Functional studies of lignin biosynthesis genes and putative flowering gene in Miscanthus x giganteus and studies on indolyl glucosinolate biosynthesis and translocation in Brassica oleracea

The first topic area of this thesis involved studies on the accumulation and translocation of glucosinolates (GSs), bioactive secondary plant compounds, in broccoli plants. Changes in GS accumulation and gene expression levels in response to exogeneous methyl jasmonate (MeJA) treatment were analyzed in different tissue types at different developmental stages of broccoli. Greater accumulation of GSs with MeJA treatment was observed in apical leaves of broccoli seedlings and florets of plants at harvest maturity. Increases in indolyl GS in apical leaves of seedlings and florets were coupled with the up-regulation of indolyl GS biosynthesis genes. The accumulation of indolyl GSs appears to be modulated by MeJA treatment in an organ-specific manner for optimal distribution of defense substances in the plant. Metabolic profiling of hydrophilic metabolites using GC-MS demonstrated increased accumulation of various phenolics, ascorbates and amino acids in broccoli tissues after MeJA treatment. Distinct changes in carbohydrate levels observed between different tissues (vegetative leaves and floret tissues) of broccoli plants after treatment suggest that carbon metabolism is differentially modulated by MeJA treatment in different tissue types depending on sink-source relationships. Reduced levels of hexose sugars and tricarboxylic acid intermediates after MeJA treatment may reflect the increased requirement for carbon and energy needed to drive secondary product biosynthesis to accumulate metabolites for defense against insects and other herbivores. Substantial increases of indolyl and aromatic GSs after exogenous treatment with MeJA in stem and petioles of seedlings and the existence of intact indolyl-GS forms in phloem exudates suggest enhanced de novo synthesis in combination with active transport. Indoly GSs share structural similarities with the auxin, IAA, and may interact with components of the auxin transport system for intra- and extra-cellular transport or translocation. Application of the auxin efflux inhibitor, 1-naphthylphthalamic acid (NPA) reduced MeJA-mediated accumulation of indolyl GSs in broccoli florets and seedling tissues. NPA did not inhibit expression of indolyl GS biosynthesis genes shown to be upregulated by MeJA treatment or the accumulation of tryptophan, the amino acid precursor of indolyl GSs. Exogenous application of benzyl GS to Arabidopsis roots induced ectopic expression of the PIN1 protein associated with the auxin transport system similar to treatment with NPA, again suggesting GS interaction with the auxin efflux carrier system. The inhibitory effect of NPA on MeJA-mediated accumulation of GS may be due to competitive binding of NPA to auxin efflux carrier components and that GS transport is mediated by the auxin transport system. The inhibitory effect of NPA on indolyl and aromatic GS accumulation and the bioactivity of exogenous treatment of these GS compounds in PIN1 localization, Arabidopsis root growth, and gravitrophic response suggest that indolyl and aromatic GSs may be antagonistic to IAA transport and biosynthesis. Indolyl and aromatic GSs can also be potentially converted into IAA by hydrolysis. This intrinsic feature of GSs may be the part of a sophisticated regulatory process where the metabolic pathways in the plant shift from active growth to a reversible defense posture in response to biotic or abiotic stress. It seems likely that indolyl and aromatic GSs are important compounds that provide connections between jasmonate and auxin signaling. Further studies are required to reveal the regulatory mechanism for crosstalk between the two hormones. The third part of this research was to investigate effect of selenium fertilization and MeJA treatment on accumulation of GSs in broccoli florets. Increasing dietary intake of the element selenium (Se) has been shown to reduce the risk of cancer. Simultaneous enhancement of both Se and GS concentrations in broccoli floret tissue were conducted through the combined treatment of MeJA with Se fertilization. A low level of Se fertilization (concentration) with MeJA treatment displayed no significant changes in total aliphatic GS concentrations with 90% and 50% increases in indolyl and total GSs concentrations, respectively. This result suggests that Se- and GS-enriched broccoli with improved health-promoting properties can be generated by this combined treatment. The second topic of this thesis was conducted to provide basic information required to improve biomass quality and productivity and develop tools for gene transformation in Miscanthus x giganteus. The perennial rhizomatous grass, Miscanthus x giganteus is an ideal biomass crop due to its rapid vegetative growth and high biomass yield potential. As a naturally occurring sterile hybrid, M. x giganteus must be propagated vegetatively by mechanicalling divided rhizomes or from micropropagated plantlets. The effect of callus type, age and culture methods on regeneration competence was studied to improve regeneration efficiency and shorten the period of tissue culture in M. x giganteus propagation. Seven lignin biosynthesis genes and one putative flowering gene were isolated from M. x giganteus by PCR reactions using maize othologous sequences. Southern hybridization and nuclear DNA content analysis indicated that the genes isolated from M. x giganteus exist in the genome of other Miscanthus species as multiple copies. Analysis of lignin content and histological staining of lignin deposition indicated that higher lignin content is found in mature stem node tissues compared to young leaves and apical stem nodal tissues. Cell wall lignification is associated with increasing tissue maturity in Miscanthus species. RNAi and antisense constructs harboring sequences of these genes were developed to generate Miscanthus transgenic plants with suppressed of lignin biosynthesis and delayed flowering.

OsHV-1 countermeasures to the Pacific oyster’s anti-viral response

The host-pathogen interactions between the Pacific oyster (Crassostrea gigas) and Ostreid herpesvirus type 1 (OsHV-1) are poorly characterised. Herpesviruses are a group of large, DNA viruses that are known to encode gene products that subvert their host’s antiviral response. It is likely that OsHV-1 has also evolved similar strategies as its genome encodes genes with high homology to C. gigas inhibitors of apoptosis (IAPs) and an interferon-stimulated gene (termed CH25H). The first objective of this study was to simultaneously investigate the expression of C. gigas and OsHV-1 genes that share high sequence homology during an acute infection. Comparison of apoptosis-related genes revealed that components of the extrinsic apoptosis pathway (TNF) were induced in response to OsHV-1 infection, but we failed to observe evidence of apoptosis using a combination of biochemical and molecular assays. IAPs encoded by OsHV-1 were highly expressed during the acute stage of infection and may explain why we didn’t observe evidence of apoptosis. However, C. gigas must have an alternative mechanism to apoptosis for clearing OsHV-1 from infected gill cells as we observed a reduction in viral DNA between 27 and 54 h post-infection. The reduction of viral DNA in C. gigas gill cells occurred after the up-regulation of interferon-stimulated genes (viperin, PKR, ADAR). In a second objective, we manipulated the host’s anti-viral response by injecting C. gigas with a small dose of poly I:C at the time of OsHV-1 infection. This small dose of poly I:C was unable to induce transcription of known antiviral effectors (ISGs), but these oysters were still capable of inhibiting OsHV-1 replication. This result suggests dsRNA induces an anti-viral response that is additional to the IFN-like pathway.

Efeitos de manipulações ascendentes e descendentes sobre a comunidade fitoplanctônica em um reservatório eutrófico no semi-árido brasileiro

Top-down (grazing) and bottom-up (nutrient, light) controls are important in freshwater ecosystems regulation. Relative importance of these factors could change in space and time, but in tropical lakes bottom-up regulation has to been appointed as more influent. Present study aimed to test the hypothesis that phytoplankton growths rate in Armando Ribeiro reservoir, a huge eutrophic reservoir in semi-arid region of Rio Grande do Norte state, is more limited by nutrient available then zooplankton grazing pressure. Bioassay was conduced monthly from September (2008) to August (2009) manipulating two levels of nutrients (with/without addition) and two level of grazers (with/without removal). Experimental design was factorial 2X2 with four treatments (X5), (i) control with water and zooplankton from natural spot ( C ), (ii) with nutrient addition ( +NP ), (iii) with zooplankton remove ( -Z ) and (iv) with zooplankton remove and nutrient addition ( -Z+NP ). For bioassay confection transparent plastic bottles (500ml) was incubate for 4 or 5 days in two different depths, Secchi`s depth (high luminosity) and 3 times Secchi`s depth (low luminosity). Water samples were collected from each bottle in begins and after incubates period for chlorophyll a concentration analysis and zoopalnktonic organisms density. Phytoplankton growths rates were calculated. Bifactorial ANOVA was performance to test if had a significant effect (p<0,005) of nutrient addition and grazers remove as well a significant interaction between factors on phytoplankton growths rates. Effect magnitude was calculated the relative importance of each process. Results show that phytoplankton growth was in generally stimulated by nutrient addition, as while zooplankton remove rarely stimulated phytoplankton growth. Some significant interactions happening between nutrient additions and grazers remove on phytoplankton growth. In conclusion this study suggests that in studied reservoir phytoplankton growth is more controlled by ascendent factors than descendent

Transcriptome, carbohydrate, and phytohormone analysis of Petunia hybrida reveals a complex disturbance of plant functional integrity under mild chilling stress

Cultivation of chilling-tolerant ornamental crops at lower temperature could reduce the energy demands of heated greenhouses. To provide a better understanding of how sub-optimal temperatures (12 degrees C vs. 16 degrees C) affect growth of the sensitive Petunia hybrida cultivar 'SweetSunshine Williams', the transcriptome, carbohydrate metabolism, and phytohormone homeostasis were monitored in aerial plant parts over 4 weeks by use of a microarray, enzymatic assays and GC-MS/MS. The data revealed three consecutive phases of chilling response. The first days were marked by a strong accumulation of sugars, particularly in source leaves, preferential up-regulation of genes in the same tissue and down-regulation of several genes in the shoot apex, especially those involved in the abiotic stress response. The midterm phase featured a partial normalization of carbohydrate levels and gene expression. After 3 weeks of chilling exposure, a new stabilized balance was established. Reduced hexose levels in the shoot apex, reduced ratios of sugar levels between the apex and source leaves and a higher apical sucrose/hexose ratio, associated with decreased activity and expression of cell wall invertase, indicate that prolonged chilling induced sugar accumulation in source leaves at the expense of reduced sugar transport to and reduced sucrose utilization in the shoot. This was associated with reduced levels of indole-3-acetic acid and abscisic acid in the apex and high numbers of differentially, particularly up-regulated genes, especially in the source leaves, including those regulating histones, ethylene action, transcription factors, and a jasmonate-ZIM-domain protein. Transcripts of one Jumonji C domain containing protein and one expansin accumulated in source leaves throughout the chilling period. The results reveal a dynamic and complex disturbance of plant function in response to mild chilling, opening new perspectives for the comparative analysis of differently tolerant cultivars.

Physiological and molecular analysis of the interaction between aluminium toxicity and drought stress in common bean (Phaseolus vulgaris)

Aluminium (Al) toxicity and drought are two major factors limiting common bean (Phaseolus vulgaris) production in the tropics. Short-term effects of Al toxicity and drought stress on root growth in acid, Al-toxic soil were studied, with special emphasis on Al-drought interaction in the root apex. Root elongation was inhibited by both Al and drought. Combined stresses resulted in a more severe inhibition of root elongation than either stress alone. This result was different from the alleviation of Al toxicity by osmotic stress (-0.60 MPa polyethylene glycol) in hydroponics. However, drought reduced the impact of Al on the root tip, as indicated by the reduction of Al-induced callose formation and MATE expression. Combined Al and drought stress enhanced up-regulation of ACCO expression and synthesis of zeatin riboside, reduced drought-enhanced abscisic acid (ABA) concentration, and expression of NCED involved in ABA biosynthesis and the transcription factors bZIP and MYB, thus affecting the regulation of ABA-dependent genes (SUS, PvLEA18, KS-DHN, and LTP) in root tips. The results provide circumstantial evidence that in soil, drought alleviates Al injury, but Al renders the root apex more drought-sensitive, particularly by impacting the gene regulatory network involved in ABA signal transduction and cross-talk with other phytohormones necessary for maintaining root growth under drought.

Caracterização transcricional dos genes CTR1 e ATP7B no peixe Poecilia vivipara: efeitos do cobre e da salinidade

Em peixes, o cobre (Cu) é absorvido a partir da água, via branquial, e pela ingestão de água e alimento, via gastrintestinal. Para evitar reações não específicas prejudiciais e suprir proteínas dependentes de Cu, existem transportadores específicos, como as proteínas de absorção de alta afinidade ao Cu (CTR1) e as Cu-ATPases (ATP7), que auxiliam na translocação intracelular do metal. No presente estudo, os genes CTR1 e ATP7B foram identificados em Poecilia vivipara e os seus transcritos foram quantificados por RT-qPCR nas brânquias, no fígado e no intestino de guarús expostos (96 h) ao Cu (0, 5, 9 e 20 µg/L) em água doce e salgada (salinidade 24). Foram identificadas novas sequências nucleotídicas dos genes CTR1 (1560 pb, completa) e ATP7B (617 pb, parcial), as quais tiveram altos valores de identidade com as descritas para Fundulus heteroclitus (CTR1=81%) e Sparus aurata (ATP7B=81%). A análise por RT-qPCR indicou níveis de transcrição para CTR1 e ATP7B em todos os tecidos analisados. Em guarús na água doce, a maior expressão da CTR1 e da ATP7B se deu no fígado. Em guarús na água salgada, a maior expressão da CTR1 ocorreu no intestino, enquanto a da ATP7B se deu no fígado e intestino. Na água doce, a exposição ao Cu aumentou o conteúdo branquial e hepático de Cu, diminuiu os transcritos de CTR1 e ATP7B nas brânquias e aumentou os transcritos destes genes no fígado, sem alterar o conteúdo corporal de Cu. Na água salgada, a exposição ao Cu aumentou o conteúdo de Cu e diminuiu o transcrito de ATP7B no intestino, sem alterar o conteúdo corporal de Cu nos P. vivipara. Estes resultados indicam que a homeostasia do Cu em P. vivipara envolve a redução da expressão do CTR1 e ATP7B nas brânquias (água doce) e intestino (água salgada) para limitar a absorção do Cu e o aumento da expressão destes genes no fígado (água doce) para facilitar o armazenamento e desintoxicação do Cu.

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

Rôle du facteur de transcription PITX1 dans les pathogenèses de l'ostéoporose et des maladies parodontales

L’ostéoporose est une maladie caractérisée par une faible masse osseuse et une détérioration du tissu osseux. Cette condition entraîne une plus grande fragilité osseuse et des risques de fractures. Plusieurs études ont associé l’ostéoporose à la faible densité osseuse des mandibules, à la perte d’attache parodontale, à l’augmentation de la hauteur de la crête alvéolaire et à la chute des dents. Cette étude vise à comprendre les mécanismes sous-jacents cette perte osseuse. En effet, au cours du développement des souris, PITX1 joue un rôle clé dans l'identité des membres postérieurs et dans le bon développement des mandibules et des dents. Son inactivation complète chez la souris mène à un phénotype squelettique sévère. Tandis que, son inactivation partielle provoque des symptômes apparentés à l'arthrose avec une augmentation de la masse osseuse au niveau de l’os cortical et de l’os trabéculaire. Inversement, une étude antérieure chez des jumelles monozygotiques discordantes pour l’ostéoporose, montrent une augmentation d’environ 8.6 fois du niveau d’expression du gène Pitx1 chez la jumelle ostéoporotique. Collectivement, ces données nous ont poussés à investiguer sur le rôle du facteur de transcription PITX1 dans le métabolisme osseux normal et pathologique. Dans ce contexte, des souris transgéniques Col1α1-Pitx1 sur-exprimant Pitx1 spécifiquement dans le tissu osseux sous le promoteur du collagène de type-I (fragment 2.1kpb) ont été générées et phénotypiquement caractérisées. Ces résultats ont révelé que les souris transgéniques Col1α1-Pitx1 présentaient un phénotype similaire à celui des patients ostéoporotiques accompagné d'une perte de dents et des problèmes dentaires et parodontaux. De plus, cette étude a révélé que la surexpression de Pitx1 induit une altération de l’homéostasie osseuse via l’inactivation de la voie de signalisation Wnt/β-caténine canonique. Cette hypothèse a été appuyée par le fait que le traitement des souris transgéniques Col1α1-Pitx1 avec du chlorure de lithium, un activateur de la voie Wnt canonique, prévient le phénotype ostéoporotique chez ces souris. Finalement, cette étude établit un rôle crucial de PITX1 dans la régulation de la masse osseuse et une implication possible dans l’ostéoporose et les maladies parodontales via l’inactivation de la voie de signalisation Wnt/β-caténine canonique.

Linfócitos T : uma análise do perfil diferencial da expressão gênica na imunorregulação

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Medicina, Pós-Graduação em Patologia Molecular, 2016.

The regulatory role of eNOS-derived nitric oxide on transcription in endothelial cells: Impact of S-nitrosylation on β-catenin signaling

Les cellules endothéliales forment une couche semi-perméable entre le sang et les organes. La prolifération, la migration et la polarisation des cellules endothéliales sont essentielles à la formation de nouveaux vaisseaux à partir de vaisseaux préexistants, soit l’angiogenèse. Le facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF) peut activer la synthase endothéliale du monoxyde d’azote (eNOS) et induire la production de monoxyde d’azote (NO) nécessaire pour la régulation de la perméabilité vasculaire et l’angiogenèse. β- caténine est une composante essentielle du complexe des jonctions d’ancrage ainsi qu’un régulateur majeur de la voie de signalisation de Wnt/β-caténine dans laquelle elle se joint au facteur de transcription TCF/LEF et module l’expression de nombreux gènes, dont certains sont impliqués dans l’angiogenèse. La S-nitrosylation (SNO) est un mécanisme de régulation posttraductionnel des protéines par l’ajout d’un groupement nitroso au niveau de résidus cystéines. Le NO produit par eNOS peut induire la S-nitrosylation de la β−caténine au niveau des jonctions intercellulaires et moduler la perméabilité de l’endothélium. Il a d’ailleurs été montré que le NO peut contrôler l’expression génique par la transcription. Le but de cette thèse est d’établir le rôle du NO au sein de la transcription des cellules endothéliales, spécifiquement au niveau de l’activité de β-caténine. Le premier objectif était de déterminer si la SNO de la β-caténine affecte son activité transcriptionnelle. Nous avons montré que le NO inhibe l’activité transcriptionnelle de β- caténine ainsi que la prolifération des cellules endothéliales induites par l’activation de la voie Wnt/β-caténine. Il est intéressant de constater que le VEGF, qui induit la production de NO via eNOS, réprime l’expression de AXIN2 qui est un gène cible de Wnt s’exprimant suite à la i i stimulation par Wnt3a et ce, dépendamment de eNOS. Nous avons identifié que la cystéine 466 de la β-caténine est un résidu essentiel à la modulation répressive de son activité transcriptionnelle par le NO. Lorsqu’il est nitrosylé, ce résidu est responsable de la perturbation du complexe de transcription formé de β-caténine et TCF-4 ce qui inhibe la prolifération des cellules endothéliales induite par la stimulation par Wnt3a. Puisque le NO affecte la transcription, nous avons réalisé l’analyse du transcriptome afin d’obtenir une vue d’ensemble du rôle du NO dans l’activité transcriptionnelle des cellules endothéliales. L’analyse différentielle de l’expression des gènes de cellules endothéliales montre que la répression de eNOS par siRNA augmente l’expression de gènes impliqués au niveau de la polarisation tels que : PARD3A, PARD3B, PKCZ, CRB1 et TJ3. Cette analyse suggère que le NO peut réguler la polarisation des cellules et a permis d’identifier des gènes responsables de l’intégrité des cellules endothéliales et de la réponse immunitaire. De plus, l’analyse de voies de signalisation par KEGG montre que certains gènes modulés par l’ablation de eNOS sont enrichis dans de nombreuses voies de signalisation, notamment Ras et Notch qui sont importantes lors de la migration cellulaire et la différenciation des cellules de têtes et de tronc (tip/stalk). Le regroupement des gènes exprimés chez les cellules traitées au VEGF (déplétées de eNOS ou non) révèle que le NO peut affecter l’expression de gènes contribuant au processus angiogénique, dont l’attraction chimiotactique. Notre étude montre que le NO module la transcription des cellules endothéliales et régule l’expression des gènes impliqués dans l’angiogenèse et la fonction endothéliale.

Posibles funciones de la familia génica de la glutamato descarboxilasa en Populus

Aunque hace más de 50 años que se describió que la glutamato descarboxilasa (GAD) lleva a cabo la descarboxilación del glutamato para producir GABA, y en animales ha sido muy estudiada debido al papel del GABA como neurotransmisor, la información disponible sobre las GADs de plantas es aún limitada, conociéndose sólo algunos aspectos de la regulación por calcio de su actividad enzimática o de expresión de algunos de los genes de su familia génica. El GABA es un metabolito que tradicionalmente se ha asociado a estrés, pero su papel en plantas todavía no está claro. En las últimas dos décadas los resultados experimentales obtenidos sobre la GAD y el GABA, destacando las alteraciones fenotípicas mostradas por plantas tratadas con GABA y por plantas transgénicas para GAD, han generado preguntas interesantes sobre el posible papel de este metabolito y la enzima en señalización en plantas. En plantas, son varios los papeles que se han propuesto para el metabolismo del GABA tales como su participación como componente del metabolismo del carbono y del nitrógeno (Fait y col., 2008), protección frente especies reactivas de oxigeno (Liu y col., 2011), regulación de la expresión génica incluyendo la regulación de genes implicados en la síntesis de hormonas (Khatiresan y col., 1997; Shi y col., 2010; Lancien y Roberts, 2006) y señalización a larga distancia (Beuve y col., 2004) y en gradiente guiando el crecimiento del tubo polínico (Palanivelu y col., 2013). Nuestro grupo de investigación ha sugerido un papel novedoso para la producción de GABA durante la xilogénesis en pino (Molina-Rueda y col., 2010, 2015). En base a estos antecedentes, los objetivos planteados para este trabajo han sido: la asignación de posibles funciones a las GADs de Populus en condiciones normales de crecimiento y en estrés abióticos, estudiar la adquisición del dominio de unión a calmodulina (CaMBD) de las GADs de plantas vasculares y analizar el efecto del GABA y del glutamato en las raíces de Populus. Las conclusiones que se derivan de los resultados de este trabajo se detallan a continuación. El dominio de unión a calmodulina de la GAD de plantas esta conservado en GADs de plantas consideradas ancestros de plantas vasculares y ausente en plantas no vasculares, lo que sitúa juntos en la evolución los eventos de adquisición del dominio de unión a CaM y el desarrollo del tejido vascular de plantas. Los resultados similares de la localización de GABA en xilema y una expresión GAD asociada a la formación de madera de reacción tanto en pino como en chopo apuntan a un papel relevante de la producción de GABA durante la xilogénesis en leñosas. La familia génica GAD posee seis genes codificando todos ellos para proteínas aparentemente funcionales y susceptibles de ser reguladas por calcio. Esta familia génica ha sufrido duplicaciones y eventos de especialización durante la evolución de Populus. Este trabajo ha posibilitado la asociación entre papeles específicos y los diferentes genes de esta familia. Beuvé N, Rispail N, Laine P, Cliquet J-B, Ourry A, Deunff F (2004) Putative role of Υ-aminobutyric acid as a long-distance signal in up-regulation of nitrate uptake in Brassica napus L. Plant Cell Environ. 27: 1035-1046 Fait A, Fromm H, Walter D, Galili G, Fernie AR (2008) Highway or byway: the metabolic role of the GABA shunt in plants. Trends in plant science 13: 14-19 Kathiresan A, Tung P, Chinnappa CC, Reid DM (1997) gamma-Aminobutyric acid stimulates ethylene biosynthesis in sunflower. Plant Physiol. 115: 129-135 Lancien M, Roberts MR (2006) Regulation of Arabidopsis thaliana 14-3-3 gene expression by ϒ-aminobutyric acid. Plant Cell Environ. 29: 1430-1436 Liu C, Zhao L, Yu G (2011) The dominant glutamic acid metabolic flux to produce gamma-amino butyric acid over proline in Nicotiana tabacum leaves under water stress relates to its significant role in antioxidant activity. Journal of integrative plant biology 53: 608-618 Molina-Rueda JJ, Pascual MB, Canovas FM, Gallardo F (2010) Characterization and developmental expression of a glutamate decarboxylase from maritime pine. Planta 232: 1471-1483 Molina-Rueda, J.J. y col., 2015. A putative role for γ-aminobutyric acid (GABA) in vascular development in pine seedlings. Planta 241: 257-267 Palanivelu R, Brass L, Edlund AF, D P (2003) Pollen tube growth and guidance is regulated by POP2, an Arabidopsis gene that controls GABA levels. Cell 114: 47-59 Shi SQ, Shi Z, Jiang ZP, Qi LW, Sun XM, Li CX, Liu JF, Xiao WF, Zhang SG (2010) Effects of exogenous GABA on gene expression of Caragana intermedia roots under NaCl stress: regulatory roles for H2O2 and ethylene production. Plant, cell & environment 33: 149-162

Estudio de la capacidad inmunoprofiláctica de proteínas recombinantes de Leishmania infantum en el modelo murino

En esta Tesis Doctoral, cuatro proteínas que están sobre-expresadas en las fases infectivas del ciclo celular de L. infantum (STPKA, STPK, PP2B and PABP3) fueron purificadas para inmunizar ratones BALB/c, con el interés de estudiar su posible capacidad protectora contra la VL. Tres de ellas indujeron una fuerte respuesta humoral en los ratones, rLiSTPKA, rLiSTPK y rLiPABP3, a diferencia de la proteína rLiPP2B. Además, la rLiPABP3 fue la única que indujo una disminución significativa de la carga parasitara tanto en bazo como en hígado 2 meses después de la infección experimental con el parásito. Con el objetivo de determinar los efectos que la inmunización con rLiPABP3 tenía sobre el sistema inmune murino, se determinó la expresión génica de 106 genes relacionados con el sistema inmune en ratones control, inmunizados e infectados. Los niveles de expresión génica fueron comparados con los obtenidos para los grupos control. Los resultados mostraron que durante todo el experimento la proteína rLiPABP3 promueve la inhibición de la respuesta inmune inflamatoria en el bazo de los ratones infectados. Además, no se observa una respuesta adaptiva claramente polarizada hacia un tipo concreto. Un mes después de la infeccion, en los animales previamente inmunizados se observa la sobre-expresion de Il2rb lo que nos hace pensar que rLiPABP3 podría estimular la presencia de linfocitos T memoria. En fases más avanzadas de la infección, a pesar de que no observamos una clara diferenciación de una población concreta de linfocitos T efectores, sí observamos la infra-expresión del gen codificante del TNF-alfa, lo que unido a la sobre-expresión del gen Cxcr4 y la ausencia de cambios de la expresión del gen Ccr7 nos hace pensar que la inmunización no sólo mantiene la micro-arquitectura del bazo, sino que también promueve la correcta migración de las DCs desde la MZ hasta el PALS.

Impaired reverse cholesterol transport and hepatic steatosis contribute to pathogenesis of high fat dietinduced hyperlipidemia in murine models

Purpose: To investigate the pathogenesis of high fat diet (HFD)-induced hyperlipidemia (HLP) in mice, rats and hamsters and to comparatively evaluate their sensitivity to HFD. Methods: Mice, rats and hamsters were fed with high-fat diet formulation (HFD, n = 8) or a control diet (control, n = 8) for 4 weeks. Changes in body weight, relative liver weight, serum lipid profile, expressions of hepatic marker gene of lipid metabolism and liver morphology were observed in three hyperlipidemic models. Results: Elevated total cholesterol (TC), triglyceride, low density lipoprotein-cholesterol (LDL-C) and high density lipoprotein-cholesterol (HDL-C) levels and body weight were observed in all hyperlipidemic animals (p < 0.05), while hepatic steatosis was manifested in rat and hamster HLP models, and increased hepatic TC level was only seen (p < 0.05) in hamster HLP model. Suppression of HMG-CoA reductase and up-regulation of lipoproteinlipase were observed in all HFD groups. Hepatic gene expression of LDLR, CYP7A1, LCAT, SR-B1, and ApoA I, which are a response to reverse cholesterol transport (RCT), were inhibited by HFD in the three models. Among these models, simultaneous suppression of HMG-CR, LCAT, LDLR and SR-BI and elevated LPL were features of the hamster model. Conclusion: As the results show, impaired RCT and excessive fat accumulation are major contributors to pathogenesis of HFD-induced murine HLP. Thus, the hamster model is more appropriate for hyperlipidemia research.

Effect of β3-adrenoceptor on cardiac fibrosis in rat cardiac fibroblast cells and its potential mechanism

Purpose: To investigate the effect of β3-adrenoceptors (β3-AR) up-regulation on fibrosis in cardiac fibroblast cells in rats and its potential mechanism. Methods: Cardiac fibroblast cells (CFB) were isolated and identified from rats’ hearts. The β3-ARupregulated cardiac fibroblast cells were constructed by lentiviral transfection technology. Thereafter, Ang II was used to induce fibrosis in cardiac fibroblast cells, and subsequently, Western blot assay was performed to investigate fibrosis related marker proteins (TGF-β, Smad-2, p-Smad-2, Col-I and Col-III) in cardiac fibroblast cells. Results: β3-AR up-regulated cardiac fibroblast cells were successfully constructed. Furthermore, the results show that up-regulation of β3-AR increased the expressions of TGF-β, p-Smad-2, Col-I and Col- III proteins in Ang II treated cardiac fibroblast cells. Conclusion: The results suggest that up-regulation of β3-AR aggravates fibrosis of cardiac fibroblast cells. In other words, inhibition of β3-AR expressions in cardiac tissues would be beneficial for treating cardiac fibrosis and its related cardiac diseases.

Antitumor activity of physcion 8-o-β-glucopyranoside against cervical cancer by induction of apoptosis

Purpose: To investigate the antitumor activity of physcion8-O-β-glucopyranoside (PSG) against cervical cancer, as well as its mechanisms. Methods: The anti-proliferative effects of PSG on HeLa cells were determined by CCK-8 assay and the half maximal inhibitory concentration (IC50) values were calculated. Subsequently, a mouse xenograft model of HeLa cell line was established to investigate the antitumor effect of PSG in vivo. Furthermore, cell apoptosis was investigated by fluorescence microscopy via DAPI staining, and other mechanisms were determined by Western blot assay. Results: In vitro, PSG exhibited significant anti-proliferative effect on HeLa cells (p <0.05) in concentration-and time-dependent manners, with an IC50 value of 41.34 μg/mL. In vivo, PSG also had significant anti-tumor activity in nude mouse xenograft model (p < 0.05), inhibiting tumor growth. Furthermore, the results showed that treatment with PSG (20, 40 and 60 μg/mL) for 24 h resulted in significantly increased apoptosis in HeLa cells (p < 0.05). Additionally, Western blot analysis revealed that after exposure to 20, 40 and 60 μg/mL of PSG for 24 h, protein expressions of C-caspase-3, Ccaspase-9 and Bax were markedly up-regulated (p < 0.05) while Bcl-2 was significantly down-regulated (p < 0.05). These results confirmed that PSG inhibited HeLa cell growth by inducing mitochondriamediated apoptosis via up-regulation of caspase-3 and caspase-9 and Bax, and down-regulation of Bcl2. Conclusion: The results demonstrate that PSG possesses notable anti-tumor activity against cervical cancer and that the mechanisms involve induction of apoptosis by mitochondria-mediated signaling pathway.