The Caenorhabditis elegans hif-1 gene encodes a bHLH-PAS protein that is required for adaptation to hypoxia

Hypoxia-inducible factor, a heterodimeric transcription complex, regulates cellular and systemic responses to low oxygen levels (hypoxia) during normal mammalian development or tumor progression. Here, we present evidence that a similar complex mediates response to hypoxia in Caenorhabditis elegans. This complex consists of HIF-1 and AHA-1, which are encoded by C. elegans homologs of the hypoxia-inducible factor (HIF) α and β subunits, respectively. hif-1 mutants exhibit no severe defects under standard laboratory conditions, but they are unable to adapt to hypoxia. Although wild-type animals can survive and reproduce in 1% oxygen, the majority of hif-1-defective animals die in these conditions. We show that the expression of an HIF-1:green fluorescent protein fusion protein is induced by hypoxia and is subsequently reduced upon reoxygenation. Both hif-1 and aha-1 are expressed in most cell types, and the gene products can be coimmunoprecipitated. We conclude that the mechanisms of hypoxia signaling are likely conserved among metazoans. Additionally, we find that nuclear localization of AHA-1 is disrupted in an hif-1 mutant. This finding suggests that heterodimerization may be a prerequisite for efficient nuclear translocation of AHA-1.

Calmodulin controls adaptation of mechanoelectrical transduction by hair cells of the bullfrog's sacculus.

Deflection of the mechanically sensitive hair bundle atop a hair cell opens transduction channels, some of which subsequently reclose during a Ca2+-dependent adaptation process. Myosin I in the hair bundle is thought to mediate this adaptation; in the bullfrog's hair cell, the relevant isozyme may be the 119-kDa amphibian myosin I beta. Because this molecule resembles other forms of myosin I, we hypothesized that calmodulin, a cytoplasmic receptor for Ca2+, regulates the ATPase activity of myosin. We identified an approximately 120-kDa calmodulin-binding protein that shares with hair-bundle myosin I the properties of being photolabeled by vanadate-trapped uridine nucleotides and immunoreactive with a monoclonal antibody raised against mammalian myosin I beta. To investigate the possibility that calmodulin mediates Ca2+-dependent adaptation, we inhibited calmodulin action and measured the results with two distinct assays. Calmodulin antagonists increased photolabeling of hair-bundle myosin I by nucleotides. In addition, when introduced into hair cells through recording electrodes, calmodulin antagonists abolished adaptation to sustained mechanical stimuli. Our evidence indicates that calmodulin binds to and controls the activity of hair-bundle myosin I, the putative adaptation motor.

Smoothness within ruggedness: the role of neutrality in adaptation.

RNA secondary structure folding algorithms predict the existence of connected networks of RNA sequences with identical structure. On such networks, evolving populations split into subpopulations, which diffuse independently in sequence space. This demands a distinction between two mutation thresholds: one at which genotypic information is lost and one at which phenotypic information is lost. In between, diffusion enables the search of vast areas in genotype space while still preserving the dominant phenotype. By this dynamic the success of phenotypic adaptation becomes much less sensitive to the initial conditions in genotype space.

Adaptation of Spodoptera exigua larvae to plant proteinase inhibitors by induction of gut proteinase activity insensitive to inhibition.

Tobacco plants were transformed with a cDNA clone of chymotrypsin/trypsin-specific potato proteinase inhibitor II (PI2) under the control of a constitutive promoter. Although considerable levels of transgene expression could be demonstrated, the growth of Spodoptera exigua larvae fed with detached leaves of PI2-expressing plants was not affected. Analysis of the composition of tryptic gut activity demonstrated that only 18% of the proteinase activity of insects reared on these transgenic plants was sensitive to inhibition by PI2, whereas 78% was sensitive in insects reared on control plants. Larvae had compensated for this loss of tryptic activity by a 2.5-fold induction of new activity that was insensitive to inhibition by PI2. PI2-insensitive proteolytic activity was also induced in response to endogenous proteinase inhibitors of tobacco; therefore, induction of such proteinase activity may represent the mechanism by which insects that feed on plants overcome plant proteinase inhibitor defense.

Cultural variation in Africa: role of mechanisms of transmission and adaptation.

Cultural inheritance can be considered as a mechanism of adaptation made possible by communication, which has reached its greatest development in humans and can allow long-term conservation or rapid change of culturally transmissible traits depending on circumstances and needs. Conservativeness/flexibility is largely modulated by mechanisms of sociocultural transmission. An analysis was carried out by testing the fit of three models to 47 cultural traits (classified in six groups) in 277 African societies. Model A (demic diffusion) is conservation over generations, as shown by correlations of cultural traits with language, used as a measure of historical connection. Model B (environmental adaptation) is measured by correlation to the natural environment. Model C (cultural diffusion) is the spread to neighbors by social contact in an epidemic-like fashion and was tested by measuring the tightness of geographic clustering of the traits. Most traits examined, in particular those affecting family structure and kinship, showed great conservation over generations, as shown by the fit of model A. They are most probably transmitted by family members. This is in agreement with the theoretical demonstration that cultural transmission in the family (vertical) is the most conservative one. Some traits show environmental effects, indicating the importance of adaptation to physical environment. Only a few of the 47 traits showed tight geographic clustering indicating that their spread to nearest neighbors follows model C, as is usually the case for transmission among unrelated people (called horizontal transmission).

Identification and characterization of periplasmic proteins implicated in the adaptation of Helicobacter pylori to the human gastric niche

Helicobacter pylori è un batterio Gram-negativo in grado di colonizzare la mucosa gastrica umana e persistere per l'intero arco della vita dell'ospite. E' associato a patologie gastrointestinali, quali gastrite cronica, ulcere gastriche e duodenali, adenocarcinomi e linfomi gastrici. Si tratta di uno dei patogeni più diffusi, presente in circa metà della popolazione mondiale, e il solo che si è adattato a vivere nell'ambiente ostile dello stomaco umano. Molteplici sono i fattori di virulenza che permettono al batterio la colonizzazione della nicchia gastrica e contribuiscono, anche attraverso l' induzione di una risposta infiammatoria, a profonde modificazioni dell' omeostasi gastrica. Queste ultime si associano, ad esempio, all'iperproduzione di fattori proinfiammatori, ad alterazioni sia della regolazione della secrezione acida gastrica sia del ciclo cellulare e della morte cellulare programmata (apoptosi) delle cellule epiteliali gastriche, a disordini nel metabolismo del ferro e a carenze di elementi essenziali. Studi sulla diversità genetica di H. pylori osservata in ceppi isolati da varie regioni del mondo, dimostrano che tale batterio ha avuto una coevoluzione col genere umano attraverso la storia, ed è verosimile che H. pylori sia stato un costituente del microbiota gastrico per almeno 50.000 anni. Scopo della tesi è stato quello di identificare e caratterizzare proteine importanti per la colonizzazione e l'adattamento di H. pylori alla nicchia gastrica. In particolare gli sforzi si sono concentrati su due proteine periplasmatiche, la prima coinvolta nella difesa antiossidante (l'enzima catalasi-like, HP0485), e la seconda nel trasporto di nutrienti presenti nell'ambiente dello stomaco all'interno della cellula (la componente solubile di un ABC transporter, HP0298). La strategia utilizzata prevede un'analisi bioinformatica preliminare, l'ottenimento del gene per amplificazione, mediante PCR, dal genoma dell'organismo, la costruzione di un vettore per il clonaggio, l'espressione eterologa in E. coli e la successiva purificazione. La proteina così ottenuta viene caratterizzata mediante diverse tecniche, quali spettroscopia UV, dicroismo circolare, gel filtrazione analitica, spettrometria di massa. Il capitolo 1 contiene un'introduzione generale sul batterio, il capitolo 2 e il capitolo 3 descrivono gli studi relativi alle due proteine e sono entrambi suddivisi in un abstract iniziale, un'introduzione, la presentazione dei risultati, la discussione di questi ultimi, i materiali e i metodi utilizzati. La catalasi-like (HP0485) è una proteina periplasmatica con struttura monomerica, appartenente ad una famiglia di enzimi a funzione per la maggior parte sconosciuta, ma evolutivamente correlati alla ben nota catalasi, attore fondamentale nella difesa di H. pylori, grazie alla sua azione specifica di rimozione dell'acqua ossigenata. HP0485, pur conservando il fold catalasico e il legame al cofattore eme, non può compiere la reazione di dismutazione dell'acqua ossigenata; possiede invece un'attività perossidasica ad ampio spettro, essendo in grado di accoppiare la riduzione del perossido di idrogeno all'ossidazione di diversi substrati. Come la catalasi, lavora ad alte concentrazioni di aqua ossigenata e non arriva a saturazione a concentrazioni molto elevate di questo substrato (200 mM); la velocità di reazione catalizzata rimane lineare anche a questi valori, aspetto che la differenzia dalle perossidasi che vengono in genere inattivate da concentrazioni di perossido di idrogeno superiori a 10-50 mM. Queste caratteristiche di versatilità e robustezza suggeriscono che la catalasi-like abbia un ruolo di scavenger dell'acqua ossigenata e probabilmente anche un'altra funzione connessa al suo secondo substrato, ossia l'ossidazione di composti nello spazio periplasmatico cellulare. Oltre alla caratterizzazione dell'attività è descritta anche la presenza di un ponte disolfuro, conservato nelle catalasi-like periplasmatiche, con un ruolo nell'assemblaggio dell'eme per ottenere un enzima attivo e funzionale. La proteina periplasmatica HP0298, componente di un sistema di trasporto ABC, è classificata come trasportatore di dipeptidi e appartiene a una famiglia di proteine in grado di legare diversi substrati, tra cui di- e oligopeptidi, nichel, eme, glutatione. Benchè tutte associate a trasportatori di membrana batterici, queste proteine presentano un dominio di legame al substrato che risulta essere conservato nei domini extracellulari di recettori specifici di mammifero e uomo. Un esempio sono i recettori ionotropici e metabotropici del sistema nervoso. Per caratterizzare questa proteina è stato messo a punto un protocollo di ligand-fishing accoppiato alla spettrometria di massa. La proteina purificata, avente un tag di istidine, è stata incubata con un estratto cellulare di H. pylori per poter interagire con il suo substrato specifico all'interno dell'ambiente naturale in cui avviene il legame. Il complesso proteina-ligando è stato poi purificato per cromatografia di affinità e analizzato mediante HPLC-MS. L'identificazione dei picchi differenziali tra campioni con la proteina e 5 campioni di controllo ha portato alla caratterizzazione di pentapeptidi particolarmente ricchi in aminoacidi idrofobici e con almeno un residuo carico negativamente. Considerando che H. pylori necessita di alcuni aminoacidi essenziali, per la maggior parte idrofobici, e che lo stomaco umano è particolarmente ricco di peptidi prodotti dalla digestione delle proteine introdotte con il cibo, il ruolo fisiologico di HP0298 potrebbe essere l'internalizzazione di peptidi, con caratteristiche specifiche di lunghezza e composizione, che sono naturalmente presenti nella nicchia gastrica.

Providing Bereavement Counseling to Chinese Americans: A Cultural Adaptation of a Western Grief Counseling Model.

The aim of this paper is to extend the existing literature and propose an alternative perspective on bereavement counseling with Chinese Americans. This aim is achieved by integrating William Worden's (2009) grief counseling model with several cultural components that are relevant to counseling with Chinese Americans, including: (a) the barriers to seeking counseling, (b) the clinical presentations of Asian Americans, (c) the common coping styles among Asian Americans, (d) the major Chinese religions and philosophies, and (e) the bereavement-related cultural practices. The corresponding treatment recommendations will be explored following the discussion of each cultural element. Finally, a culturally responsive grief counseling model for Chinese Americans will be proposed in the last section, along with a discussion of important caveats.