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.

Tactile localization of acoustic stimuli with an earmold vibratrory aid

This study examines the tactile localization of sound sources utilizing an earmold vibratory hearing aid.

Tactile errors of localization on the sternums of tactaid VII users and non-users

This paper discusses a study done to test tactile errors of localization abilities, with and without a Tactaid VII communication aid.

The indoor localization system using vision for multiple mobile robots

This paper presents the development of an indoor localization system using camera vision. The localization system has a capability to determine 2D coordinate (x, y) for a team of mobile robots, Miabot. The experimental results show that the system outperforms our existing sonar localizer both in accuracy and a precision.

Localization of eIF4A-III in the nucleolus and splicing speckles is an indicator of plant stress

The mechanisms of long-term adaptation to low oxygen environment are quite well studied, but little is known about the sensing of oxygen shortage, the signal transduction and the short-term effects of hypoxia in plant cells. We have found that an RNA helicase eIF4A-III, a putative component of the Exon Junction Complex, rapidly changes its pattern of localisation in the plant nucleus under hypoxic conditions. In normal cell growth conditions GFP- eIF4A-III was mainly nucleoplasmic, but in hypoxia stress conditions it moved to the nucleolus and splicing speckles. This transition occurred within 15-20 min in Arabidopsis culture cells and seedling root cells, but took more than 2 h in tobacco BY-2 culture cells. Inhibition of respiration, transcription or phosphorylation in cells and ethanol treatment had similar effects to hypoxia. The most likely consequence is that a certain mRNA population will remain bound to the eIF4A-III and other mRNA processing proteins, rather than being transported from the nucleus to the cytoplasm, and thus its translation will be suspended.

Intracellular signalling pathways regulating the adaptation of skeletal muscle to exercise and nutritional changes

The focus of the present review is to assimilate current knowledge concerning the differing signalling transduction cascades that control muscle mass development and affect skeletal muscle phenotype following exercise or nutritional uptake. Effects of mechanical loading on protein synthesis are discussed. Muscle growth control is regulated by the interplay of growth promoting and growth suppressing factors, which act in concert. Much emphasis has been placed on understanding how increases in the rate of protein synthesis are induced in skeletal muscle during the adaptive process. One key point to emerge is that protein synthesis following resistance exercise or increased nutrient availability is mediated through changes in signal transduction involving the phosphorylation of mTOR and sequential activation of downstream targets. On the other hand, AMPK activation plays an important role in the inhibition of protein synthesis by suppressing the function of multiple translation regulators of the mTOR signalling pathway in response to cellular energy depletion and low metabolic conditions. The effects of exercise and/or nutritional uptake on the activation of signalling molecules that regulate protein synthesis are highlighted, providing a better understanding of the molecular changes in the cell.

Expression and regulation of Nkd-1, an intracellular component of Wnt signalling pathway in the chick embryo

The Wnt family of secreted signalling molecules control a wide range of developmental processes in all metazoans. The intracellular response to Wnt signalling depends on the choice of signalling cascade activated in the responding cell. Cells can activate either the canonical pathway that modulates gene expression to control cellular differentiation and proliferation, or the non-canonical pathway that controls cell polarity and movement. Recent work has identified the protein Naked Cuticle to act as an intracellular switch to promote the non-canonical pathway at the expense of the canonical pathway. We have cloned chick Naked Cuticle-1 (cNkd-1) and show that it is expressed in a dynamic manner during early embryogenesis. We show that it is expressed in the somites and in particular regions where cells are undergoing movement. Lastly, we show that the expression of cNkd-1 is regulated by Wnt expression originating from the neural tube. This study provides evidence that non-canonical Wnt signalling plays a part in somite development.

Immunohistochemical localization of inhibin/activin alpha, beta(A) and beta(B) subunits and follistatin in bovine oocytes during in vitro maturation and fertilization

The aim of this study was to evaluate the distribution of inhibin/activin alpha, beta(A) and beta(B) subunits and follistatin in immature oocytes and in matured oocytes before and after IVF. Denuded oocytes were submitted to a whole-mount immunofluorescence procedure. Specimens were imaged and fluorescent intensities quantified by scanning laser confocal microscopy. Immunoreactivity for inhibin alpha subunit (both alpha(C) and pro-alpha. regions), abundant in the ooplasm of immature oocytes, decreased after maturation (a 68% and 88% decrease, respectively; P < 0.001), but increased after IVF by 2- and 5.7-fold, respectively (P < 0.01). Intense staining for PA was detected in immature oocytes (predominantly in the outer ooplasm and zona pellucida) but after maturation and fertilization it was localized mainly in the zona pellucida, perivitelline space and oolemma. Immunoreactivity for RA in the ooplasm decreased by 58% after maturation (P < 0.001) but increased again by 75% after fertilization (P < 0.01). Immunoreactivity for beta(B) was localized mainly in the zona pellucida and did not change after maturation. However, immurloreactivity for beta(B) was not detected in the zona pellucida after fertilization, but remained unchanged in unfertilized oocytes. Immunoreactivity for follistatin was detected in the ooplasm and zona pellucida of immature oocytes but decreased progressively in the ooplasm after maturation (a 63% decrease; P < 0.001) and did not change after IVF. Examination of partially denuded cumulus-oocyte complexes confirmed abundant expression of alpha(C), pro-alpha, beta(A) and follistatin immunoreactivity in cumulus cells, whereas beta(B) subunit staining was weak or absent in cumulus cells, but intense in the zona pellucida. In conclusion, the present study shows that qualitative and quantitative changes in the distribution of inhibin/activin subunits and follistatin accompany oocyte maturation and fertilization. The possibility, indicated by these observations, that activin A and activin B may play distinct roles in bovine oocyte maturation and fertilization warrants further study.

Modulation of peroxynitrite-induced fibroblast injury by hesperetin: a role for intracellular scavenging and modulation of ERK signalling

Peroxynitrite is thought to contribute to the progression of many diseases including cardiovascular disease, cancer, and neurodegenerative disorders. We report that pre-treatment of fibroblasts with the citrus flavanone, hesperetin, prior to peroxynitrite exposure protects against peroxynitrite-mediated cytotoxicity. This protection was partially mediated by the intracellular scavenging of peroxynitrite by hesperctin as exposure of fibroblasts to peroxynitrite following hesperetin loading led to the formation of two intracellular nitrohesperetin derivatives. In addition, protection appeared to be mediated by hesperetin-induced changes in MAP kinase signalling. Exposure of fibroblasts to hesperetin led to concentration-dependent increases in the phosphorylation of ERK1/2 and was observed to restore peroxynitrite-mediated decreases in ERK1/2 phosphorylation. We propose that the protective potential of hesperetin in fibroblasts may be mediated both by intracellular scavenging of peroxynitrite and by modulation of fibroblast signalling. (c) 2006 Elsevier Inc. All rights reserved.

The intracellular genistein metabolite 5,7,3 ',4 '-tetrahydroxyisoflavone mediates G2-M cell cycle arrest in cancer cells via modulation of the p38 signaling pathway

The cellular actions of genistein are believed to mediate the decreased risk of breast cancer associated with high soy consumption. We have investigated the intracellular metabolism of genistein in T47D tumorigenic and MCF-10A nontumorigenic cells and assessed the cellular actions of resultant metabolites. Genistein selectively induced growth arrest and G2-M phase cell cycle block in T47D but not MCF10A breast epithelial cells. These antiproliferative effects were paralleled by significant differences in the association of genistein to cells and in particular its intracellular metabolism. Genistein was selectively taken up into T47D cells and was subject to metabolism by CYP450 enzymes leading to the formation of both 5,7,3',4'-tetrahydroxyisoflavone (THIF) and two glutathionyl conjugates of THIF THIF inhibited cdc2 activation via the phosphorylation of p38 MAP kinase, suggesting that this species may mediate genistein's cellular actions. THIF exposure activated p38 and caused subsequent inhibition of cyclin B1 (Ser 147) and cdc2 (Thr 161) phosphorylation, two events critical for the correct functioning of the cdc2-cyclin B1 complex. We suggest that the formation of THIF may mediate the cellular actions of genistein in tumorigenic breast epithelial cells via the activation of signaling through p38. (c) 2006 Elsevier Inc. All rights reserved.

Improved fluorescent proteins for single-molecule research in molecular tracking and co-localization

Three promising variants of autofluorescent proteins have been analyzed photophysically for their proposed use in single-molecule microscopy studies in living cells to compare their superiority to other fluorescent proteins previously reported regarding the number of photons emitted. The first variant under investigation the F46L mutant of eYFP has a 10% greater photon emission rate and > 50% slower photobleaching rate on average than the standard eYFP fluorophore. The monomeric red fluorescent protein (mRFP) has a fivefold lower photon emission rate, likely due to the monomeric content, and also a tenfold faster photobleaching rate than the DsRed fluorescent protein. In contrast, the previously reported eqfp611 has a 50% lower emission rate yet photobleaches more than a factor 2 slowly. We conclude that the F46L YFP and the eqfp611 are superior new options for single molecule imaging and tracking studies in living cells. Studies were also performed on the effects of forced quenching of multiple fluorescent proteins in sub-micrometer regions that would show the effects of dimerization at low concentration levels of fluorescent proteins and also indicate corrections to stoichiometry patterns with fluorescent proteins previously in print. We also introduce properties at the single molecule level of new FRET pairs with combinations of fluorescent proteins and artificial fluorophores.

Suboptimal system recovery from communication loss in a multi-robot localization scenario using EKF algorithms

This paper describes a multi-robot localization scenario where, for a period of time, the robot team loses communication with one of the robots due to system error. In this novel approach, extended Kalman filter (EKF) algorithms utilize relative measurements to localize the robots in space. These measurements are used to reliably compensate "dead-com" periods were no information can be exchanged between the members of the robot group.