The fourth transmembrane segment of the Na,K-ATPase alpha subunit: a systematic mutagenesis study.

The Na,K-ATPase is a major ion-motive ATPase of the P-type family responsible for many aspects of cellular homeostasis. To determine the structure of the pathway for cations across the transmembrane portion of the Na,K-ATPase, we mutated 24 residues of the fourth transmembrane segment into cysteine and studied their function and accessibility by exposure to the sulfhydryl reagent 2-aminoethyl-methanethiosulfonate. Accessibility was also examined after treatment with palytoxin, which transforms the Na,K-pump into a cation channel. Of the 24 tested cysteine mutants, seven had no or a much reduced transport function. In particular cysteine mutants of the highly conserved "PEG" motif had a strongly reduced activity. However, most of the non-functional mutants could still be transformed by palytoxin as well as all of the functional mutants. Accessibility, determined as a 2-aminoethyl-methanethiosulfonate-induced reduction of the transport activity or as inhibition of the membrane conductance after palytoxin treatment, was observed for the following positions: Phe(323), Ile(322), Gly(326), Ala(330), Pro(333), Glu(334), and Gly(335). In accordance with a structural model of the Na,K-ATPase obtained by homology modeling with the two published structures of sarcoplasmic and endoplasmic reticulum calcium ATPase (Protein Data Bank codes 1EUL and 1IWO), the results suggest the presence of a cation pathway along the side of the fourth transmembrane segment that faces the space between transmembrane segments 5 and 6. The phenylalanine residue in position 323 has a critical position at the outer mouth of the cation pathway. The residues thought to form the cation binding site II ((333)PEGL) are also part of the accessible wall of the cation pathway opened by palytoxin through the Na,K-pump.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

Agrupación de antenas microstrip para un receptor SAR biestático

El objetivo de este proyecto es el diseño de las antenas para el receptor de un radar de apertura sintética biestáticos (SAR). Estas antenas tendrán que maximizar la ganancia con la restricción de maximizar también el campo de visión del radar. Esto quiere decir, que la antena tendrá que tener un ancho de banda relativamente grande en uno de sus planos principales y relativamente estrecho en el otro plano. Con el propósito de diseñar una agrupación de antenas para un receptor SAR biestático, en este documento se analiza la tecnología microstrip orientada a las antenas y la teoría de las agrupaciones de antenas, se diseñan antenas de doble polarización, se estudian agrupaciones de antenas microstrip que cumplan con las especificaciones, se presentan redes de alimentaciones para dichas agrupaciones y se fabrica y mide una agrupación de antenas con doble polarización.

Bilateral uveal pigmented alterations with remarkable evolution: long term follow-up in a case of possible bilateral diffuse uveal melanocytic proliferation

Purpose: to describe a case of probable bilateral diffuse uveal melanocytic proliferation (BDUMP) with scleral involvement, free from systemic malignancies and cataract. Methods: fifty months of follow up with recurrent complete ophthalmological examinations, including fundus photography, fluorescein/indocyanine green angiography (FA) and optical coherence tomography (OCT). Investigations also included an electroretinography (ERG) and histological examination of scleral biopsy. Extraocular malignancies were repeatedly searched. Results: the patient was a 61 year-old Italian man with chronic hepatitis type C. At first visit his best corrected visual acuity (BCVA) was 20/32 in OS and 20/25 in OD. Funduscopy showed multiple patch-shaped pigmented alterations involving macular region and mid retinal periphery. FA showed corresponding areas of late-phase hyperfluorescent pinpoints (figure 1a, OS) and intemediate-phase hypocyanescence (figure 1b, OS), with subtle serous neurosensory retinal detachment confirmed by OCT. Photopic and scotopic ERG tested normal. Systemic prednisone was administered for one month without any improvement. After ten months round pigmentary lesions appeared also in superior scleral surface of both eyes. Biopsy allowed to disclose slightly pigmented spindle cells. BCVA worsened for further 10 months, with enlargement of FA alteration areas but lenses still clear. After 30 months spontaneous coalescence and atrophy of retinal lesions started, paralleled by progressive visual recovery. At the end of our follow up BCVA was 20/25 in OU while scleral pigmentary lesions remained unchanged. Conclusions: we report the case of a patient with main features of BDUMP and some unusual findings. Although not all classical diagnostic criteria were fulfilled, the presence of scleral pigmented lesions and spontaneous visual recovery may enlarge clinical spectrum of the disease.

Dichelacera (Dichelacera) corumbaensis n. sp. (Diptera: Tabnidae) from the state of Mato Grosso do Sul, Brazil

Dichelacera (Dichelacera) corumbaensis n. sp. is described from two female specimens collected in the urban area of Corumbá city, state of Mato Grosso do Sul. This is one of the six species of Dichelacera occuring in the state and the twenty-eighth species of the subgenus known from Brazil. The head in lateral view, frons, antenna, palpi and wings are illustrated. A differential diagnosis is given related to D. rubricosa, D. unifasciata, D. albifasciata and d. fuscipes.

Estudi de la configuració magnètica de l'experiment LTP (LISA Technology Package)

La Teoria de la Relativitat General preveu que quan un objecte massiu és sotmès a una certa acceleració en certes condicions ha d’emetre ones gravitacionals. Es tracta d’un tipus d’on altament energètica però que interacciona amb la matèria de manera molt feble i el seu punt d’emissió és força llunyà. Per la qual cosa la seva detecció és una tasca extraordinàriament complicada. Conseqüentment, la detecció d’aquestes ones es creu molt més factible utilitzant instruments situats a l’espai. Amb aquest objectiu, neis la missió LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Es tracta aquesta d’una missió conjunta entre la NASA i l’ESA amb llançament previst per 2020-2025. Per reduir els riscs que comporta una primera utilització de tecnologia no testejada, unit a l’alt cost econòmic de la missió LISA. Aquesta missió contindrà instruments molt avançats: el LTP (LISA Technoplogy Package), desenvolupat per la Unió Europea, que provarà la tecnologia de LISA i el Drag Free flying system, que s’encarregarà de provar una sèrie de propulsors (thrusters) utilitzats per al control d’actitud i posició de satèl•lit amb precisió de nanòmetres. Particularment, el LTP, està composat per dues masses de prova separades per 35 centímetres, i d’un interferòmetre làser que mesura la variació de la distància relativa entre elles. D’aquesta manera, el LTP mesurarà les prestacions dels equips i les possibles interferències que afecten a la mesura. Entre les fonts de soroll es troben, entre d’altres, el vent i pressió de radiació solar, les càrregues electrostàtiques, el gradient tèrmic, les fluctuacions de voltatge o les forces internes. Una de les possibles causes de soroll és aquella que serà l’objecte d’estudi en aquest projecte de tesi doctoral: la presència dintre del LTP de camps magnètics, que exerceixen una força sobre les masses de prova, la seva estimació i el seu control, prenent en compte les caracterírstiques magnètiques de l’experiment i la dinàmica del satèl•lit.

Disseny, modelat i fabricació d'una antena "trap" per aplicacions WLAN

En aquest treball s’ha dissenyat i fabricat una antena monopol en estructura planar capaç de treballar correctament a les freqüències WLAN de 2,45-2,5 GHz (802.11b/g) i 4,9-5,875 GHz (802.11a/h/j). Per arribar a aquest objectiu primer s’ha presentat el model de línia de transmissió acabada en circuit obert per simular el comportament d’una antena. S’han comparat i verificat els resultats amb el model d’antena de fil. Seguidament, s’ha estudiat el comportament que introdueix el fet de carregar l’antena amb un ressonador LC. Finalment, s’ha passat del model d’antena de fil a una estructura planar. Aquesta geometria ha permès la realització del trap LC de forma distribuïda a través d’un ressonador CLL. El principi de disseny de l’antena està basat en la introducció d’aquest ressonador CLL amb freqüència de ressonància situada entre les dos bandes de treball i que junt amb l’ajust dels diversos paràmetres que defineixen l’antena han permès obtenir més 1 GHz d’ample de banda a la freqüència de 5 GHz.

Modelado de una cámara de onda milimétrica

En aquest projecte s'ha dissenyat i simulat una càmera d'ones mil·limètriques mitjançant "Spinning Reflectors" amb l'objectiu d'estudiar la qualitat de les imatges obtingudes, així com determinar la configuració de reflectors acceptable per a la nostra càmera. Per al seu disseny, s'ha realitzat el model d'una antena Cassegrain amb botzina alimentadora a FEKO i s'han simulat els diagrames de radiació corresponents als diferents angles de rotació d'ambdós reflectors al voltant de l'eix en el qual estan situats. Finalment, a partir del principi de funcionament de la nostra càmera, s'ha exposat la seva implementació física i s'ha representat en Matlab la seva PSF (Point Spread Function) i la imatge d'un objecte arbitrari d'acord amb les tècniques de formació d'imatges.

Progesterone down-regulates the open probability of the amiloride-sensitive epithelial sodium channel via a Nedd4-2-dependent mechanism.

Activation of the mitogen-activated protein (MAP) kinase cascade by progesterone in Xenopus oocytes leads to a marked down-regulation of activity of the amiloride-sensitive epithelial sodium channel (ENaC). Here we have studied the signaling pathways involved in progesterone effect on ENaC activity. We demonstrate that: (i) the truncation of the C termini of the alphabetagammaENaC subunits results in the loss of the progesterone effect on ENaC; (ii) the effect of progesterone was also suppressed by mutating conserved tyrosine residues in the Pro-X-X-Tyr (PY) motif of the C termini of the beta and gamma ENaC subunits (beta(Y618A) and gamma(Y628A)); (iii) the down-regulation of ENaC activity by progesterone was also suppressed by co-expression ENaC subunits with a catalytically inactive mutant of Nedd4-2, a ubiquitin ligase that has been previously demonstrated to decrease ENaC cell-surface expression via a ubiquitin-dependent internalization/degradation mechanism; (iv) the effect of progesterone was significantly reduced by suppression of consensus sites (beta(T613A) and gamma(T623A)) for ENaC phosphorylation by the extracellular-regulated kinase (ERK), a MAP kinase previously shown to facilitate the binding of Nedd4 ubiquitin ligases to ENaC; (v) the quantification of cell-surface-expressed ENaC subunits revealed that progesterone decreases ENaC open probability (whole cell P(o), wcP(o)) and not its cell-surface expression. Collectively, these results demonstrate that the binding of active Nedd4-2 to ENaC is a crucial step in the mechanism of ENaC inhibition by progesterone. Upon activation of ERK, the effect of Nedd4-2 on ENaC open probability can become more important than its effect on ENaC cell-surface expression.

Regulation of the voltage-gated sodium channel Nav1.7 by ubiquitin ligase Nedd4-2

Background and aim: Neuropathic pain (NP) is a frequent and disabling disorder occurring as a consequence of a direct lesion of the nervous system and recurrently associated with a positive shift toward nervous system excitability. Peripheral nerve activity is mainly carried by voltage-gated sodium channels (VGSC), with Nav1.7 isoform being an important candidate since loss of function mutations of its gene is associated with congenital inability to experience pain. Interestingly, ubiquitin ligases from the Nedd4 family are well known proteins that regulate the turnover of many membrane proteins such as VGSC and we showed Nedd2-2 is downregualted in experimental models of chronic pain. The aim of this study was to investigate the importance of Nedd4-2 in the modulation of Nav1.7 at the membrane. Methods: In vitro: whole cell patch clamp on HEK293 cell line stably expressing Nav1.7 was used to record sodium currents (INa), where the peak current of INa reflects the quantity of functional Nav1.7 expressed at the membrane. The possibility that Nedd4-2 modulates the currents was assessed by investigating the effect of its cotransfection on INa. Biotinylation of cell surface was used to isolate membrane-targeted Nav1.7. Furthermore, as the interaction between Nedd4-2 and Nav isoforms was previously reported to rely on an xPPxYx sequence (PY-motif), we mutated this latter to study its impact in the specific interaction between Nav1.7 and Nedd4-2. GST-fusion proteins composed of the Nav1.7 c terminal 66 amino acids (wild-type or PY mutated) and GST were used to pull-down Nedd4-2 from lysates. Results: Co-transfection of Nav1.7 with Nedd4-2 reduced the Nav1.7 current amplitude by ~80% (n = 36, p <0.001), without modifying the biophysical properties of INa. In addition, we show that the quantity of Nav1.7 at the membrane was decreased when Nedd4-2 was present. This effect was dependent on the PY-motif since mutations in this sequence abolished the down-regulatory effect of Nedd4-2. The importance of this motif was further confirmed by pull down experiments since the PY mutant completely eliminate the interaction with Nedd4-2. Perspectives: Altogether, these results point to the importance of Nedd4-2 as a Nav1.7 regulator through cell surface modulation of this sodium channel. Further experiments in freshly dissociated neurons from wild type and Scn1bflox/Nedd4-2Cre mice are needed to confirm in vivo these preliminary data.

The fou2 mutation in the major vacuolar cation channel TPC1 confers tolerance to inhibitory luminal calcium.

The SV channel encoded by the TPC1 gene represents a Ca(2+)- and voltage-dependent vacuolar cation channel. Point mutation D454N within TPC1, named fou2 for fatty acid oxygenation upregulated 2, results in increased synthesis of the stress hormone jasmonate. As wounding causes Ca2+ signals and cytosolic Ca2+ is required for SV channel function, we here studied the Ca(2+)-dependent properties of this major vacuolar cation channel with Arabidopsis thaliana mesophyll vacuoles. In patch clamp measurements, wild-type and fou2 SV channels did not exhibit differences in cytosolic Ca2+ sensitivity and Ca2+ impermeability. K+ fluxes through wild-type TPC1 were reduced or even completely faded away when vacuolar Ca2+ reached the 0.1-mm level. The fou2 protein under these conditions, however, remained active. Thus, D454N seems to be part of a luminal Ca2+ recognition site. Thereby the SV channel mutant gains tolerance towards elevated luminal Ca2+. A three-fold higher vacuolar Ca/K ratio in the fou2 mutant relative to wild-type plants seems to indicate that fou2 can accumulate higher levels of vacuolar Ca(2+) before SV channel activity vanishes and K(+) homeostasis is impaired. In response to wounding fou2 plants might thus elicit strong vacuole-derived cytosolic Ca2+ signals resulting in overproduction of jasmonate.

Characterization of larval moulting cycles in Maja brachydactyla (Brachyura, Majidae) reared in the laboratory

The moulting cycles of all larval instars (zoea I, zoea II, and megalopa) of the spider crab Maja brachydactyla Balss 1922 were studied in laboratory rearing experiments. Morphological changes in the epidermis and cuticle were photographically documented in daily intervals and assigned to successive stages of the moulting cycle (based on Drach's classification system). Our moult-stage characterizations are based on microscopical examination of integumental modifications mainly in the telson, using epidermal condensation, the degree of epidermal retraction (apolysis), and morphogenesis (mainly setagenesis) as criteria. In the zoea II and megalopa, the formation of new setae was also observed in larval appendages including the antenna, maxillule, maxilla, second maxilliped, pleopods, and uropods. As principal stages within the zoea I moulting cycle, we describe postmoult (Drach's stages A–B combined), intermoult (C), and premoult (D), the latter with three substages (D0, D1, and D2). In the zoea II and megalopa, D0 and D1 had to be combined, because morphogenesis (the main characteristic of D1) was unclear in the telson and did not occur synchronically in different appendices. The knowledge of the course and time scale of successive moult-cycle events can be used as a tool for the evaluation of the developmental state within individual larval instars, providing a morphological reference system for physiological and biochemical studies related to crab aquaculture.

Intestinal bacteria condition dendritic cells to promote IgA production.

Immunoglobulin (Ig) A represents the predominant antibody isotype produced at the intestinal mucosa, where it plays an important role in limiting the penetration of commensal intestinal bacteria and opportunistic pathogens. We show in mice that Peyer's Patch-derived dendritic cells (PP-DC) exhibit a specialized phenotype allowing the promotion of IgA production by B2 cells. This phenotype included increased expression of the retinaldehyde dehydrogenase 1 (RALDH1), inducible nitric oxide synthase (iNOS), B cell activating factor of the tumor necrosis family (BAFF), a proliferation-inducing ligand (APRIL), and receptors for the neuropeptide vasoactive intestinal peptide (VIP). The ability of PP-DC to promote anti-CD40 dependent IgA was partially dependent on retinoic acid (RA) and transforming growth factor (TGF)-beta, whilst BAFF and APRIL signaling were not required. Signals delivered by BAFF and APRIL were crucial for CD40 independent IgA production, although the contribution of B2 cells to this pathway was minimal. The unique ability of PP-DC to instruct naïve B cells to differentiate into IgA producing plasma cells was mainly imparted by the presence of intestinal commensal bacteria, and could be mimicked by the addition of LPS to the culture. These data indicate that exposure to pathogen-associated molecular patterns present on intestinal commensal bacteria condition DC to express a unique molecular footprint that in turn allows them to promote IgA production.

External morphology of sensory structures of fourth instar larvae of neotropical species of phlebotomine sand flies (Diptera: Psychodidae) under scanning electron microscopy

In the present study, some morphological structures of antennae, maxillary palps and caudal setae of fourth instar larvae of laboratory-reared phlebotomine sand flies (Lutzomyia longipalpis, L. migonei, L. evandroi, L. lenti, L. sericea, L. whitmani and L. intermedia) of the State of Ceará, Brazil, were examined under scanning electron microscopy. The antennal structures exhibited considerable variation in the morphology and position. A prominent digitiform distal segment has been observed only on the antenna of species of the subgenus Nyssomyia. The taxonomic relevance of this and other antennal structure is discussed. The papiliform structures found in the maxillae and the porous structures of the caudal setae of all species examined may have chemosensory function. Further studies with transmission electron microscopy are needed to better understand the physiological function of these external structures.

Secretory IgA-mediated neutralization of Shigella flexneri prevents intestinal tissue destruction by down-regulating inflammatory circuits.

Shigella, a Gram-negative invasive enteropathogenic bacterium responsible for bacillary dysentery, causes the rupture, invasion, and inflammatory destruction of the human colonic mucosa. We explored the mechanisms of protection mediated by Shigella LPS-specific secretory IgA (SIgA), the major mucosal Ab induced upon natural infection. Bacteria, SIgA, or SIgA-S. flexneri immune complexes were administered into rabbit ligated intestinal loops containing a Peyer's patch. After 8 h, localizations of bacteria, SIgA, and SIgA-S. flexneri immune complexes were examined by immunohistochemistry and confocal microscopy imaging. We found that anti-Shigella LPS SIgA, mainly via immune exclusion, prevented Shigella-induced inflammation responsible for the destruction of the intestinal barrier. Besides this luminal trapping, a small proportion of SIgA-S. flexneri immune complexes were shown to enter the rabbit Peyer's patch and were internalized by dendritic cells of the subepithelial dome region. Local inflammatory status was analyzed by quantitative RT-PCR using newly designed primers for rabbit pro- and anti-inflammatory mediator genes. In Peyer's patches exposed to immune complexes, limited up-regulation of the expression of proinflammatory genes, including TNF-alpha, IL-6, Cox-2, and IFN-gamma, was observed, consistent with preserved morphology. In contrast, in Peyer's patches exposed to Shigella alone, high expression of the same mediators was measured, indicating that neutralizing SIgA dampens the proinflammatory properties of Shigella. These results show that in the form of immune complexes, SIgA guarantees both immune exclusion and neutralization of translocated bacteria, thus preserving the intestinal barrier integrity by preventing bacterial-induced inflammation. These findings add to the multiple facets of the noninflammatory properties of SIgA.