A perfect day for zebrafish : neuromodulation of sleep in a diurnal vertebrate

Every day, we shift among various states of sleep and arousal to meet the many demands of our bodies and environment. A central puzzle in neurobiology is how the brain controls these behavioral states, which are essential to an animal's well-being and survival. Mammalian models have predominated sleep and arousal research, although in the past decade, invertebrate models have made significant contributions to our understanding of the genetic underpinnings of behavioral states. More recently, the zebrafish (Danio rerio), a diurnal vertebrate, has emerged as a promising model system for sleep and arousal research.

In this thesis, I describe two studies on sleep/arousal pathways that I conducted using zebrafish, and I discuss how the findings can be combined in future projects to advance our understanding of vertebrate sleep/arousal pathways. In the first study, I discovered a neuropeptide that regulates zebrafish sleep and arousal as a result of a large-scale effort to identify molecules that regulate behavioral states. Taking advantage of facile zebrafish genetics, I constructed mutants for the three known receptors of this peptide and identified the one receptor that exclusively mediates the observed behavioral effects. I further show that the peptide exerts its behavioral effects independently of signaling at a key module of a neuroendocrine signaling pathway. This finding contradicts the hypothesis put forth in mammalian systems that the peptide acts through the classical neuroendocrine pathway; our data further generate new testable hypotheses for determining the central nervous system or alternative neuroendocrine pathways involved.

Second, I will present the development of a chemigenetic method to non-invasively manipulate neurons in the behaving zebrafish. I validated this technique by expressing and inducing the chemigenetic tool in a restricted population of sleep-regulating neurons in the zebrafish. As predicted by established models of this vertebrate sleep regulator, chemigenetic activation of these neurons induced hyperactivity, whereas chemigenetic ablation of these neurons induced increased sleep behavior. Given that light is a potent modulator of behavior in zebrafish, our proof-of-principle data provide a springboard for future studies of sleep/arousal and other light-dependent behaviors to interrogate genetically-defined populations of neurons independently of optogenetic tools.

Investigating the Role of O-GlcNAc Glycosylation in Neurodegeneration

O-GlcNAc glycosylation of nuclear and cytosolic proteins is an essential post-translational modification implicated in many diseases, from cancer to diabetes. Importantly, many important neuronal proteins are also O-GlcNAc modified, and aberrant O-GlcNAcylation of these proteins may contribute to the pathology of neurodegenerative diseases although these mechanisms have not been well defined. Here we investigated the role of O-GlcNAc glycosylation in the brain, utilizing both chemistry and molecular biology to study O-GlcNAc transferase (OGT), the enzyme that adds the sugar modification. To evaluate the role of OGT in adult neurons, we generated a forebrain-specific conditional knockout of OGT (OGT cKO) in mice. Although indistinguishable from wild-type littermates at birth, after three weeks we observe progressive neurodegeneration in OGT cKO mice. Hallmarks of Alzheimer’s disease, including neuronal loss, neuroinflammation, behavioral deficits, hyperphosphorylated tau, and amyloid beta peptide accumulation, are observed. Furthermore, decreases in OGT protein levels were found in human AD brain tissue, suggesting that altered O-GlcNAcylation likely contributes to neurodegenerative diseases in humans. This model is one of a few mouse models that recapitulate AD phenotypes without mutating and overexpressing human tau, amyloid precursor protein, or presenilin, highlighting the essential role of OGT in neurodegenerative pathways.

Given the importance of OGT in the brain, we further investigated the regulation of the OGT enzyme by phosphorylation. We found that phosphorylation of OGT near its C-terminus reduces its activity in cancer cells, and have developed phosphorylation-specific antibodies to aid mechanistic studies. Furthermore, mutation of this phosphorylation site on OGT, followed by overexpression in neurons was shown to enhance neurite outgrowth, demonstrating a functional consequence for this site. Thus phosphorylation of OGT inhibits its activity and enhances neurite outgrowth, and current studies aim to characterize the signaling pathway that regulates OGT phosphorylation in neurons.

Characterization of TRIB2-mediated resistance to anti-cancer drugs

Dissertação de Mestrado, Oncobiologia: Mecanismos Moleculares do Cancro, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2016

O papel do inflamassoma na infecção induzida pelas formas saprofíticas do fungo Fonsecaea pedrosoi

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Medicina, Programa de Pós-Graduação em Patologia Molecular, 2016.

O papel da lisofosfatidilcolina na ativação do inflamassoma NLRP3 e sua relação com a formação de células gordurosas

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2016.

Hormone-Mediated Gene-Specific Translation Regulation

The central role of translation regulation in the control of critical cellular processes has long been recognized. Yet the systematic exploration of quantitative changes in translation at a genome-wide scale in response to specific stimuli has only recently become technically feasible. Using a genetic approach, we have identified new Arabidopsis weak-ethylene insensitive mutants that also display defects in translation, which suggested the existence of a previously unknown molecular module involved in ethylene-mediated translation regulation of components of this signaling pathway. To explore this link in detail, we implemented for Arabidopsis the ribosome-footprinting technology, which enables the study of translation at a whole-genome level at single codon resolution[1]. Using ribosome-footprinting we examined the effects of short exposure to ethylene on the Arabidopsis translatome looking for ethylene-triggered changes in translation rates that could not be explained by changes in transcript levels. The results of this research, in combination with the characterization of a subset of the aforementioned weak-ethylene insensitive mutants that are defective in the UPF genes (core-components of the nonsense-mediated mRNA decay machinery), uncovered a translation-based branch of the ethylene signaling pathway[2]. In the presence of ethylene, translation of a negative regulator of ethylene signaling EBF2 is repressed, despite induced transcription of this gene. These translational effects of ethylene require the long 3´UTR of EBF2 (3´EBF2), which is recognized by the C-terminal end of the key ethylene-signaling protein EIN2 (EIN2C) in the cytoplasm once EIN2C is released from the ER-membrane by proteolytic cleavage. EIN2C binds the 3´EBF2, recruits the UPF proteins and moves to P-bodies, where the translation of EBF2 in inhibited despite its mRNA accumulation. Once the ethylene signal is withdrawn, the translation of the stored EBF2 mRNAs is resumed, thus rapidly dampening the ethylene response. These findings represent a mechanistic paradigm of gene-specific regulation of translation in response to a key growth regulator. Translation regulatory elements can be located in both 3′ and 5′ UTRs. We are now focusing on the ead1 and ead2 mutants, another set of ethylene-signaling mutants defective in translational regulation. Ribosome-footprinting on the ead1 mutant revealed an accumulation of translating ribosomes in the 5´UTRs of uORF-containing genes and reduction in the levels of ribosomes in the main ORF. The mutant is also impaired in the translation of GFP when this reporter is fused to WT 5´UTR of potential EAD1 targets but not when GFP is fused to the uORF-less versions of the same 5´UTRs. Our hypothesis is that EAD1/2 work as a complex that is required for the efficient translation of mRNAs that have common structural (complex 5´UTR with uORFs) and functional (regulation of key cellular processes) features. We are working towards the identification of the conditions where the EAD1 regulation of translation is required. [1] Ingolia, N. et al. (2009) Genome-Wide Analysis in Vivo of Translation with Nucleotide Resolution Using Ribosome Profiling. Science, 324; 218-222 [2] Merchante, C. et al. (2015) Gene-Specific Translation Regulation Mediated by the Hormone-Signaling Molecule EIN2. Cell, 163(3): 684-697

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.

Rôle de la signalisation Wnt non-canonique dans l’étiologie de l’ostéoarthrose chez l’humain

Les études cliniques et in vitro suggèrent que la sclérose de l’os sous-chondral due aux ostéoblastes (Ob) anormaux est impliquée dans la progression de l’ostéoarthrose (OA). Les Ob OA humains isolés à partir d’os sous-chondral sclérosé montrent un phénotype altéré, un niveau réduit de signalisation Wnt/β-caténine canonique et une minéralisation in vitro réduite. Il existe également deux voies non-canoniques, Wnt/PKC et Wnt/PCP qui ont étés décrites dans la littérature. Cependant, il n’existe aucune étude qui traite de ces deux voies dans les Ob OA. Ces voies sont activées après qu’un ligand Wnt non-canonique tel que Wnt-5a se lie à un récepteur Wnt couplé à des corécepteurs de la voie non-canonique. Ceci enclenche, respectivement pour la voie Wnt/PKC-Ca2+ et Wnt/PCP, la phosphorylation de PKC (p-PKC) et la phosphorylation de JNK (p-JNK) et agit sur les cibles en aval. Nous avons voulu déterminer s’il était possible de constater des altérations dans les voies Wnt non-canoniques dans les Ob OA. Nous avons préparé des cultures primaires d’ostéoblastes sous-chondral humains à partir de plateaux tibiaux de patients OA subissant une arthroplastie totale du genou, ainsi qu’à partir de plateaux tibiaux recueillis à l’autopsie de patients « normaux ». L’expression des gènes impliqués dans les voies Wnt/PKC et Wnt/PCP a été évaluée par RT-qPCR et la production par Western Blot des protéines, ainsi que celle de p-PKC et p-JNK et que l’activité des facteurs NFAT et AP-1 utilisés par ces deux voies. L’activité phosphatase alcaline (ALPase) et la quantité d’ostéocalcine (OC) ont étés évaluées respectivement à l’aide d’hydrolyse de substrat et d’ELISA. Le niveau de minéralisation a été évalué par la coloration au rouge Alizarine. Nos résultats montrent que l’expression et la production de Wnt-5a étaient augmentées dans les Ob OA comparées aux Ob N et LGR5 était significativement plus élevée. De plus, l’expression de LGR5 est directement régulée via la stimulation ou la diminution de Wnt-5a, à la fois au niveau de l’ARNm et des protéines. Par ailleurs, Wnt-5a a stimulé la phosphorylation de JNK et de PKC ainsi que l’activité NFAT et AP-1. Les niveaux de minéralisation ainsi que d’activité ALPase et de sécrétion d’OC ont aussi été affectés par les changements du niveau de Wnt-5a. Ces résultats suggèrent que Wnt-5a, qui est augmentée dans les OA Ob, peut stimuler les voies Wnt non-canoniques et affecter le phénotype et la minéralisation des OA Ob humains.

Caractérisation de l’activité transcriptionnelle antivirale et immunorégulatrice dépendante de STAT2 et IRF9, mais indépendante de STAT1, induite par la costimulation par TNF

Les cellules épithéliales pulmonaires constituent la première ligne de défense face aux virus respiratoires via la sécrétion de mucus, de peptides, de cytokines et chimiokines qui déterminent l'élimination ou la progression de l’infection. Les principales cytokines antivirales produites par les cellules épithéliales alvéolaires (AEC) sont les interférons (IFN) type I (α/β) et III (λ). La liaison d’IFNβ à son récepteur induit une voie antivirale bien caractérisée qui aboutit à l’activation du complexe ISGF3 (STAT1, STAT2 et IRF9) qui permet la transcription de multiples gènes codant pour des protéines à activité antivirale et immunorégulatrice. Il a récemment été démontré que la costimulation des cellules épithéliales pulmonaires par l’IFNβ et le Tumor Necrosis Factor α (TNFα), également produit lors d’une infection, synergisent pour induire un état antiviral tardif distinct. D’autre part, il a été montré que la synergie entre le TNFα et l'IFNβ induit une voie de signalisation impliquant STAT2 et IRF9, mais indépendante de STAT1 permettant l’expression du gène DUOX2. Notre but est de déterminer l’importance de cette nouvelle voie de signalisation induite par la costimulation du TNFα+IFNβ, impliquant STAT2 et IRF9 indépendamment de STAT1 dans la régulation d’un programme transcriptionnel antiviral et immunorégulateur tardif. Notre premier objectif est de déterminer si des gènes antiviraux et immunorégulateurs qui sont induits par la costimulation par TNFα+IFNβ sont dépendants de la voie STAT2/IRF9, indépendamment de STAT1. En utilisant la technique de qRT-PCR, nous avons identifié 3 gènes immunorégulateurs, CXCL10, IDO et APOBEC3G, induits de manière synergique en réponse à TNFα+IFNβ dans les cellules A549, un modèle de cellules épithéliales pulmonaires. Afin de confirmer que ces gènes sont induits indépendamment de STAT1, nous avons validé leur expression dans la lignée cellulaire U3A déficiente en STAT1. Par l'utilisation d'ARN interférants (ARNi) dirigés contre STAT2 et IRF9, nous avons confirmé que l’induction de ces gènes est dépendante de STAT2 et IRF9. Finalement, l’analyse de l’activité du promoteur de CXCL10 en réponse à TNFα+IFNβ par des essais rapporteurs luciférases a permis de montrer que la régulation se fait au niveau transcriptionnel. Notre deuxième objectif, est de déterminer si STAT6 pourrait remplacer STAT1 dans la voie de signalisation induite par TNFα+IFNβ. En effet, STAT6 est un inducteur connu de l’expression de DUOX2 en réponse à IL4+IL13. Contrairement à notre hypothèse, l’inhibition de STAT6 par ARNi augmente l’expression de DUOX2 en réponse à TNFα+IFNβ suggérant que STAT6 est un régulateur négatif. Nos résultats ont permis de comprendre de manière plus détaillée les mécanismes mis en place dans le développement d’une réponse antivirale. D’autre part, l’étude de l’effet de l’IFNβ et du TNFα est également pertinente pour les maladies chroniques inflammatoires et autoimmunes. De plus, nos résultats illustrent un nouveau paradigme concernant les mécanismes de signalisation cellulaire impliqués dans la synergie entre deux cytokines qui pourrait être applicable à des combinaisons de cytokines autres que TNFα+IFNβ.

Localized Surface Plasmon Resonance Biosensors for Real-Time Biomolecular Binding Study

Surface Plasmon Resonance (SPR) and localized surface plasmon resonance (LSPR) biosensors have brought a revolutionary change to in vitro study of biological and biochemical processes due to its ability to measure extremely small changes in surface refractive index (RI), binding equilibrium and kinetics. Strategies based on LSPR have been employed to enhance the sensitivity for a variety of applications, such as diagnosis of diseases, environmental analysis, food safety, and chemical threat detection. In LSPR spectroscopy, absorption and scattering of light are greatly enhanced at frequencies that excite the LSPR, resulting in a characteristic extinction spectrum that depends on the RI of the surrounding medium. Compositional and conformational change within the surrounding medium near the sensing surface could therefore be detected as shifts in the extinction spectrum. This dissertation specifically focuses on the development and evaluation of highly sensitive LSPR biosensors for in situ study of biomolecular binding process by incorporating nanotechnology. Compared to traditional methods for biomolecular binding studies, LSPR-based biosensors offer real-time, label free detection. First, we modified the gold sensing surface of LSPR-based biosensors using nanomaterials such as gold nanoparticles (AuNPs) and polymer to enhance surface absorption and sensitivity. The performance of this type of biosensors was evaluated on the application of small heavy metal molecule binding affinity study. This biosensor exhibited ~7 fold sensitivity enhancement and binding kinetics measurement capability comparing to traditional biosensors. Second, a miniaturized cell culture system was integrated into the LSPR-based biosensor system for the purpose of real-time biomarker signaling pathway studies and drug efficacy studies with living cells. To the best of our knowledge, this is the first LSPR-based sensing platform with the capability of living cell studies. We demonstrated the living cell measurement ability by studying the VEGF signaling pathway in living SKOV-3 cells. Results have shown that the VEGF secretion level from SKOV-3 cells is 0.0137 ± 0.0012 pg per cell. Moreover, we have demonstrated bevacizumab drug regulation to the VEGF signaling pathway using this biosensor. This sensing platform could potentially help studying biomolecular binding kinetics which elucidates the underlying mechanisms of biotransportation and drug delivery.

Rôle de la signalisation Wnt non-canonique dans l’étiologie de l’ostéoarthrose chez l’humain

Les études cliniques et in vitro suggèrent que la sclérose de l’os sous-chondral due aux ostéoblastes (Ob) anormaux est impliquée dans la progression de l’ostéoarthrose (OA). Les Ob OA humains isolés à partir d’os sous-chondral sclérosé montrent un phénotype altéré, un niveau réduit de signalisation Wnt/β-caténine canonique et une minéralisation in vitro réduite. Il existe également deux voies non-canoniques, Wnt/PKC et Wnt/PCP qui ont étés décrites dans la littérature. Cependant, il n’existe aucune étude qui traite de ces deux voies dans les Ob OA. Ces voies sont activées après qu’un ligand Wnt non-canonique tel que Wnt-5a se lie à un récepteur Wnt couplé à des corécepteurs de la voie non-canonique. Ceci enclenche, respectivement pour la voie Wnt/PKC-Ca2+ et Wnt/PCP, la phosphorylation de PKC (p-PKC) et la phosphorylation de JNK (p-JNK) et agit sur les cibles en aval. Nous avons voulu déterminer s’il était possible de constater des altérations dans les voies Wnt non-canoniques dans les Ob OA. Nous avons préparé des cultures primaires d’ostéoblastes sous-chondral humains à partir de plateaux tibiaux de patients OA subissant une arthroplastie totale du genou, ainsi qu’à partir de plateaux tibiaux recueillis à l’autopsie de patients « normaux ». L’expression des gènes impliqués dans les voies Wnt/PKC et Wnt/PCP a été évaluée par RT-qPCR et la production par Western Blot des protéines, ainsi que celle de p-PKC et p-JNK et que l’activité des facteurs NFAT et AP-1 utilisés par ces deux voies. L’activité phosphatase alcaline (ALPase) et la quantité d’ostéocalcine (OC) ont étés évaluées respectivement à l’aide d’hydrolyse de substrat et d’ELISA. Le niveau de minéralisation a été évalué par la coloration au rouge Alizarine. Nos résultats montrent que l’expression et la production de Wnt-5a étaient augmentées dans les Ob OA comparées aux Ob N et LGR5 était significativement plus élevée. De plus, l’expression de LGR5 est directement régulée via la stimulation ou la diminution de Wnt-5a, à la fois au niveau de l’ARNm et des protéines. Par ailleurs, Wnt-5a a stimulé la phosphorylation de JNK et de PKC ainsi que l’activité NFAT et AP-1. Les niveaux de minéralisation ainsi que d’activité ALPase et de sécrétion d’OC ont aussi été affectés par les changements du niveau de Wnt-5a. Ces résultats suggèrent que Wnt-5a, qui est augmentée dans les OA Ob, peut stimuler les voies Wnt non-canoniques et affecter le phénotype et la minéralisation des OA Ob humains.

Caractérisation de l’activité transcriptionnelle antivirale et immunorégulatrice dépendante de STAT2 et IRF9, mais indépendante de STAT1, induite par la costimulation par TNF

Les cellules épithéliales pulmonaires constituent la première ligne de défense face aux virus respiratoires via la sécrétion de mucus, de peptides, de cytokines et chimiokines qui déterminent l'élimination ou la progression de l’infection. Les principales cytokines antivirales produites par les cellules épithéliales alvéolaires (AEC) sont les interférons (IFN) type I (α/β) et III (λ). La liaison d’IFNβ à son récepteur induit une voie antivirale bien caractérisée qui aboutit à l’activation du complexe ISGF3 (STAT1, STAT2 et IRF9) qui permet la transcription de multiples gènes codant pour des protéines à activité antivirale et immunorégulatrice. Il a récemment été démontré que la costimulation des cellules épithéliales pulmonaires par l’IFNβ et le Tumor Necrosis Factor α (TNFα), également produit lors d’une infection, synergisent pour induire un état antiviral tardif distinct. D’autre part, il a été montré que la synergie entre le TNFα et l'IFNβ induit une voie de signalisation impliquant STAT2 et IRF9, mais indépendante de STAT1 permettant l’expression du gène DUOX2. Notre but est de déterminer l’importance de cette nouvelle voie de signalisation induite par la costimulation du TNFα+IFNβ, impliquant STAT2 et IRF9 indépendamment de STAT1 dans la régulation d’un programme transcriptionnel antiviral et immunorégulateur tardif. Notre premier objectif est de déterminer si des gènes antiviraux et immunorégulateurs qui sont induits par la costimulation par TNFα+IFNβ sont dépendants de la voie STAT2/IRF9, indépendamment de STAT1. En utilisant la technique de qRT-PCR, nous avons identifié 3 gènes immunorégulateurs, CXCL10, IDO et APOBEC3G, induits de manière synergique en réponse à TNFα+IFNβ dans les cellules A549, un modèle de cellules épithéliales pulmonaires. Afin de confirmer que ces gènes sont induits indépendamment de STAT1, nous avons validé leur expression dans la lignée cellulaire U3A déficiente en STAT1. Par l'utilisation d'ARN interférants (ARNi) dirigés contre STAT2 et IRF9, nous avons confirmé que l’induction de ces gènes est dépendante de STAT2 et IRF9. Finalement, l’analyse de l’activité du promoteur de CXCL10 en réponse à TNFα+IFNβ par des essais rapporteurs luciférases a permis de montrer que la régulation se fait au niveau transcriptionnel. Notre deuxième objectif, est de déterminer si STAT6 pourrait remplacer STAT1 dans la voie de signalisation induite par TNFα+IFNβ. En effet, STAT6 est un inducteur connu de l’expression de DUOX2 en réponse à IL4+IL13. Contrairement à notre hypothèse, l’inhibition de STAT6 par ARNi augmente l’expression de DUOX2 en réponse à TNFα+IFNβ suggérant que STAT6 est un régulateur négatif. Nos résultats ont permis de comprendre de manière plus détaillée les mécanismes mis en place dans le développement d’une réponse antivirale. D’autre part, l’étude de l’effet de l’IFNβ et du TNFα est également pertinente pour les maladies chroniques inflammatoires et autoimmunes. De plus, nos résultats illustrent un nouveau paradigme concernant les mécanismes de signalisation cellulaire impliqués dans la synergie entre deux cytokines qui pourrait être applicable à des combinaisons de cytokines autres que TNFα+IFNβ.

Rod and cone pathway signaling and interaction under mesopic illumination

This study investigates the time-course and post-receptoral pathway signaling of photoreceptor interactions when the rod (R) and three cone (L, M, S) photoreceptor classes contribute to mesopic vision. A four-primary photostimulator independently controls photoreceptor activity in human observers. The first experiment defines the temporal adaptation response of receptoral (L-, S-cone, rod) and post-receptoral (LMS, LMSR,+L-M) signaling and interactions. Here we show that nonopponent cone-cone interactions (L-cone, LMS, LMSR) have monophasic temporal response patterns whereas opponent signals (+L-M, S-cone) show biphasic response patterns with slower recovery. By comparison, rod-cone interactions with nonopponent signals have faster adaptation responses and reduced sensitivity loss whereas opponent rod-cone interactions are small or absent. Additionally, the rod-rod interaction differs from these interaction types and acts to increase rod sensitivity due to temporal summation but with a slower time course. The second experiment shows that the temporal profile of the rod signal alters the relative rod contributions to the three primary post-receptoral pathways. We demonstrate that rod signals generate luminance (þLþM) signals mediated via the MC pathway with all rod temporal profiles and chromatic signals (L/LþM, S/LþM) in both the PC and KC pathways with durations .75 ms. Thus, we propose that the change in relative weighting of rod signals within the post-receptoral pathways contributes to the sensitivity and temporal response of rod and cone pathway signaling and interactions.

Radiation-induced intercellular signaling mediated by cytochrome-c via a p53-dependent pathway in hepatoma cells

The tumor suppressor p53 has a crucial role in cellular response to DNA damage caused by ionizing radiation, but it is still unclear whether p53 can modulate radiation-induced bystander effects (RIBE). In the present work, three different hepatoma cell lines, namely HepG2 (wild p53), PLC/PRF/5 (mutation p53) and Hep3B (p53 null), were irradiated with c-rays and then co-cultured with normal Chang liver cell (wild p53) in order to elucidate the mechanisms of RIBE. Results showed that the radiosensitivity of HepG2 cells was higher than that of PLC/PRF/5 and Hep3B cells. Only irradiated HepG2 cells, rather than irradiated PLC/PRF/5 or Hep3B cells, could induce bystander effect of micronuclei (MN) formation in the neighboring Chang liver cells. When HepG2 cells were treated with 20 mu M pifithrin-alpha, an inhibitor of p53 function, or 5 lM cyclosporin A (CsA), an inhibitor of cytochrome- c release from mitochondria, the MN induction in bystander Chang liver cells was diminished. In fact, it was found that after irradiation, cytochrome- c was released from mitochondria into the cytoplasm only in HepG2 cells in a p53- dependent manner, but not in PLC/PRF/5 and Hep3B cells. Interestingly, when 50 lg/ml exogenous cytochrome- c was added into cell co- culture medium, RIBE was significantly triggered by irradiated PLC/PRF/5 and Hep3B cells, which previously failed to provoke a bystander effect. In addition, this exogenous cytochrome- c also partly recovered the RIBE induced by irradiated HepG2 cells even with CsA treatment. Our results provide new evidence that the RIBE can be modulated by the p53 status of irradiated hepatoma cells and that a p53- dependent release of cytochrome- c may be involved in the RIBE. Oncogene (2011) 30, 1947- 1955; doi: 10.1038/onc. 2010.567; published online 6 December 2010