinase expression in human failing hearts

Aims. Protein kinases are potential therapeutic targets for heart failure, but most studies of cardiac protein kinases derive from other systems, an approach that fails to account for specific kinases expressed in the heart and the contractile cardiomyocytes. We aimed to define the cardiomyocyte kinome (i.e. the protein kinases expressed in cardiomyocytes) and identify kinases with altered expression in human failing hearts. Methods and Results. Expression profiling (Affymetrix microarrays) detected >400 protein kinase mRNAs in rat neonatal ventricular myocytes (NVMs) and/or adult ventricular myocytes (AVMs), 32 and 93 of which were significantly upregulated or downregulated (>2-fold), respectively, in AVMs. Data for AGC family members were validated by qPCR. Proteomics analysis identified >180 cardiomyocyte protein kinases, with high relative expression of mitogen-activated protein kinase cascades and other known cardiomyocyte kinases (e.g. CAMKs, cAMP-dependent protein kinase). Other kinases are poorly-investigated (e.g. Slk, Stk24, Oxsr1). Expression of Akt1/2/3, BRaf, ERK1/2, Map2k1, Map3k8, Map4k4, MST1/3, p38-MAPK, PKCδ, Pkn2, Ripk1/2, Tnni3k and Zak was confirmed by immunoblotting. Relative to total protein, Map3k8 and Tnni3k were upregulated in AVMs vs NVMs. Microarray data for human hearts demonstrated variation in kinome expression that may influence responses to kinase inhibitor therapies. Furthermore, some kinases were upregulated (e.g. NRK, JAK2, STK38L) or downregulated (e.g. MAP2K1, IRAK1, STK40) in human failing hearts. Conclusions. This characterization of the spectrum of kinases expressed in cardiomyocytes and the heart (cardiomyocyte and cardiac kinomes) identified novel kinases, some of which are differentially expressed in failing human hearts and could serve as potential therapeutic targets.

Distribution analysis of the putative cancer marker S100A4 across invasive squamous cell carcinoma penile tissue

MS-based proteomic methods were utilised for the first time in the discovery of novel penile cancer biomarkers. MALDI MS imaging was used to obtain the in situ biomolecular MS profile of squamous cell carcinoma of the penis which was then compared to benign epithelial MS profiles. Spectra from cancerous and benign tissue areas were examined to identify MS peaks that best distinguished normal epithelial cells from invasive squamous epithelial cells, providing crucial evidence to suggest S100A4 to be differentially expressed. Verification by immunohistochemistry resulted in positive staining for S100A4 in a sub-population of invasive but not benign epithelial cells.

High Matrix Metalloproteinase Activity Is a Hallmark of Periapical Granulomas

Introduction: The inability to distinguish periapical cysts from granulomas before performing root canal treatment leads to uncertainty in treatment outcomes because cysts have lower healing rates. Searching for differential expression of molecules within cysts or granulomas could provide information with regard to the identity of the lesion or suggest mechanistic differences that may form the basis for future therapeutic intervention. Thus, we investigated whether granulomas and cysts exhibit differential expression of extracellular matrix (ECM) molecules. Methods: Human periapical granulomas, periapical cysts, and healthy periodontal ligament tissues were used to investigate the differential expression of ECM molecules by microarray analysis. Because matrix metalloproteinases (MMP) showed the highest differential expression in the microarray analysis, MMPs were further examined by in situ zymography and immunohistochemistry. Data were analyzed by using one-way analysis of variance followed by the Tu-key test. Results: We observed that cysts and granulomas differentially expressed several ECM molecules, especially those from the MMP family. Compared with cysts, granulomas exhibited higher MMP enzymatic activity in areas stained for MMP-9. These areas were composed of polymorphonuclear cells (PMNs) in contrast to cysts. Similarly, MMP-13 was expressed by a greater number of cells in granulomas compared with cysts. Conclusion: Our findings indicate that high enzymatic MIMP activity in PMNs together with MMP-9 and MMP-13 stained cells could be a molecular signature of granulomas unlike periapical cysts. (J Endod 2009;35:1234-1242)

Differential proteome analysis of mature and germinated embryos of Araucaria angustifolia

Araucaria angustifolia is an endangered Brazilian native conifer tree. The aim of the present work was to identify differentially expressed proteins between mature and germinated embryos of A. angustifolia, using one and two dimensional gel electrophoresis approaches followed by protein identification by tandem mass spectrometry. The identities of 32 differentially expressed protein spots from two dimensional gel maps were successfully determined, including proteins and enzymes involved in storage mobilization such as the vicilin-like storage protein and proteases. A label free approach, based on spectral counts, resulted in detection of 10 and 14 mature and germinated enriched proteins, respectively. Identified proteins were mainly related to energetic metabolism pathways, translational processes. oxidative stress regulation and cellular signaling. The integrated use of both strategies permitted a comprehensive protein expression overview of changes in germinated embryos in relation to matures, providing insights into the this process in a recalcitrant seed species. Applications of the data generated on the monitoring and control of in vitro somatic embryos were discussed. Published by Elsevier Ltd.

Distribution of small Rho GTPases in the developing rat submandibular gland

During the rat submandibular gland (SMG) development, organogenesis and cytodifferentiation depend on the actin cytoskeleton, which is regulated by small Rho GTPases. These proteins link cell surface receptors to pathways that regulate cell motility, polarity, gene expression, vesicular trafficking, proliferation and apoptosis. The aim of this study was to evaluate, by immunohistochemistry, the distribution pattern of RhoA, RhoB, RhoC, Rac1 and Cdc42 during cytodifferentiation of the rat SMG and in male adults. All GTPases were found in epithelial and mesenchymal tissues throughout gland development. Rac1 appeared to be important for parenchyma expansion at the beginning of cytodifferentiation, while RhoC, Cdc42 and the inactive phosphorylated form of Rac1 seemed associated with lumen formation and cell polarization in terminal tubules. RhoA and RhoB labeling was evident throughout development. All GTPases were differentially expressed in the adult gland, suggesting that they play specific roles during differentiation and function of the rat SMG.

Exogenous insulin stimulates glycogen accumulation in Rhipicephalus (Boophilus) microplus embryo cell line BME26 via PI3K/AKT pathway

Ticks are obligatory blood-feeding arthropods and important vectors of both human and animal disease agents. Besides its metabolic role, insulin signaling pathway (ISP) is widely described as crucial for vertebrate and invertebrate embryogenesis, development and cell survival. In such cascade, Phosphatidylinositol 3-OH Kinase (PI3K) is hierarchically located upstream Protein Kinase B (PKB). To study the insulin-triggered pathway and its possible roles during embryogenesis we used a culture of embryonic Rhipicephalus microplus cells (BME26). Exogenous insulin elevated cell glycogen content in the absence of fetal calf serum (FCS) when compared to cells without treatment. Moreover, in the presence of PI3K inhibitors (Wortmannin or LY294002) these effects were blocked. We observed an increase in the relative expression level of PI3K`s regulatory subunit (p85), as determined by qRT-PCR. In the presence of PI3K inhibitors these effects on transcription were also reversed. Additionally, treatment with Wortmannin increased the expression level of the insulin-regulated downstream target glycogen synthase kinase 3 beta (GSK3 beta). The p85 subunit showed elevated transcription levels in ovaries from fully engorged females, but was differentially expressed during tick embryogenesis. These results strongly suggest the presence of an insulin responsive machinery in BME26 cells, and its correlation with carbohydrate/glycogen metabolism also during embryogenesis. (C) 2009 Published by Elsevier Inc.