Structural and functional properties of two human FXYD3 (Mat-8) isoforms.

Six of 7 FXYD proteins have been shown to be tissue-specific modulators of Na,K-ATPase. In this study, we have identified two splice variants of human FXYD3, or Mat-8, in CaCo-2 cells. Short human FXYD3 has 72% sequence identity with mouse FXYD3, whereas long human FXYD3 is identical to short human FXYD3 but has a 26-amino acid insertion after the transmembrane domain. Short and long human FXYD3 RNAs and proteins are differentially expressed during differentiation of CaCo-2 cells. Long human FXYD3 is mainly expressed in nondifferentiated cells and short human FXYD3 in differentiated cells and both FXYD3 variants can be co-immunoprecipitated with a Na,K-ATPase antibody. In contrast to mouse FXYD3, which has two transmembrane domains for lack of cleavage of the signal peptide, human FXYD3 has a cleavable signal peptide and adopts a type I topology. After co-expression in Xenopus oocytes, both human FXYD3 variants associate stably only with Na,K-ATPase isozymes but not with H,K-ATPase or Ca-ATPase. Similar to mouse FXYD3, short human FXYD3 decreases the apparent K(+) and Na(+) affinity of Na,K-ATPase over a large range of membrane potentials. On the other hand, long human FXYD3 decreases the apparent K(+) affinity only at slightly negative and positive membrane potentials and increases the apparent Na(+) affinity of Na,K-ATPase. Finally, both short and long human FXYD3 induce a hyperpolarization activated current, similar to that induced by mouse FXYD3. Thus, we have characterized two human FXYD3 isoforms that are differentially expressed in differentiated and non-differentiated cells and show different functional properties.

Pre-existing astrocytes form functional perisynaptic processes on neurons generated in the adult hippocampus.

The adult dentate gyrus produces new neurons that morphologically and functionally integrate into the hippocampal network. In the adult brain, most excitatory synapses are ensheathed by astrocytic perisynaptic processes that regulate synaptic structure and function. However, these processes are formed during embryonic or early postnatal development and it is unknown whether astrocytes can also ensheathe synapses of neurons born during adulthood and, if so, whether they play a role in their synaptic transmission. Here, we used a combination of serial-section immuno-electron microscopy, confocal microscopy, and electrophysiology to examine the formation of perisynaptic processes on adult-born neurons. We found that the afferent and efferent synapses of newborn neurons are ensheathed by astrocytic processes, irrespective of the age of the neurons or the size of their synapses. The quantification of gliogenesis and the distribution of astrocytic processes on synapses formed by adult-born neurons suggest that the majority of these processes are recruited from pre-existing astrocytes. Furthermore, the inhibition of astrocytic glutamate re-uptake significantly reduced postsynaptic currents and increased paired-pulse facilitation in adult-born neurons, suggesting that perisynaptic processes modulate synaptic transmission on these cells. Finally, some processes were found intercalated between newly formed dendritic spines and potential presynaptic partners, suggesting that they may also play a structural role in the connectivity of new spines. Together, these results indicate that pre-existing astrocytes remodel their processes to ensheathe synapses of adult-born neurons and participate to the functional and structural integration of these cells into the hippocampal network.

Desmin: molecular interactions and putative functions of the muscle intermediate filament protein

Desmin is the intermediate filament (IF) protein occurring exclusively in muscle and endothelial cells. There are other IF proteins in muscle such as nestin, peripherin, and vimentin, besides the ubiquitous lamins, but they are not unique to muscle. Desmin was purified in 1977, the desmin gene was characterized in 1989, and knock-out animals were generated in 1996. Several isoforms have been described. Desmin IFs are present throughout smooth, cardiac and skeletal muscle cells, but can be more concentrated in some particular structures, such as dense bodies, around the nuclei, around the Z-line or in costameres. Desmin is up-regulated in muscle-derived cellular adaptations, including conductive fibers in the heart, electric organs, some myopathies, and experimental treatments with drugs that induce muscle degeneration, like phorbol esters. Many molecules have been reported to associate with desmin, such as other IF proteins (including members of the membrane dystroglycan complex), nebulin, the actin and tubulin binding protein plectin, the molecular motor dynein, the gene regulatory protein MyoD, DNA, the chaperone alphaB-crystallin, and proteases such as calpain and caspase. Desmin has an important medical role, since it is used as a marker of tumors' origin. More recently, several myopathies have been described, with accumulation of desmin deposits. Yet, after almost 30 years since its identification, the function of desmin is still unclear. Suggested functions include myofibrillogenesis, mechanical support for the muscle, mitochondrial localization, gene expression regulation, and intracellular signaling. This review focuses on the biochemical interactions of desmin, with a discussion of its putative functions.

Étude du polymorphisme du gène majeur d’histocompatibilité de classe IIb (MHIIb) chez l’omble de fontaine (Salvelinus fontinalis)

Les molécules classiques du complexe majeur d’histocompatibilité de classe II (CMHII) sont des glycoprotéines de surface spécialisées dans la présentation de peptides, principalement dérivés de pathogènes extracellulaires, aux récepteurs des lymphocytes T CD4+ afin d’initier la réponse immunitaire adaptative. Elles sont encodées, avec celles du CMH de classe I, par les gènes les plus polymorphiques identifiés jusqu’à maintenant, avec plusieurs loci et une grande diversité allélique à chacun d’eux. De plus, le polymorphisme des gènes du CMHII n’est pas limité qu’aux séquences codantes. Il est également observé dans les promoteurs où on a démontré ses effets sur le niveau d’expression des gènes. La variation de la régulation d’un gène est considérée comme un facteur important et pour laquelle des modifications morphologiques, physiologiques et comportementales sont observées chez tous les organismes. Des séquences d’ADN répétées impliquées dans cette régulation ont été identifiées dans les régions non-codantes des génomes. D’un autre côté, la sélection par les pathogènes permettrait l’évolution et le maintien du polymorphisme des gènes du CMH chez les vertébrés. À ce sujet, plusieurs études ont montré l’implication de différents allèles du CMH dans la résistance ou la susceptibilité aux maladies. Cette étude avait pour objectifs de caractériser le polymorphisme du gène MHIIb chez l’omble de fontaine (Salvelinus fontinalis) et de documenter ses effets au niveau de la survie conférée par des allèles et/ou génotypes particuliers lors d’une infection, ainsi que sur la variation du niveau d’expression du gène dans différentes conditions. Dans une première partie, nous avons identifié un total de 6 allèles du gène MHIIb, désignés Safo-DAB*0101 à Safo-DAB*0601, qui montrent une grande similarité avec les séquences codantes provenant de poissons téléostéens et de l’humain. L’analyse des séquences du domaine b1 a permis de détecter l’effet d’une pression sélective positive pour maintenir le polymorphisme dans cette région de la molécule. Quatre de ces allèles ont été testés lors d’une expérience d’infection avec le pathogène Aeromonas salmonicida afin d’évaluer l’effet qu’ils pouvaient avoir sur la survie des poissons. Nous avons trouvé que l’allèle DAB*0101 était significativement associé à la résistance à la furonculose. En plus d’avoir été identifié chez les individus homozygotes pour cet allèle, l’effet a également été remarqué au niveau de la survie les poissons de génotype DAB*0101/*0201. À l’opposé, les facteurs de risque élevé obtenus pour les génotypes DAB*0201/*0301 et DAB*0301/*0401 suggèrent plutôt une association à la susceptibilité. Étant donné la faible fréquence à laquelle l’allèle DAB*0101 a été retrouvé dans la population, le modèle de la sélection dépendante de la fréquence pourrait expliquer l’avantage conféré par ce dernier et souligne l’importance de ce mécanisme pour le maintien du polymorphisme du gène MHIIb chez l’omble de fontaine. Dans une seconde partie, nous avons rapporté la présence d’un minisatellite polymorphique formé d’un motif de 32 nucléotides dans le second intron du gène MHIIb, et pour lequel un nombre exclusif de répétitions du motif a été associé à chaque allèle (69, 27, 20, 40, 19 et 25 répétitions pour les allèles DAB*0101 à DAB*0601 respectivement). L’expression relative de quatre allèles a été évaluée dans des poissons hétérozygotes aux températures de 6 ºC et 18 ºC. Les résultats indiquent que les allèles possédant un long minisatellite montrent une réduction de l’expression du gène d’un facteur 1,67 à 2,56 par rapport aux allèles qui en contiennent un court. De même, des allèles qui incluent des minisatellites de tailles similaires n’affichent pas de différence significative au niveau de l’abondance du transcrit aux deux températures. De plus, l’effet répressif associé aux longs minisatellites est amplifié à la température de 18 ºC dans des poissons de trois génotypes différents. Nous avons finalement observé une augmentation significative par un facteur 2,08 de l’expression totale du gène MHIIb à la température de 6 ºC. Ces résultats appuient l’implication des séquences d’ADN répétées dans la régulation de l’activité transcriptionnelle d’un gène et suggèrent qu’un minisatellite sensible aux différences de températures pourrait être soumis aux forces sélectives et jouer un rôle important dans l’expression de gènes et l’évolution des organismes poïkilothermes.

Implications des canaux K+ sur la régulation génique du canal ENaC, et impact de l'hyperglycémie sur le transport ionique et la réparation de l'épithélium respiratoire

Dans mon projet de doctorat, j’ai étudié des fonctions primordiales de l’épithélium respiratoire telles que la régulation du transport ionique, la clairance liquidienne et la réparation épithéliale. J’ai particulièrement mis l’emphase sur le rôle des canaux potassiques qui interviennent dans ces trois fonctions de l’épithélium respiratoire. J’ai tout d’abord prouvé que la modulation des canaux potassiques régulait l’activité du promoteur de αENaC, en partie via la voie de signalisation ERK1/2, dans des cellules alvéolaires. Cette régulation entraîne une variation de l’expression génique et protéique du canal ENaC. Physiologiquement, il en résulte une augmentation du phénomène de clairance liquidienne suite à l’activation des canaux K+, tandis que l’inhibition de ces canaux la diminue sévèrement. J’ai aussi pu démontrer que l’absence de canal KvLQT1 entraînait une diminution du courant (ENaC) sensible à l’amiloride, dans les cellules de trachée en culture primaire, isolées de souris KO pour kcnq1. Dans la seconde partie de mon étude, j’ai évalué l’impact de l’hyperglycémie sur la capacité de transport ionique et de réparation de cellules épithéliales bronchiques saines ou Fibrose Kystique. Mes résultats montrent que l’hyperglycémie diminue le transport transépithélial de chlore et le transport basolatéral de potassium. Des études préalables du laboratoire ayant montré que les canaux K+ et Cl- contrôlent les processus de réparation, j’ai donc évalué si ceux-ci étaient modifiés par l’hyperglycémie. Et en effet, l’hyperglycémie ralentit la vitesse de réparation des cellules issues des voies aériennes (CFBE-wt et CFBE-ΔF508). J’ai donc démontré que le transport de potassium intervenait dans des fonctions clés de l’épithélium respiratoire, comme dans la régulation génique de canaux ioniques, le contrôle de la clairance liquidienne alvéolaire, et que l’hyperglycémie diminuait le transport ionique (K+ et Cl-) et la réparation épithéliale.

Étude de la localisation génomique du complexe HDAC Set3

La chromatine est un système de compaction de l’ADN jouant un rôle important dans la régulation de l’expression génique. L’acétylation de la chromatine provoque un relâchement de sa structure, facilitant le recrutement de facteurs de transcription. Inversement, des complexes histones déacétylases favorisent une structure compacte, réprimant l’expression de gènes. Un complexe HDAC, Rpd3S, est recruté par l’ARN polymérase II phosphorylée sur les régions codantes transcrites. Cette activité HDAC est stimulée par la déposition de la marque H3K36me générée par l’histone méthyltransférase Set2. Par approche génomique, en utilisant comme organisme modèle Saccharomyces cerevisiae, j’ai optimisé la méthode de ChIP-chip puis démontré que les sous unités Hos2 et Set3 d’un autre complexe HDAC, Set3C, étaient recrutées sur des régions codantes de gènes transcrits. De plus, Set3C est connu pour être recruté soit par H3K4me ou par la Pol II. La suite du projet portera sur le recrutement de Set3C qui semble similaire à Rpd3S.

Dissection du processus d’export des ARNm nucléaires par des approches de molécules uniques chez Saccharomyces cerevisae

Enfermer le porteur de l’information génétique dans le noyau a obligée la cellule a créé un système de transport complexe, qui permet l’export d’un ARNm du noyau au cytoplasme. Le mécanisme général de l’export des ARNm est encore mal connu, même si les facteurs principaux ont été découverts il y a longtemps. De récents progrès en microscopie nous ont permis d’étudier directement le comportement des ARNm durant le processus d’export. Durant ma maitrise, nous avons été capables de localiser et suivre des ARNm en temps réel pour la première fois chez Saccharomyces cerevisiae. Nous avons créé un gène rapporteur en mettant le gène GLT1 sous le contrôle du promoteur GAL1. Nous avons aussi marqué l’ARNm de GLT1 avec plusieurs boucles PP7. L’ARNm sera visible après l’attachement de plusieurs protéines PP7-GFP aux boucles. En utilisant la technique d’imagerie en cellules vivantes, nous sommes capable de visualiser et suivre chaque ARNm, depuis son relâchement du site de transcription jusqu’à l’export. Une fois relâché du site de transcription, l’ARNm diffuse librement dans le nucléoplasme, mais une fois à la périphérie nucléaire, il commence à « scanner » l’enveloppe nucléaire avant d’être exporté. Nous avons trouvé que le « scanning » dépend de la présence des Myosin Like Proteins (Mlp1p et Mlp2p), protéines qui forment le panier nucléaire, car suite à la délétion de MLP1 et MLP2, les ARNm n’étaient plus capable de « scanner ». Nous avons également trouvé que la partie C-terminale de Mlp1p était nécessaire au « scanning ». De plus, suite à la délétion du gène TOM1, gène codant pour une ubiquitine ligase, les ARNm ont un comportement similaire aux ARNm d’une souche ∆mlp1/mlp2, suggérant que le « scanning » permet à Tom1p d’ubiquitiner Yra1p, ce qui causera son relâchement de l’ARNm. Également, nous avons montré que les ARNm endogènes MDN1 et CBL2 scannent aussi la périphérie nucléaire. Ensemble, nos résultats suggèrent que le scanning est un processus par lequel passent tout les ARNm nucléaire lorsqu’ils se retrouvent à la périphérie du noyau, pour initier plusieurs étapes de réarrangements nécessaires à leurs export. De plus, nous avons examiné le rôle de Yhr127p, une protéine nouvellement identifiée qui se lie à l’ARN. Après avoir marqué cette protéine avec la GFP, nous avons montré qu’elle forme des foci dans le noyau et que ces derniers vont disparaitre suite à l’arrêt de la transcription. La délétion de YHR127 à conduit à une augmentation de la transcription de quelques gènes spécifiques, mais n’affecte pas la capacité de la cellule à exporter les ARNm. Nos résultats suggèrent que cette protéine joue un rôle dans la régulation de la transcription et/ou dans la stabilité de l’ARNm.

Neurotransmitters Functional Balance in Neurodegenerative Disease Management:recent Advances

The recent developments in neurobiology have rendered new prominence and potential to study about the structure and function of brain and related disorders. Human behaviour is the net result of neural control of the communication between brain cells. Neurotransmitters are chemicals that are used to relay, amplify and modulate electrical signals between neurons and/or another cell. It mediates rapid intercellular communication through the nervous system by interacting with cell surface receptors. These receptors often trigger second messenger signaling pathways that regulate the activity of ion channels. The functional balance of different neurotransmitters such as Acetylcholine (Ach), Dopamine (DA), Serotonin (5-HT), Norepinephrine (NE), Epinephrine (EPI), Glutamate and Gamma amino butyric acid (GABA) regulates the growth, division and other vital functions of a normal cell / organism (Sudha, 1998). Any change in neurotransmitters' functional balance will result in the failure of cell function and may lead to the occurrence of diseases. Abnormalities in the production or functioning of neurotransmitters have been implicated in a number of neurological disorders like Schizophrenia, Alzheimer's, Epilepsy, Depression and Parkinson's disease. Changes in central and peripheral neuronal signaling system is also noted in diabetes, cancer, cell proliferation, alcoholism and aging. Elucidation of neurotransmitters receptor interaction pathways and gene expression regulation by second messengers and transcriptional factors in health and disease conditions can lead to new small molecules for development of therapeutic agents to improve neurological disease conditions. Increased awareness of the global effects of neurological disorders should help health care planners and the neurological community set appropriate priorities in research, prevention, and management of these diseases.

An immunohistochemical study of interleukin-8 (IL-8) in breast cancer

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Molecular mechanisms of the induction of IL-12 and its inhibition by IL- 10

Exogenously added IL-10 rapidly inhibited Staphylococcus aureus- or LPS- induced cytokine mRNA expression in human PBMCs and monocytes, with a maximal effect observed when IL-10 was added from 20 h before until 1 h after the addition of the inducers. Nuclear run-on assays revealed that the inhibition of IL-12 p40, IL-12 p35, and TNF-α was at the gene transcriptional level and that the addition of IL-10 to S. aureus- or LPS-treated PBMCs did not affect mRNA stability. The inhibitory activity of IL-10 was abrogated by cycloheximide (CHX), suggesting the involvement of a newly synthesized protein(s). The addition of CHX at 2 h before S. aureus or LPS also inhibited the accumulation of IL-12 p40 mRNA, but did not inhibit IL-12 p35 and TNF-α mRNA. This finding suggests that p40 transcription is regulated through a de novo synthesized protein factor(s), whereas the addition of CHX at 2 h after S. aureus activation caused superinduction of the IL-12 p40, IL-12 p35, and TNF-α genes. These results indicate that in human monocytes, the mechanism(s) of IL-10 suppression of both IL-12 p40 and IL-12 p35 genes is primarily seen at the transcriptional level, and that the induction of the IL-12 p40 and p35 genes have different requirements for de novo protein synthesis.

A tobacco cDNA reveals two different transcription patterns in vegetative and reproductive organs

In order to identify genes expressed in the pistil that may have a role in the reproduction process, we have established an expressed sequence tags project to randomly sequence clones from a Nicotiana tabacum stigma/style cDNA library. A cDNA clone (MTL-8) showing high sequence similarity to genes encoding glycine-rich RNA-binding proteins was chosen for further characterization. Based on the extensive identity of MTL-8 to the RGP-1a sequence of N. sylvestris, a primer was defined to extend the 5′ sequence of MTL-8 by RT-PCR from stigma/style RNAs. The amplification product was sequenced and it was confirmed that MTL-8 corresponds to an mRNA encoding a glycine-rich RNA-binding protein. Two transcripts of different sizes and expression patterns were identified when the MTL-8 cDNA insert was used as a probe in RNA blots. The largest is 1,100 nucleotides (nt) long and markedly predominant in ovaries. The smaller transcript, with 600 nt, is ubiquitous to the vegetative and reproductive organs analyzed (roots, stems, leaves, sepals, petals, stamens, stigmas/styles and ovaries). Plants submitted to stress (wounding, virus infection and ethylene treatment) presented an increased level of the 600-nt transcript in leaves, especially after tobacco necrosis virus infection. In contrast, the level of the 1,100-nt transcript seems to be unaffected by the stress conditions tested. Results of Southern blot experiments have suggested that MTL-8 is present in one or two copies in the tobacco genome. Our results suggest that the shorter transcript is related to stress while the larger one is a flower predominant and nonstress-inducible messenger.

One-step purification of 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase enzyme from Mycobacterium tuberculosis

Currently, there are 8 million new cases and 2 million deaths annually from tuberculosis, and it is expected that a total of 225 million new cases and 79 million deaths will occur between 1998 and 2030. The reemergence of tuberculosis as a public health threat, the high susceptibility of HIV-infected persons, and the proliferation of multi-drug-resistant strains have created a need to develop new antimycobacterial agents. The existence of homologues to the shikimate pathway enzymes has been predicted by the determination of the genome sequence of Mycobacterium tuberculosis. We have previously reported the cloning and overexpression of M. tuberculosis aro A-encoded EPSP synthase in both soluble and active forms, without IPTG induction. Here, we describe the purification of M. tuberculosis EPSP synthase (mtEPSPS) expressed in Escherichia coli BL21(DE3) host cells. Purification of mtEPSPS was achieved by a one-step purification protocol using an anion exchange column. The activity of the homogeneous enzyme was measured by a coupled assay using purified shikimate kinase and purine nucleoside phosphorylase proteins. A total of 53 mg of homogeneous enzyme could be obtained from 1 L of LB cell culture, with a specific activity value of approximately 18 U mg-1. The results presented here provide protein in quantities necessary for structural and kinetic studies, which are currently underway in our laboratory. © 2002 Elsevier Science (USA). All rights reserved.

Clonagem e expressão da glicoproteína transmembrana do retrovírus HTLV-1 em células de mamíferos

The retrovirus HTLV-1 is the etiological agent of the adult T-cell leukemia and HTLV-1 associated myelopathy/tropical spastic paraparesis. The proviral genome has 9,032 base pairs, showing regulatory and structural genes. The env gene encodes for the transmembrane glycoprotein gp 21. The development of methodologies for heterologous protein expression, as well as the acquisition of a cellular line that constituently expresses the recombinant, were the main goals of this work. The DNA fragment that encodes for gp 21 was amplified by nested-PCR and cloned into a pCR2.1-TOPO vector. After which, a sub-cloning was realized using the expressing vector pcDNA3.1+. The transfection of mammalian cells HEK 293 was performed transitorily and permanently. Production of the recombinant gp 21 was confirmed by flux cytometry experiments and the cell line producing protein will be used in immunogenicity assays.

Myxopapillary ependymoma of the posterior mediastinum

A left paravertebral mass discovered incidentally on routine examination in a 39-year-old woman is described. Computerized tomography studies revealed a 7 × 6 cm, well circumscribed, noncalcified soft tissue mass with lobular borders abutting the left inferior pulmonary vein and descending aorta. It was not possible to determine the exact anatomic location of the mass based on the imaging studies as both peripheral lung tumors and posterior mediastinal lesions may exhibit the imaging findings described here. At thoracotomy, the mass was seen to be well circumscribed, focally attached to the pleura but without involvement of lung parenchyma, and situated in the left posterior mediastinum. On histological examination, the lesion showed the classical features of myxopapillary ependymoma. Immunohistochemical studies confirmed this impression by demonstrating strong positivity of the tumor cells for S-100 protein, glial fibrillary acidic protein, and CD99 and negative staining with other differentiation markers. A review of the literature with a discussion of the histologic and radiologic differential diagnosis of these lesions is presented. © 2006 Elsevier Inc. All rights reserved.

Age related obesity-induced shortening of GLUT4 mRNA poly(A) tail length in rat gastrocnemius skeletal muscle

Obese insulin resistant animals and humans have shown reduced GLUT4 gene expression. Yet, in skeletal muscle, discrepancy between mRNA and protein regulation has been frequently observed, suggesting a post-transcriptional modulation. We investigated the GLUT4 expression in adipose tissue and muscle of obese 12-month-old (12-mo) rats, comparing with lean 2-month-old (2-mo) animals. Obesity was accompanied by insulin resistance, and 65% reduction (P < 0.01) in GLUT4 mRNA and protein in adipose tissue. However, in muscle, despite increased (P < 0.05) mRNA content, GLUT4 protein was unchanged. RNase H and poly(A) test assays showed a reduction (P < 0.01) of ∼80 adenines in the GLUT4 mRNA poly(A) tail of muscle from 12-mo rats, recognizing that the poly(A) tail length correlates with translation efficiency. Concluding, age related obesity of 12-mo rats involves suppression of GLUT4 expression in adipose tissue; however, in muscle, GLUT4 mRNA content increases, but with a shorter poly(A) tail, thus unchanging the protein content. © 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.