The logic of receptor-ligand interactions in the Notch signaling pathway

The Notch signaling pathway enables neighboring cells to coordinate developmental fates in diverse processes such as angiogenesis, neuronal differentiation, and immune system development. Although key components and interactions in the Notch pathway are known, it remains unclear how they work together to determine a cell's signaling state, defined as its quantitative ability to send and receive signals using particular Notch receptors and ligands. Recent work suggests that several aspects of the system can lead to complex signaling behaviors: First, receptors and ligands interact in two distinct ways, inhibiting each other in the same cell (in cis) while productively interacting between cells (in trans) to signal. The ability of a cell to send or receive signals depends strongly on both types of interactions. Second, mammals have multiple types of receptors and ligands, which interact with different strengths, and are frequently co-expressed in natural systems. Third, the three mammalian Fringe proteins can modify receptor-ligand interaction strengths in distinct and ligand-specific ways. Consequently, cells can exhibit non-intuitive signaling states even with relatively few components.

In order to understand what signaling states occur in natural processes, and what types of signaling behaviors they enable, this thesis puts forward a quantitative and predictive model of how the Notch signaling state is determined by the expression levels of receptors, ligands, and Fringe proteins. To specify the parameters of the model, we constructed a set of cell lines that allow control of ligand and Fringe expression level, and readout of the resulting Notch activity. We subjected these cell lines to an assay to quantitatively assess the levels of Notch ligands and receptors on the surface of individual cells. We further analyzed the dependence of these interactions on the level and type of Fringe expression. We developed a mathematical modeling framework that uses these data to predict the signaling states of individual cells from component expression levels. These methods allow us to reconstitute and analyze a diverse set of Notch signaling configurations from the bottom up, and provide a comprehensive view of the signaling repertoire of this major signaling pathway.

Lynx1 and the β2V287L mutation affect the stoichiometry of the α4β2 nicotinic acetylcholine receptor

GPI-anchored neurotoxin-like receptor binding proteins, such as lynx modulators, are topologically positioned to exert pharmacological effects by binding to the extracellular portion of nAChRs. These actions are generally thought to proceed when both lynx and the nAChRs are on the plasma membrane. Here, we demonstrate that lynx1 also exerts effects on α4β2 nAChRs within the endoplasmic reticulum. Lynx affects assembly of nascent α4 and β2 subunits, and alters the stoichiometry of the population that reaches the plasma membrane. Additionally, these data suggest that lynx1 alters nAChR stoichiometry primarily through this intracellular interaction, rather than via effects on plasma membrane nAChRs. To our knowledge, these data represent the first test of the hypothesis that a lynx family member, or indeed any GPI-anchored protein, could act within the cell to alter assembly of multi-subunit protein.

Computational Predictions of G Protein-Coupled Receptor Structures and Binding Sites

G protein-coupled receptors (GPCRs) are the largest family of proteins within the human genome. They consist of seven transmembrane (TM) helices, with a N-terminal region of varying length and structure on the extracellular side, and a C-terminus on the intracellular side. GPCRs are involved in transmitting extracellular signals to cells, and as such are crucial drug targets. Designing pharmaceuticals to target GPCRs is greatly aided by full-atom structural information of the proteins. In particular, the TM region of GPCRs is where small molecule ligands (much more bioavailable than peptide ligands) typically bind to the receptors. In recent years nearly thirty distinct GPCR TM regions have been crystallized. However, there are more than 1,000 GPCRs, leaving the vast majority of GPCRs with limited structural information. Additionally, GPCRs are known to exist in a myriad of conformational states in the body, rendering the static x-ray crystal structures an incomplete reflection of GPCR structures. In order to obtain an ensemble of GPCR structures, we have developed the GEnSeMBLE procedure to rapidly sample a large number of variations of GPCR helix rotations and tilts. The lowest energy GEnSeMBLE structures are then docked to small molecule ligands and optimized. The GPCR family consists of five subfamilies with little to no sequence homology between them: class A, B1, B2, C, and Frizzled/Taste2. Almost all of the GPCR crystal structures have been of class A GPCRs, and much is known about their conserved interactions and binding sites. In this work we particularly focus on class B1 GPCRs, and aim to understand that family’s interactions and binding sites both to small molecules and their native peptide ligands. Specifically, we predict the full atom structure and peptide binding site of the glucagon-like peptide receptor and the TM region and small molecule binding sites for eight other class B1 GPCRs: CALRL, CRFR1, GIPR, GLR, PACR, PTH1R, VIPR1, and VIPR2. Our class B1 work reveals multiple conserved interactions across the B1 subfamily as well as a consistent small molecule binding site centrally located in the TM bundle. Both the interactions and the binding sites are distinct from those seen in the more well-characterized class A GPCRs, and as such our work provides a strong starting point for drug design targeting class B1 proteins. We also predict the full structure of CXCR4 bound to a small molecule, a class A GPCR that was not closely related to any of the class A GPCRs at the time of the work.

Investigation of competitive antagonist binding to the nicotinic acetylcholine receptor using voltage-jump and light-flash techniques

1. The effect of 2,2’-bis-[α-(trimethylammonium)methyl]azobenzene (2BQ), a photoisomerizable competitive antagonist, was studied at the nicotinic acetycholine receptor of Electrophorus electroplaques using voltage-jump and light-flash techniques.

2. 2BQ, at concentrations below 3 μΜ, reduced the amplitude of voltage-jump relaxations but had little effect on the voltage-jump relaxation time constants under all experimental conditions. At higher concentrations and voltages more negative than -150 mV, 2BQ caused significant open channel blockade.

3. Dose-ratio studies showed that the cis and trans isomers of 2BQ have equilibrium binding constants (K _ᵢ) of .33 and 1.0 μΜ, respectively. The binding constants determined for both isomers are independent of temperature, voltage, agonist concentration, and the nature of the agonist.

4. In a solution of predominantly cis-2BQ, visible-light flashes led to a net cis→trans isomerization and caused an increase in the agonist-induced current. This increase had at least two exponential components; the larger amplitude component had the same time constant as a subsequent voltage-jump relaxation; the smaller amplitude component was investigated using ultraviolet light flashes.

5. In a solution of predominantly trans-2BQ, UV-light flashes led to a net trans→cis isomerization and caused a net decrease in the agonist-induced current. This effect had at least two exponential components. The smaller and faster component was an increase in agonist-induced current and had a similar time constant to the voltage-jump relaxation. The larger component was a slow decrease in the agonist-induced current with rate constant approximately an order of magnitude less than that of the voltage-jump relaxation. This slow component provided a measure of the rate constant for dissociation of cis-2BQ (k_ = 60/s at 20°C). Simple modelling of the slope of the dose-rate curves yields an association rate constant of 1.6 x 10⁸/M/s. This agrees with the association rate constant of 1.8 x 10⁸/M/s estimated from the binding constant (K_i). The Q₁₀ of the dissociation rate constant of cis-2BQ was 3.3 between 6° and 20°C. The rate constants for association and dissociation of cis-28Q at receptors are independent of voltage, agonist concentration, and the nature of the agonist.

6. We have measured the molecular rate constants of a competitive antagonist which has roughly the same K _ᵢ as d-tubocurarine but interacts more slowly with the receptor. This leads to the conclusion that curare itself has an association rate constant of 4 x 10⁹/M/s or roughly as fast as possible for an encounter-limited reaction.

Cambios en las sinapsis del hipocampo de rata inducidos por el receptor de neurokinina 3 (NK3-R)

Mediante Western blot y cultivos celulares, en el presente trabajo se han observado las variaciones en el número de espinas dendríticas y sinapsis en neuronas del hipocampo de ratas macho de tres meses de edad, cuando se activa o se inhibe el receptor de neurokinina 3 (NK3-R) mediante drogas agonistas o antagonistas. Se ha visto que el gen de este receptor tiene una menor expresión en ratas muy ansiosas en comparación con las poco ansiosas, por lo que se pretende estudiar las implicaciones que pueda tener esta proteína en el trastorno de ansiedad.

Detección e inmunolocalización del receptor Mas en los espermatozoides humanos

En los último años el concepto clásico del Sistema Renina-Angiotensina (SRA)como un regulador de la función renal y cardiovascular ha cambiado. La identificación de nuevos componentes con diversas funciones ha ampliado el marco de actuación de este sistema. Estudios han demostrado que el SRA está involucrado en diversos procesos de reproducción masculina. En esta investigación se ha descubierto la presencia del receptor Mas de la angiotensina-(1-7) y de su mRNA en espermatozoides humanos mediante técnicas de inmunofluorescencia y RT-PCR.

Estudio del receptor 5HT2A y de la vía Akt/GSK3 como mecanismos moleculares de la psicosis inducida por el consumo crónico de cannabis

La esquizofrenia es una enfermedad mental de carácter crónico que afecta aproximadamente al 1% de la población , principalmente con edades comprendidas entre los 15 y 4 5 años . Se trata de una enfermedad de inicio en la adolescencia o comienzo de la madurez y cuyo potencial discapacitante persiste y se agrava a lo largo de la vida. La etiología de la esquizofrenia es multifactorial con evidencias de factores genéticos y ambientales. El carácter hereditario de la esquizofr e nia se ha estimado en un 73 - 90% y los factores genéticos que predisponen a la enfermedad son múltiples y heterogéneos. Los estudios epidemiológicos parecen sugerir que el mayor riesgo de desarrollar esquizofrenia es prod ucto de interacciones genético/ ambi entales (predisposición genética a agresiones ambientales) y del fenómeno de epistasis (fenotipo dependiente de la interacción entre diversos genes). Las manifestaciones clínicas de la esquizofrenia se dividen en síntomas positivos, síntomas negativos y dé ficits cognitivos. A causa de los déficits asociados y de su carácter crónico, la esquizofrenia se encuentra entre las diez causas principales de discapacidad por enfermedad del mundo y según la World Health Organization (2001), se estima que es la quinta enfermedad más costosa para la s ociedad en términos de atención requ erida y pérdida de productividad, con un coste anual en la Unión Europea que supera los 35 mil millones de €, según Andlin - Sobocki y Rössler (2005) . A nivel nacional, en el año 2009 los an tipsicóticos atípicos más empleados (risperidona y olanzapina) se encontraron entre los 8 primeros fármacos que más gasto generaron, con un coste económico superior a 350 millones de euros (Sistema Nacional de Salud (2010)) . Además, según el estudio de Pal mer et al. (2005), el riesgo de muerte prematura en la población esquizofrénica es aproximadamente dos veces mayor en la población general, siendo el suicidio la principal causa de este exceso de mortalidad, con una prevalencia estimada entre 5 - 10%. En est e sentido, se ha estimado que entre el 25% y 50% de los pacientes con esquizofrenia cometen por lo menos un intento de suicidio en su vida , según el estudio llevado a cabo por Meltzer (2002) . Dada su prevalencia, la tendencia a la cronicidad y el riesgo su icida de pacientes con esquizofrenia así como los elevados costes socio - sanitarios, la investigación de esta enfermedad es un objetivo prioritario de los sistemas de salud mundiales

Estudos dos polimorfismos dos genes da apolipoproteína E (ApoE) e do receptor de LDL (RLDL - A370T) em indivíduos jovens pertencentes ao estudo do Rio de Janeiro em seguimento de 28 Anos

Estudos demonstram a associação de alterações da apolipoproteína E (ApoE) e do receptor do LDL (RLDL) com a ocorrência de doenças cardiovasculares e dislipidemia. O objetivo principal deste trabalho foi investigar a associação entre genótipos diferenciais da ApoE e do RLDL com a persistência de alterações de variáveis lipídicas em indivíduos jovens acompanhados há 28 anos no Estudo do Rio de Janeiro (ERJ). Através de um estudo longitudinal, tipo coorte, investigou-se 56 indivíduos (35M) em três avaliações. Em A1 (13.301.53 anos), A2 (22.091.91 anos) e A3 (31.231.99). Nas três ocasiões foi realizada avaliação clínica. Em A2 e A3 foram dosados colesterol total, HDL, LDL e triglicerídeos. Em A3 acrescentou-se o estudo dos polimorfismos genéticos da ApoE e do RLDL. Os fragmentos de interesse neste estudo foram amplificados por PCR (polymerase chain reaction) e os genótipos foram identificados através de reações de restrição. As frequências genotípicas de ApoE foram ε3/ε3 (62,5%), ε3/ε4 (25%), ε2/ε3 (5,4%) ,ε2/ε4 (5,4%) e ε4/ε4 (1,8%) e para os genótipos de RLDL foram AA (85,7%), AT (12,5%) e TT (1,8%). O genótipo ε2/ε2 não foi observado. A análise da distribuição dos genótipos de ApoE segundo a permanência de dislipidemia mostrou que todos os indivíduos com genótipo de ApoE dos tipos ε2/ε4 e ε4/ε4 mantiveram pelo menos um lípide alterado em A2 e A3 entretanto, todos os indivíduos com genótipo de ApoE do tipo ε2/ε3 não apresentaram lípides alterados em A2 e A3. Para o genótipo do RLDL não houve diferença significativa. Quando analisadas isoladamente, não foi identificado nenhum resultado significativo em A2 e/ou A3 associado a estes genótipos. O polimorfismo do gene da ApoE esteve associado à permanência de dislipidemia em indivíduos jovens acompanhados em estudo de seguimento longitudinal

Efecto antitumoral de la terfenadina, antagonista del receptor H1 de la histamina, mediado por el complejo I mitocondrial

180 p.

Fenofibrato (agonista do receptor ativador da proliferação peroxissomal) modula o sistema renina-angiotensina no coração de camundongos alimentados com dieta hiperlipídica

O objetivo deste trabalho foi estudar a ação do fenofibrato, um agonista do receptor ativador da proliferação peroxissomal alfa, no remodelamento cardíaco e na expressão de componentes do sistema renina-angiotensina (SRA) em um modelo de obesidade induzida por dieta. Camundongos machos C57Bl/6 com três meses de idade foram alimentados durante 11 semanas com dieta controle (grupo C, 3,57 kcal/g de dieta) ou dieta hiperlipídica (grupo HL, 5,40 kcal/g de dieta), em seguida foram separados em quatro grupos e estudados durante cinco semanas: C; HL; C-L (C mais fenofibrato) e HL-F (HL mais fenofibrato). Os animais HL foram mais pesados e apresentaram maior pressão arterial (PA) comparados aos animais C, mas HL-F foram mais leves e tiveram PA menor que HL. A resistência insulínica vista nos camundongos HL foi melhorada com fenofibrato nos camundongos HL-F. Fenofibrato reduziu colesterol total, triglicerídeos e aumentou HDL-c. Os animais HL apresentou um ventrículo esquerdo (VE) mais pesado e com espessura da parede maior, como também cardiomiócitos maiores e uma menor razão cardiomiócito/capilares que os animais C. Fenofibrato foi eficiente em melhorar estas alterações. As expressões cardíacas de Angiotensina II (ANG II) e de seu receptor tipo 1 (AT1R) foram maiores, enquanto que a expressão de seu receptor tipo 2 (AT2R) foi menor nos animais HL que nos animais C, e fenofibrato foi eficiente em atenuar estas diferenças. Como conclusão, a dieta HL lidera para a obesidade, elevação da PA, hipertrofia cardíaca, alterações metabólicas e expressão proteica alterada do SRA em camundongos, sugerindo a participação do SRA nestas alterações. Fenofibrato é eficiente em diminuir a PA e controlar a expressão proteica do SRA, assim como no tratamento da resistência insulínica e do remodelamento cardíaco adverso, diminuindo a hipertrofia dos cardiomiócitos e melhorando a vascularização do miocárdio, desta maneira, diminuindo importantes fatores de risco para doenças cardiovasculares

HIV-1 Capture and Transmission by Dendritic Cells: The Role of Viral Glycolipids and the Cellular Receptor Siglec-1

Dendritic cells (DCs) are essential in order to combat invading viruses and trigger antiviral responses. Paradoxically, in the case of HIV-1, DCs might contribute to viral pathogenesis through trans-infection, a mechanism that promotes viral capture and transmission to target cells, especially after DC maturation. In this review, we highlight recent evidence identifying sialyllactose-containing gangliosides in the viral membrane and the cellular lectin Siglec-1 as critical determinants for HIV-1 capture and storage by mature DCs and for DC-mediated trans-infection of T cells. In contrast, DC-SIGN, long considered to be the main receptor for DC capture of HIV-1, plays a minor role in mature DC-mediated HIV-1 capture and trans-infection.

Extracción de servicios TS en receptor profesional de DVB-T2.

[Es]Este documento explica el procedimiento seguido para desarrollar la última etapa de un decodificador de DVB-T2, que consiste en la extracción de un archivo de vídeo desde un archivo binario resultante del resto del decodificador. Este decodificador se trata del software de un receptor desarrollado por el departamento de TSR (Tratamiento de Señal y Radiocomunicaciones) de la Escuela de Ingenieros de Bilbao en el año 2010. Dicho software es capaz de analizar la señal recibida de DVB-T2 para calcular la tasa de errores y conocer otros parámetros relevantes como el tipo de modulación utilizado. No obstante, para analizar de manera subjetiva las mejoras de DVB-T2 e incluso para determinar de qué manera afectan los errores a la calidad de la imagen es necesario visualizar el video transmitido. Por esta razón se ha comenzado un proyecto en el que el objetivo es programar un nuevo software que proporcione un archivo que contenga el video en cuestión. Este software se ha programado en lenguaje del programa Matlab, y toma el fichero resultante del receptor como entrada, para procesarlo y obtener uno nuevo con el vídeo. De modo que una vez programado y probado para su corrección, se aplica a continuación del receptor del departamento TSR. Una vez obtenido el vídeo es posible comparar la calidad de la imagen con diferentes tasas de error en la comunicación, simulando transmisiones en diferentes ámbitos cada uno con su correspondiente ruido. De esta manera, se estima con muy alta precisión el comportamiento de una transmisión real dependiendo de la climatología y otros factores que afecten a la relación señal a ruido.

Visualization by High Resolution Immunoelectron Microscopy of the Transient Receptor Potential Vanilloid-1 at Inhibitory Synapses of the Mouse Dentate Gyrus

We have recently shown that the transient receptor potential vanilloid type 1 (TRPV1), a non-selective cation channel in the peripheral and central nervous system, is localized at postsynaptic sites of the excitatory perforant path synapses in the hippocampal dentate molecular layer (ML). In the present work, we have studied the distribution of TRPV1 at inhibitory synapses in the ML. With this aim, a preembedding immunogold method for high resolution electron microscopy was applied to mouse hippocampus. About 30% of the inhibitory synapses in the ML are TRPV1 immunopositive, which is mostly localized perisynaptically (similar to 60% of total immunoparticles) at postsynaptic dendritic membranes receiving symmetric synapses in the inner 1/3 of the layer. This TRPV1 pattern distribution is not observed in the ML of TRPV1 knock-out mice. These findings extend the knowledge of the subcellular localization of TRPV1 to inhibitory synapses of the dentate molecular layer where the channel, in addition to excitatory synapses, is present.

Alteração do tecido adiposo e fígado em modelo experimental de síndrome metabólica: ação de agonista PPAR-gama e bloqueador de receptor AT1 da angiotensina 2

Este trabalho teve como objetivo investigar os efeitos da telmisartana (agonista PPAR-gama parcial), losartana (puro bloqueador do receptor AT1 da angiotensina II) e rosiglitazona (agonista PPAR-gama) em modelo experimental de síndrome metabólica. Os alvos do estudo foram a pressão arterial, metabolismo de carboidratos, resistência insulínica, inflamação, tecido adiposo e fígado. Camundongos C57BL/6 (a partir de 3 meses de idade) foram alimentados com dieta padrão (SC, n = 10) ou dieta hiperlipídica rica em sal (HFHS, n = 40) por 12 semanas. Após esse tempo, os animais do grupo HFHS foram subdivididos em 4 grupos (n = 10): HFHS (sem tratamento), ROSI (HFHS tratado com rosiglitazona), TELM (HFHS tratado com telmisartana) e LOS (HFHS tratado com losartana) por 5 semanas. O grupo HFHS apresentou um significante ganho de peso e aumento da pressão arterial sistólica, hiperinsulinemia com resistência insulínica, hiperleptinemia, hipertrofia de adipócitos bem como um quadro de esteatose hepática e níveis aumentados da citocina inflamatória interleucina-6 (IL-6). Os animais tratados com telmisartana chegou ao final do experimento com massa corporal similar ao grupo SC, com reversão do quadro de resistência insulínica, com pressão arterial normal, adipócitos de tamanho normal e sem apresentar esteatose hepática. Além disso, o tratamento com telmisartana aumentou a expressão de PPARγ e adiponectina no tecido adiposo epididimal. A expressão da proteína desacopladora-1 (UCP-1) no tecido adiposo branco (TAB) também foi aumentada. O tratamento com losartana diminuiu a pressão arterial para valores normais, porém com menores efeitos nos parâmetros metabólicos dos animais. O presente modelo experimental de ganho de peso e hipertensão induzidos por dieta mimetiza a síndrome metabólica humana. Neste modelo, a telmisartana aumentou a expressão de UCP-1 no TAB, preveniu o ganho de peso e melhorou a sensibilidade à insulina e a esteatose hepática dos camundongos C57BL/6, provavelmente devido à ativação PPAR-gama.

Estudo do polimorfismo Ser49Gly do gene do receptor beta adrenérgico 1 (β-adr 1) na população do estado do Rio de Janeiro, Brasil estratificada por cor da pele e ancestralidade genômica

As doenças cardiovasculares possuem a maior taxa de óbitos no mundo, e notavelmente nos últimos anos as pesquisas genéticas sobre as mesmas estão baseadas em estudos de associação, no qual o gene suspeito que esteja em maior frequência entre os pacientes passa a ser considerado um possível fator causal. Os polimorfismos genéticos que ocorrem no receptor beta-adrenérgico podem resultar em mudanças significativas na função do receptor, podendo acarretar fisiopatologias. Neste trabalho, o objetivo foi estimar a diversidade e a frequência do polimorfismo Ser49Gly do gene do receptor beta-adrenérgico 1 a partir de uma amostra de 188 indivíduos da população do Estado do Rio de Janeiro. As frequências também foram analisadas a partir da estratificação da amostra por critério fenotípico em função do padrão de cor da pele em (negros e não negros) ou ancestralidade genética em (afrodescendente e não afrodescendente), definida através da informação dos marcadores de ancestralidade Indels e SNP de cromossomo Y, para avaliar se os padrões de ancestralidade ou cor da pele são fundamentais para a diferenciação e distanciamento genético. Fragmentos de interesse foram amplificados por PCR (reação de cadeia de polimerase) com primers específicos para o marcador Ser49Gly e as reações de genotipagem foram realizadas com enzimas de restrição Eco0109I. Os valores da heterozigosidade variaram entre 0,25-0,50 e 0,20-0,41 nos grupos estratificados por ancestralidade e cor da pele, respectivamente. No que diz respeito à análise do equilíbrio de Hardy-Weinberg, não houve um desvio significativo na distribuição do marcador nas amostras gerais do Estado do Rio de Janeiro, ou mesmo nas amostras estratificadas. A distribuição dos alelos na amostra dos 188 indivíduos da população geral do Rio de Janeiro (AC_RJ) mostrou uma frequência de 80,30% e 19,70% para o alelo selvagem e mutado Ser49Gly, respectivamente. A comparação das análises sobre a distribuição das frequências alélicas para este marcador mostrou a ocorrência de diferenças significativas na distribuição das frequências alélicas entre negros e não negros e afrodescendentes e não afrodescendentes. A diferença significativa observada entre os negros e afrodescendentes, foi em menor grau de distanciamento. A informação obtida em relação à ancestralidade foi crucial para a obtenção dos dados sobre o aumento da variável mutada do polimorfismo Ser49Gly nas populações negras e afrodescendentes do Estado Rio de Janeiro. Tal evidência, em combinação com estudos clínicos podem contribuir para uma análise pormenorizada do padrão de susceptibilidade à doença em questão, em falhas do mecanismo deste receptor.