Mitochondrial DNA markers to identify commercial spiny lobster species (Panulirus spp.) from the Pacific coast of Mexico: an application on phyllosoma larvae

Molecular markers based on mitochondrial DNA (mtDNA) are extensively used to study genetic relationships. mtDNA has been used in phylogenetic studies to understand the evolutionary history of species because it is maternally inherited and is not subject to genetic recombination (Gyllensten et al., 1991). The high mutation rate of mtDNA makes it a useful tool for differentiating between closely related species (Brown et al., 1979)—a tool that is especially important when significant variations occur between species, but not within species (Hill et al., 2001; Blair et al., 2006; Chow et al., 2006a).

Comparing the identification of southern California juvenile rockfishes (genus Sebastes spp.) by restriction site analysis of the mitochondrial ND3/ND4 region and by morphological characteristics

Rockfish (Sebastes spp.) juveniles are often difficult to identify by using morphological characters. This study independently applies morphological characters and a key based on mitochondrial restriction site variation to identify juvenile rockf ishes collected in southern California during juvenile rockfish surveys. Twenty-four specimens of Sebastes were examined genetically without knowledge of the morphological assignment. Seventeen fish were identified genetically as S. semicinctus, S. goodei, S. auriculatus, S. jordani, S. levis, S. rastrelliger, and S. saxicola. Identities for the remaining fish were narrowed to two or three species: 1) three fish were either S. carnatus or S. chrysomelas; 2) one fish was either S. chlorosticus, S. eos, or S. rosenblatti; and 3) three fish could have been either S. hopkinsi or S. ovalis, the latter for which we now have distinguishing mitochondrial markers. The genetic and morphological assignments concurred except for the identity of one fish that could only be narrowed down to S. hopkinsi or S. semicinctus by using morphological characters. Genetics excluded more species from multispecies groupings than did the morphological approach, especially species within the subgenus Sebastomus. Species in the genetically unresolvable groups may be similar because of recent divergence or because of interspecies introgression.

Study on the activation mechanism of BCL-2 related ovarian killer (BOK)

BCL-2 family proteins are key regulators of the mitochondrial apoptotic machinery, controlling the mitochondrial outer membrane (MOM) permeabilization (MOMP). BCL-2 related Ovarian Killer (BOK) is a poorly understood pro-apoptotic member of this protein family. It has been reported that BOK localizes predominantly (although not exclusively) at membranes of the endoplasmic reticulum and of the Golgi apparatus. However, it is unclear whether BOK also operates at the MOM to promote apoptosis, as other pro-apoptotic BCL-2 family members do. Basing on the fact that the other two BAX-like pro-apoptotic members have been reported to oligomerize in order to induce MOMP, site-directed mutagenesis was used to generate two point mutations that predictably eliminated BOK’s oligomerization capacity. Then, the effect of such mutations on BOK’s membrane activity was examined using fluorescence spectroscopy.

Relação entre fatores genéticos envolvidos em vias metabólicas mitocondriais e a doença de Parkinson

A doença de Parkinson (DP) é uma das desordens neurodegenerativas mais comuns associada ao envelhecimento, alcançando 2% aos 70 anos. É uma doença caracterizada pela degeneração progressiva de neurônios dopaminérgicos nigrais nos gânglios basais e pela presença de inclusões protéicas citoplasmáticas denominadas corpúsculos e neuritos de Lewy nos neurônios sobreviventes. A etiologia da DP é pouco conhecida, sendo considerada, na maioria dos casos, idiopática. Conhecimentos alcançados nos últimos 15 anos sobre a base genética da DP demonstram, claramente, que os fatores genéticos desempenham um importante papel na etiologia desta desordem. Neste trabalho, rastreamos mutações nos genes que codificam proteínas participantes de vias metabólicas mitocondriais (Parkin, PINK1 e DJ-1) em 136 pacientes brasileiros com manifestação precoce da DP, através do sequenciamento automático e da técnica de MLPA. Avaliamos a presença de variantes de sequência por meio do sequenciamento dos exons 1 a 12 do gene Parkin e dos exons 1 a 8 do gene PINK1. Em Parkin foram identificadas três mutações patogênicas ou potencialmente patogênicas, ambas em heterozigose: p.T240M, p.437L e p.S145N. Em PINK1 não encontramos variantes de ponto patogênicas. Através da técnica de MLPA investigamos alterações de dosagem nos genes Parkin, PINK1 e DJ-1. Identificamos cinco alterações no gene Parkin em quatro pacientes: uma duplicação heterozigota do exon 4 no paciente PAR2256, uma deleção heterozigota do exon 4 no probando PAR2099, uma deleção homozigota do exon 4 na paciente PAR3380 e um probando heterozigoto composto (PAR2396) com duas alterações, uma duplicação do exon 3 e uma deleção dos exons 5 e 6. No gene PINK1 identificamos uma deleção heterozigota do exon 1, que nunca foi descrita na literatura, em um paciente (PAR2083). Não encontramos alteração quantitativa no gene DJ-1. Neste estudo obtivemos uma frequência total de mutações patogênicas (pontuais e de dosagem) nos genes estudados de 7,3%, sendo 6,6% no gene Parkin e 0,7% no gene PINK1.

Pharmacological Blockade of Cannabinoid CB1 Receptors in Diet-Induced Obesity Regulates Mitochondrial Dihydrolipoamide Dehydrogenase in Muscle

Cannabinoid CB1 receptors peripherally modulate energy metabolism. Here, we investigated the role of CB1 receptors in the expression of glucose/pyruvate/tricarboxylic acid (TCA) metabolism in rat abdominal muscle. Dihydrolipoamide dehydrogenase (DLD), a flavoprotein component (E3) of alpha-ketoacid dehydrogenase complexes with diaphorase activity in mitochondria, was specifically analyzed. After assessing the effectiveness of the CB1 receptor antagonist AM251 (3 mg kg(-1), 14 days) on food intake and body weight, we could identified seven key enzymes from either glycolytic pathway or TCA cycle-regulated by both diet and CB1 receptor activity-through comprehensive proteomic approaches involving two-dimensional electrophoresis and MALDI-TOF/LC-ESI trap mass spectrometry. These enzymes were glucose 6-phosphate isomerase (GPI), triosephosphate isomerase (TPI), enolase (Eno3), lactate dehydrogenase (LDHa), glyoxalase-1 (Glo1) and the mitochondrial DLD, whose expressions were modified by AM251 in hypercaloric diet-induced obesity. Specifically, AM251 blocked high-carbohydrate diet (HCD)-induced expression of GPI, TPI, Eno3 and LDHa, suggesting a down-regulation of glucose/pyruvate/lactate pathways under glucose availability. AM251 reversed the HCD-inhibited expression of Glo1 and DLD in the muscle, and the DLD and CB1 receptor expression in the mitochondrial fraction. Interestingly, we identified the presence of CB1 receptors at the membrane of striate muscle mitochondria. DLD over-expression was confirmed in muscle of CB1-/- mice. AM251 increased the pyruvate dehydrogenase and glutathione reductase activity in C2C12 myotubes, and the diaphorase/oxidative activity in the mitochondria fraction. These results indicated an up-regulation of methylglyoxal and TCA cycle activity. Findings suggest that CB1 receptors in muscle modulate glucose/pyruvate/lactate pathways and mitochondrial oxidative activity by targeting DLD.

Identification of Sex and Female’s Reproductive Stage in Commercial Fish Species through the Quantification of Ribosomal Transcripts in Gonads

The estimation of maturity and sex of fish stocks in European waters is a requirement of the EU Data Collection Framework as part of the policy to improve fisheries management. On the other hand, research on fish biology is increasingly focused in molecular approaches, researchers needing correct identification of fish sex and reproductive stage without necessarily having in house the histological know-how necessary for the task. Taking advantage of the differential gene transcription occurring during fish sex differentiation and gametogenesis, the utility of 5S ribosomal RNA (5S rRNA) and General transcription factor IIIA (gtf3a) in the molecular identification of sex and gametogenic stage was tested in different economically-relevant fish species from the Bay of Biscay. Gonads of 9 fish species (, Atlantic, Atlantic-chub and horse mackerel, blue whiting, bogue, European anchovy, hake and pilchard and megrim), collected from local commercial fishing vessels were histologically sexed and 5S and 18S rRNA concentrations were quantified by capillary electrophoresis to calculate a 5S/18S rRNA index. Degenerate primers permitted cloning and sequencing of gtf3a fragments in 7 of the studied species. 5S rRNA and gtf3a transcript levels, together with 5S/18S rRNA index, distinguished clearly ovaries from testis in all of the studied species. The values were always higher in females than in males. 5S/18S rRNA index values in females were always highest when fish were captured in early phases of ovary development whilst, in later vitellogenic stages, the values decreased significantly. In megrim and European anchovy, where gonads in different oogenesis stages were obtained, the 5S/18S rRNA index identified clearly gametogenic stage. This approach, to the sexing and the quantitative non-subjective identification of the maturity stage of female fish, could have multiple applications in the study of fish stock dynamics, fish reproduction and fecundity and fish biology in general.

Estudo dos efeitos da radioterapia no tecido cardíaco e sua associação com o metabolismo energético

Durante o tratamento radioterápico para tumores localizados na região torácica, parte do coração frequentemente é incluída no campo de tratamento e pode receber doses de radiação ionizante, significativas em relação à terapêutica. A irradiação do coração é capaz de causar importantes complicações cardíacas ao paciente, caracterizadas por alterações funcionais progressivas cerca de 10 a 20 anos após a exposição do órgão. Devido ao seu alto grau de contração e grande consumo energético, o tecido cardíaco é altamente dependente do metabolismo oxidativo que ocorre nas mitocôndrias. Danos as estas organelas podem levar ao decréscimo da produção de energia, tendo um impacto direto sobre a performance cardíaca. Ainda, ao interagir com as células, a radiação ionizante pode gerar uma série de eventos bioquímicos que conduzem a uma resposta celular complexa, em que muitas proteínas parecem estar envolvidas. Tendo em vista tais conhecimentos, o objetivo do estudo foi avaliar o aspecto ultraestrutural do tecido cardíaco, a bioenergética mitocondrial e a expressão diferencial de proteínas após irradiação. Os ensaios foram realizados em amostras de tecido cardíaco de ratos Wistar irradiados com dose única de 20 Gy direcionada ao coração. As análise tiveram início 4 e 32 semanas após irradiação. A análise ultraestrutural foi realizada através de microscopia eletrônica de transmissão. A respiração mitocondrial foi mensurada em oxígrafo, a partir das taxas de consumo de oxigênio pelas fibras cardíacas. A identificação de proteínas diferencialmente expressas foi investigada através de duas técnicas proteômicas: 2D-DIGE (2-D Fluorescence Difference Gel Electrophoresis) e uma abordagem label-free seguida de espectrometria de massas. Os resultados mostraram que os efeitos tardios da radiação incluem a degeneração das mitocôndrias e das unidades contráteis do tecido cardíaco, disfunções na cadeia respiratória mitocondrial e expressão diferencial de proteínas envolvidas no metabolismo energético de carboidratos, lipídeos e da fosfocreatina. De forma geral, o estudo mostrou que a irradiação cardíaca prejudica o processo de síntese energética, conduzindo a um déficit da taxa respiratória mitocondrial como efeito tardio. Tal evento pode culminar em disfunções mecânicas no coração, caracterizando o desenvolvimento de doenças cardíacas radioinduzidas.

Hemodinâmica cardíaca e o metabolismo energético mitocondrial de camundongos adultos hiperalimentados na lactação

O desequilíbrio nutricional no início da vida leva ao desenvolvimento da obesidade, diabetes e doenças cardiovasculares na idade adulta. Este estudo teve como objetivo analisar os efeitos a longo prazo da hiperalimentação na lactação por meio do modelo de redução da ninhada na hemodinâmica e bioenergética cardíaca. Vinte e quatro camundongos machos Swiss adultos foram divididos em dois grupos (controle e hiperalimentado) submetidos a duas condições (linha de base e isquemia/reperfusão) formando quatro grupos no total: grupo controle linha de base (GCLB), grupo controle isquemia/reperfusão (GCIR), grupo hiperalimentado linha de base (GHLB) e o grupo hiperalimentado isquemia/reperfusão (GHIR), todos com seis camundongos/grupo. As alterações cardíacas foram analisadas por meio da hemodinâmica cardíaca, da respiração mitocondrial e da biologia molecular. Os parâmetros hemodinâmicos analisados foram a velocidade de contração (Max dP/dt), a velocidade de relaxamento (Min dP/dt), o tempo de relaxamento cardíaco isovolumétrico (Tau) e os batimentos por minuto (BPM). A respiração mitocondrial foi avaliada por meio da razão do controle respiratório (RCR) na oxidação de carboidratos e ácidos gordos, e finalmente, a biologia molecular, através de proteínas-chave como a proteína quinase B (AKT), a proteína quinase ativada por adenosina monofosfato (AMPK), a carnitina palmitoil transferase 1 (CPT-1), a proteína desacopladora 2 (UCP2), o 4-hidroxinonenal (4-HNE) e a gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH). Os camundongos do GH desenvolveram maior peso corporal (30,95%, P<0,001), gordura epididimal (68,64%, P<0,001), gordura retroperitoneal (109,38%, P<0,01) e glicemia de jejum (19,52%, P<0,05) comparados aos do GC. Os parâmetros Max dP/dt e BPM apresentaram diminuição no GHIR quando comparado ao GHLB (P<0,001 e P<0,05). O parâmetro Min dP/dt apresentou-se reduzido no GCIR e GHIR quando comparado aos grupos GCLB e GCLB (P<0,05; P<0,0001 respectivamente). Camundongos do GHIR apresentaram redução do Tau quando comparado aos grupos GCIR e GHLB (P<0,0001). Estes desequilíbrios na hemodinâmica cardíaca foram associados a função mitocondrial, uma vez que, o GHLB apresenta a RCR reduzida para oxidação de ácidos graxos e carboidratos (P<0,05 e P<0,01, respectivamente) e o GHIR apenas na oxidação dos ácidos graxos (P<0,01). Além disso, o GHIR apresentou diversas alterações nas proteínas-chave do metabolismo energético cardíaco, como diminuição do conteúdo de AKT (P<0,05) e aumento do conteúdo de CPT-1 (P<0,05), 4-HNE (P<0,05) e GAPDH (P<0,05) quando comparado ao CGIR. Finalmente, a expressão do mRNA para CPT1, GAPDH e UCP2 foi aumentada no GHIR quando comparado aos GCIR (P<0,05) e GHLB (P<0,05). A expressão de mRNA para UCP2 e CPT-1 foi reduzida no GCIR quando comparado ao GCLB (P<0,01 e P<0,05, respectivamente). O estudo apresenta resultados consistentes, demonstrando efeitos deletérios sobre o metabolismo cardíaco adulto resultante de alterações nutricionais durante a lactação.

Progress toward a global genealogy of common carp (Cyprinus carpio L.) strains using mitochondrial nucleotide sequences data

As part of a study of genetic variation in the Vietnamese strains of the common carp (Cyprinus carpio L.) using direct DNA sequencing of mitochondrial control and ATPase6/8 gene regions, samples from a number of other countries were analyzed for comparison. Results show that the levels of sequence divergence in common carp is low on a global scale, with the Asian carp having the highest diversity while Koi and European carp are invariant. A genealogical analysis supports a close relationship among Vietnamese, Koi, Chinese Color and, to a lesser extent, European carp. Koi carp appear to have originated from a strain of Chinese red carp. There is considerable scope to extend this research through the analysis of additional samples of carp from around the world, especially from China, in order to generate a comprehensive global genealogy of common carp strains.

Mitochondrial gene sequences useful for species identification of western North Atlantic Ocean sharks

Molecular-based approaches for shark species identification have been driven largely by issues specific to the fishery. In an effort to establish a more comprehensive identification data set, we investigated DNA sequence variation of a 1.4-kb region from the mitochondrial genome covering partial sequences from the 12S rDNA, 16S rDNA, and the complete valine tRNA from 35 shark species from the Atlantic fishery. Generally, within-species variability was low in relation to interspecific divergence because species haloptypes formed monophyletic groups. Phylogenetic analyses resolved ordinal relationships among Carcharhiniformes and Lamniformes, and revealed support for the families Sphyrnidae and Triakidae (within Carcharhiniformes) and Lamnidae and Alopidae (within Lamniformes). The combination of limited intraspecific variability and sufficient between-species divergence indicates that this locus is suitable for species identification.