Asymmetric cell division intersects with cell geometry : a method to extrapolate and quantify geometrical parameters of sensory organ precursors

La division cellulaire asymétrique (DCA) consiste en une division pendant laquelle des déterminants cellulaires sont distribués préférentiellement dans une des deux cellules filles. Par l’action de ces déterminants, la DCA générera donc deux cellules filles différentes. Ainsi, la DCA est importante pour générer la diversité cellulaire et pour maintenir l’homéostasie de certaines cellules souches. Pour induire une répartition asymétrique des déterminants cellulaires, le positionnement du fuseau mitotique doit être très bien contrôlé. Fréquemment ceci génère deux cellules filles de tailles différentes, car le fuseau mitotique n’est pas centré pendant la mitose, ce qui induit un positionnement asymétrique du sillon de clivage. Bien qu’un complexe impliquant des GTPases hétérotrimériques et des protéines liant les microtubules au cortex ait été impliqué directement dans le positionnement du fuseau mitotique, le mécanisme exact induisant le positionnement asymétrique du fuseau durant la DCA n'est pas encore compris. Des études récentes suggèrent qu’une régulation asymétrique du cytosquelette d’actine pourrait être responsable de ce positionnement asymétrique du faisceau mitotique. Donc, nous émettons l'hypothèse que des contractions asymétriques d’actine pendant la division cellulaire pourraient déplacer le fuseau mitotique et le sillon de clivage pour créer une asymétrie cellulaire. Nos résultats préliminaires ont démontré que le blebbing cortical, qui est une indication de tension corticale et de contraction, se produit préférentiellement dans la moitié antérieure de cellule précurseur d’organes sensoriels (SOP) pendant le stage de télophase. Nos données soutiennent l'idée que les petites GTPases de la famille Rho pourraient être impliqués dans la régulation du fuseau mitotique et ainsi contrôler la DCA des SOP. Les paramètres expérimentaux développés pour cette thèse, pour étudier la régulation de l’orientation et le positionnement du fuseau mitotique, ouvrirons de nouvelles avenues pour contrôler ce processus, ce qui pourrait être utile pour freiner la progression de cellules cancéreuses. Les résultats préliminaires de ce projet proposeront une manière dont les petites GTPases de la famille Rho peuvent être impliqués dans le contrôle de la division cellulaire asymétrique in vivo dans les SOP. Les modèles théoriques qui sont expliqués dans cette étude pourront servir à améliorer les méthodes quantitatives de biologie cellulaire de la DCA.

Rôles des protéines d’échafaudage Gab dans la signalisation et l’angiogenèse médiées par le VEGF

La protéine d’échafaudage Gab1 amplifie la signalisation de plusieurs récepteurs à fonction tyrosine kinase (RTK). Entre autres, elle promeut la signalisation du VEGFR2, un RTK essentiel à la médiation de l’angiogenèse via le VEGF dans les cellules endothéliales. En réponse au VEGF, Gab1 est phosphorylé sur tyrosine, ce qui résulte en la formation d’un complexe de protéines de signalisation impliqué dans le remodelage du cytosquelette d’actine et la migration des cellules endothéliales. Gab1 est un modulateur essentiel de l’angiogenèse in vitro et in vivo. Toutefois, malgré l’importance de Gab1 dans les cellules endothéliales, les mécanismes moléculaires impliqués dans la médiation de ses fonctions, demeurent mal définis et la participation du second membre de la famille, Gab2, reste inconnue. Dans un premier temps, nous avons démontré que tout comme Gab1, Gab2 est phosphorylé sur tyrosine, qu’il s’associe de façon similaire avec des protéines de signalisation et qu’il médie la migration des cellules endothéliales en réponse au VEGF. Cependant, contrairement à Gab1, Gab2 n’interagit pas avec le VEGFR2 et n’est pas essentiel pour l’activation d’Akt et la promotion de la survie cellulaire. En fait, nous avons constaté que l’expression de Gab2 atténue l’expression de Gab1 et l’activation de la signalisation médiée par le VEGF. Ainsi, Gab2 semble agir plutôt comme un régulateur négatif des signaux pro-angiogéniques induits par Gab1. La migration cellulaire est une des étapes cruciales de l’angiogenèse. Nous avons démontré que Gab1 médie l’activation de la GTPase Rac1 via la formation et la localisation d’un complexe protéique incluant la GEF VAV2, la p120Caténine et la Cortactine aux lamellipodes des cellules endothéliales en réponse au VEGF. De plus, nous montrons que l’assemblage de ce complexe corrèle avec la capacité du VEGF à induire l’invasion des cellules endothéliales et le bourgeonnement de capillaires, deux phénomènes essentiels au processus angiogénique. La régulation des RhoGTPases est également régulée par des inactivateurs spécifiques les « Rho GTPases activating proteins », ou GAPs. Nous décrivons ici pour la première fois le rôle de la GAP CdGAP dans les cellules endothéliales et démontrons son importance dans la médiation de la signalisation du VEGF via la phosphorylation sur tyrosine de Gab1 et l’activation des RhoGTPases Rac1 et Cdc42. Ainsi, dù à son importance sur l’activation de voies de signalisation du VEGF, CdGAP représente un régulateur crucial de la promotion de diverses activités biologiques essentielles à l’angiogenèse telles que la migration cellulaire, et le bourgeonnement de capillaires in vitro et d’aortes de souris ex vivo. De plus, les embryons de souris CdGAP KO présentent des hémorragies et de l’œdème, et ces défauts vasculaires pourraient être responsables de la mortalité de 44% des souris CdGAP knock-out attendues. Nos études amènent donc une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires induits par le VEGF et démontrent l’implication centrale de Gab1 et des régulateurs des RhoGTPases dans la promotion de l’angiogenèse. Cette meilleure compréhension pourrait mener à l’identification de nouvelles cibles ou approches thérapeutiques afin d’améliorer le traitement des patients souffrant de maladies associées à une néovascularisation incontrôlée telles que le cancer.

La petite GTPase Rab11 et ses interacteurs orchestrent la migration cellulaire collective et la cytocinèse chez la Drosophile

Le trafic vésiculaire permet un échange coordonné de molécules entre les différents organites de la cellule et dépend largement des petites GTPases de la famille des Rabs dont le nombre varie entre 27 chez la Drosophile et 70 chez l’Homme. Un des prochains défis consiste donc à élucider les mécanismes cellulaires qui coordonnent l’activité de ces Rabs, laquelle garantit un transport vésiculaire ordonné au sein de la cellule. Les Rabs agissent comme des interrupteurs moléculaires grâce à leur capacité à cycler entre un état actif et inactif. L’activité des Rabs est contrôlée par des protéines régulatrices puis des effecteurs en aval coordonnent leurs différentes fonctions. La petite GTPase Rab11 est essentielle au développement de plusieurs organismes incluant la Drosophile, C. elegans et la souris puisqu’elle se retrouve au cœur de différentes voies de transport. D’ailleurs, le trafic de molécules dépendant de Rab11 est perturbé dans plusieurs pathologies. Malgré son rôle central dans le trafic vésiculaire, la régulation de Rab11 reste peu comprise in vivo. Cette thèse se penche sur les mécanismes moléculaires contrôlant les fonctions de Rab11 et de ses effecteurs lors de la migration cellulaire collective et lors de la cytocinèse. Nous avons identifié Evi5 comme un nouvel acteur clé de la migration cellulaire collective, et nous montrons qu’elle possède une activité Rab11-GAP essentielle pour maintenir les récepteurs de guidance actifs de façon polarisée au front de migration. Nous avons ensuite déterminé que Rab11 régule la communication cellulaire lors de la migration collective par l’entremise de son interaction avec la Moésine. Une question reste toutefois en suspens : sachant que Rab11 compte plus de 13 effecteurs, quels sont les mécanismes assurant la spécificité de l’interaction entre cette GTPase et un effecteur particulier? Une partie de la réponse provient peut-être de nos observations que les membres des Rab11-FIPs de classe I, une famille d’effecteurs de Rab11, interagissent avec les protéines d’échafaudage 14-3-3. Chez la Drosophile, Rip11 est le seul représentant des Rab11-FIPs de classe I et nous montrons que Rip11 aurait des fonctions inattendues durant la cytocinèse qui seraient coordonnées par 14-3-3. Nos recherches permettent de dresser un portrait plus authentique des mécanismes moléculaires régulant les différentes fonctions de Rab11 et de ses effecteurs in vivo.

Role of Rab5 in synaptic vesicle recycling

During synaptic transmission, NT-filled synaptic vesicles are released by Ca2+-triggered exocytosis at the active zone. Following exocytosis, SV membrane is immediately re-internalized and synaptic vesicles (SVs) are regenerated by a local recycling mechanism within the presynaptic terminal. It is debated whether an endosomal compartment is involved in this recycling process. In contrast, it is well known from cultured mammalian cells, that endocytic vesicles fuse to the early sorting endosome. The early endosome is a major sorting station of the cell where cargo is send into the degradative pathway to late endosome and lysosome or towards recycling. Each trafficking step is mediated by a certain protein of the Rab family. Rab proteins are small GTPases belonging to the Ras superfamily. They accumulate at their target compartments and have thereby been used as markers for the different endocytic organelles in cultured mammalian cells. Rab5 controls trafficking from the PM to the early endosome and has thereby been used as marker for this compartment. A second marker is based on the specific binding of the FYVE zinc finger protein domain to the lipid PI(3)P that is specifically generated at the early endosomal membrane. This study used the Drosophila NMJ as a model system to investigate the SV recycling process. In particular, three questions were addressed: First, is an endosomal compartment present at the synapse? Second, do SVs recycle through an endosome? Third, is Rab5 involved in SV recycling? We used GFP fusions of Rab5 and 2xFYVE to visualize endosomal compartments at the presynaptic terminal of Drosophila third instar larval NMJs. Furthermore, the endosomes are located within the pool of recycling SVs, labeled with the styryl-dye FM5-95. Using the temperature-sensitive mutation in Dynamin, shibirets, we showed that SV recycling involves trafficking through an intermediate endosomal compartment. In cultured mammalian cells, interfering with Rab5 function by expressing the dominant negative version, Rab5SN causes the fragmentation of the endosome and the accumulation of endocytic vesicles. In contrast, when Rab5 is overexpressed enlarged endosomal compartments were observed. In Drosophila, the endosomal compartment was disrupted when loss of function and dominant negative mutants of Rab5 were expressed. In addition, at the ultrastructural we observed an accumulation of endocytic vesicles in Rab5S43N expressing terminals and enlarged endosomes when Rab5 was overexpressed. Furthermore, interfering with Rab5 function using the dominant negative Rab5S43N caused a decrease in the SV recycling kinetics as shown by FM1-43 experiments. In contrast, overexpression of Rab5 or GFP-Rab5 caused an increase in the FM1-43 internalization rate. Finally, standard electrophysiological techniques were used to measure synaptic function. We found that the Rab5-mediated endosomal SV recycling pathway generates vesicles with a higher fusion efficacy during Ca2+-triggered release, compared to SVs recycled when Rab5 function was impaired. We therefore suggest a model in which the endosome serves as organelle to control the SV fusion efficacy and thereby the synaptic strength. Since changes in the synaptic strength are occuring during learning and memory processes, controlling endosomal SV recycling might be a new molecular mechanism involved in learning and memory.

A "Trojan horse" strategy to reverse drug-resistance in brain tumors

Los gliomas malignos representan una de las formas más agresivas de los tumores del sistema nervioso central (SNC). De acuerdo con la clasificación de los tumores cerebrales de la Organización Mundial de la Salud (OMS), los astrocitomas han sido categorizados en cuatro grados, determinados por la patología subyacente. Es así como los gliomas malignos (o de alto grado) incluyen el glioma anaplásico (grado III) así como el glioblastoma multiforme (GBM, grado IV),estos últimos los más agresivos con el peor pronóstico (1). El manejo terapéutico de los tumores del SNC se basa en la cirugía, la radioterapia y la quimioterapia, dependiendo de las características del tumor, el estadio clínico y la edad (2),(3), sin embargo ninguno de los tratamientos estándar es completamente seguro y compatible con una calidad de vida aceptable (3), (4). En general, la quimioterapia es la primera opción en los tumores diseminados, como el glioblastoma invasivo y el meduloblastoma de alto riesgo o con metástasis múltiple, pero el pronóstico en estos pacientes es muy pobre (2),(3). Solamente nuevas terapias dirigidas (2) como las terapias anti-angiogénicas (4); o terapias génicas muestran un beneficio real en grupos limitados de pacientes con defectos moleculares específicos conocidos (4). De este modo, se hace necesario el desarrollo de nuevas terapias farmacológicas para atacar los tumores cerebrales. Frente a las terapias los gliomas malignos son con frecuencia quimioresistentes, y esta resistencia parece depender de al menos dos mecanismos: en primer lugar, la pobre penetración de muchas drogas anticáncer a través de la barrera hematoencefálica (BBB: Blood Brain Barrier), la barrera del fluido sangre-cerebroespinal (BCSFB: Blood-cerebrospinal fluid barrier) y la barrera sangre-tumor (BTB: blood-tumor barrier). Dicha resistencia se debe a la interacción de la droga con varios transportadores o bombas de eflujo de droga ABC (ABC: ATP-binding cassette) que se sobre expresan en las células endoteliales o epiteliales de estas barreras. En segundo lugar, estos transportadores de eflujo de drogas ABC propios de las células tumorales confieren un fenotipo conocido como resistencia a multidrogas (MDR: multidrug resistance), el cual es característico de varios tumores sólidos. Este fenotipo también está presente en los tumores del SNC y su papel en gliomas es objeto de investigación (5). Por consiguiente el suministro de medicamentos a través de la BBB es uno de los problemas vitales en los tratamientos de terapia dirigida. Estudios recientes han demostrado que algunas moléculas pequeñas utilizadas en estas terapias son sustratos de la glicoproteína P (Pgp: P-gycoprotein), así como también de otras bombas de eflujo como las proteínas relacionadas con la resistencia a multidrogas (MRPs: multidrug resistance-related proteins (MRPs) o la proteína relacionada con cáncer de seno (BCRP: breast-cancer resistance related protein)) que no permiten que las drogas de este tipo alcancen el tumor (1). Un sustrato de Pgp y BCRP es la DOXOrubicina (DOXO), un fármaco utilizado en la terapia anti cáncer, el cual es muy eficaz para atacar las células del tumor cerebral in vitro, pero con un uso clínico limitado por la poca entrega a través de la barrera hematoencefálica (BBB) y por la resistencia propia de los tumores. Por otra parte las células de BBB y las células del tumor cerebral tienen también proteínas superficiales, como el receptor de la lipoproteína de baja densidad (LDLR), que podría utilizarse como blanco terapéutico en BBB y tumores cerebrales. Es asi como la importancia de este estudio se basa en la generación de estrategias terapéuticas que promuevan el paso de las drogas a través de la barrera hematoencefalica y tumoral, y a su vez, se reconozcan mecanismos celulares que induzcan el incremento en la expresión de los transportadores ABC, de manera que puedan ser utilizados como blancos terapéuticos.Este estudio demostró que el uso de una nueva estrategia basada en el “Caballo de Troya”, donde se combina la droga DOXOrubicina, la cual es introducida dentro de un liposoma, salvaguarda la droga de manera que se evita su reconocimiento por parte de los transportadores ABC tanto de la BBB como de las células del tumor. La construcción del liposoma permitió utilizar el receptor LDLR de las células asegurando la entrada a través de la BBB y hacia las células tumorales a través de un proceso de endocitosis. Este mecanismo fue asociado al uso de estatinas o drogas anticolesterol las cuales favorecieron la expresión de LDLR y disminuyeron la actividad de los transportadores ABC por nitración de los mismos, incrementando la eficiencia de nuestro Caballo de Troya. Por consiguiente demostramos que el uso de una nueva estrategia o formulación denominada ApolipoDOXO más el uso de estatinas favorece la administración de fármacos a través de la BBB, venciendo la resistencia del tumor y reduciendo los efectos colaterales dosis dependiente de la DOXOrubicina. Además esta estrategia del "Caballo de Troya", es un nuevo enfoque terapéutico que puede ser considerado como una nueva estrategia para aumentar la eficacia de diferentes fármacos en varios tumores cerebrales y garantiza una alta eficiencia incluso en un medio hipóxico,característico de las células cancerosas, donde la expresión del transportador Pgp se vió aumentada. Teniendo en cuenta la relación entre algunas vías de señalización reconocidas como moduladores de la actividad de Pgp, este estudio presenta no solo la estrategia del Caballo de Troya, sino también otra propuesta terapéutica relacionada con el uso de Temozolomide más DOXOrubicina. Esta estrategia demostró que el temozolomide logra penetrar la BBB por que interviene en la via de señalización de la Wnt/GSK3/β-catenina, la cual modula la expresión del transportador Pgp. Se demostró que el TMZ disminuye la proteína y el mRNA de Wnt3 permitiendo plantear la hipótesis de que la droga al disminuir la transcripción del gen Wnt3 en células de BBB, incrementa la activación de la vía fosforilando la β-catenina y conduciendo a disminuir la β-catenina nuclear y por tanto su unión al promotor del gen mdr1. Con base en los resultados este estudio permitió el reconocimiento de tres mecanismos básicos relacionados con la expresión de los transportadores ABC y asociados a las estrategias empleadas: el primero fue el uso de las estatinas, el cual condujo a la nitración de los transportadores disminuyendo su actividad por la via del factor de transcripción NFκB; el segundo a partir del uso del temozolomide, el cual metila el gen de Wnt3 reduciendo la actividad de la via de señalización de la la β-catenina, disminuyendo la expresión del transportador Pgp. El tercero consistió en la determinación de la relación entre el eje RhoA/RhoA quinasa como un modulador de la via (no canónica) GSK3/β-catenina. Se demostró que la proteína quinasa RhoA promovió la activación de la proteína PTB1, la cual al fosforilar a GSK3 indujo la fosforilación de la β-catenina, lo cual dio lugar a su destrucción por el proteosoma, evitando su unión al promotor del gen mdr1 y por tanto reduciendo su expresión. En conclusión las estrategias propuestas en este trabajo incrementaron la citotoxicidad de las células tumorales al aumentar la permeabilidad no solo de la barrera hematoencefálica, sino también de la propia barrera tumoral. Igualmente, la estrategia del “Caballo de Troya” podría ser útil para la terapia de otras enfermedades asociadas al sistema nervioso central. Por otra parte estos estudios indican que el reconocimiento de mecanismos asociados a la expresión de los transportadores ABC podría constituir una herramienta clave en el desarrollo de nuevas terapias anticáncer.

No impact of malaria infection or immunisation on the expression of the immune GTPase GIMAP1 at the protein or mRNA levels (Article no. 53)

GIMAP (GTPase of the immunity-associated protein family) proteins are a family of putative GTPases believed to be regulators of cell death in lymphomyeloid cells. GIMAP1 was the first reported member of this gene family, identified as a gene up-regulated at the RNA level in the spleens of mice infected with the malarial parasite, Plasmodium chabaudi. Methods A monoclonal antibody against mouse GIMAP1 was developed and was used to analyse the expression of the endogenous protein in tissues of normal mice and in defined sub-populations of cells prepared from lymphoid tissues using flow cytometry. It was also used to assess the expression of GIMAP1 protein after infection and/or immunization of mice with P. chabaudi. Real-time PCR analysis was employed to measure the expression of GIMAP1 for comparison with the protein level analysis. Results GIMAP1 protein expression was detected in all lineages of lymphocytes (T, B, NK), in F4/80+ splenic macrophages and in some lymphoid cell lines. Additional evidence is presented suggesting that the strong expression by mature B cells of GIMAP1 and other GIMAP genes and proteins seen in mice may be a species-dependent characteristic. Unexpectedly, no increase was found in the expression of GIMAP1 in P. chabaudi infected mice at either the mRNA or protein level, and this remained so despite applying a number of variations to the protocol. Conclusion The model of up-regulation of GIMAP1 in response to infection/immunization with P. chabaudi is not a robustly reproducible experimental system. The GIMAP1 protein is widely expressed in lymphoid cells, with an interesting increase in expression in the later stages of B cell development. Alternative approaches will be required to define the functional role of this GTPase in immune cells.

Structure of the ROC domain from the Parkinson's disease-associated leucine-rich repeat kinase 2 reveals a dimeric GTPase

Mutations in leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) are the most common cause of Parkinson's disease (PD). LRRK2 contains a Ras of complex proteins (ROC) domain that may act as a GTPase to regulate its protein kinase activity. The structure of ROC and the mechanism(s) by which it regulates kinase activity are not known. Here, we report the crystal structure of the LRRK2 ROC domain in complex with GDP-Mg2+ at 2.0-Å resolution. The structure displays a dimeric fold generated by extensive domain-swapping, resulting in a pair of active sites constructed with essential functional groups contributed from both monomers. Two PD-associated pathogenic residues, R1441 and I1371, are located at the interface of two monomers and provide exquisite interactions to stabilize the ROC dimer. The structure demonstrates that loss of stabilizing forces in the ROC dimer is likely related to decreased GTPase activity resulting from mutations at these sites. Our data suggest that the ROC domain may regulate LRRK2 kinase activity as a dimer, possibly via the C-terminal of ROC (COR) domain as a molecular hinge. The structure of the LRRK2 ROC domain also represents a signature from a previously undescribed class of GTPases from complex proteins and results may provide a unique molecular target for therapeutics in PD.

The R1441C mutation alters the folding properties of the ROC domain of LRRK2

LRRK2 is a 250 kDa multidomain protein, mutations in which cause familial Parkinson's disease. Previously, we have demonstrated that the R1441C mutation in the ROC domain decreases GTPase activity. Here we show that the R1441C alters the folding properties of the ROC domain, lowering its thermodynamic stability. Similar to small GTPases, binding of different guanosine nucleotides alters the stability of the ROC domain, suggesting that there is an alteration in conformation dependent on GDP or GTP occupying the active site. GTP/GDP bound state also alters the self-interaction of the ROC domain, accentuating the impact of the R1441C mutation on this property. These data suggest a mechanism whereby the R1441C mutation can reduce the GTPase activity of LRRK2, and highlights the possibility of targeting the stability of the ROC domain as a therapeutic avenue in LRRK2 disease.

Rap1-Rac1 circuits potentiate platelet activation.

OBJECTIVE: The goal of this study was to investigate the potential crosstalk between Rap1 and Rac1, 2 small GTPases central to platelet activation, particularly downstream of the collagen receptor GPVI. METHODS AND RESULTS: We compared the activation response of platelets with impaired Rap signaling (double knock-out; deficient in both the guanine nucleotide exchange factor, CalDAG-GEFI, and the Gi-coupled receptor for ADP, P2Y12), to that of wild-type platelets treated with a small-molecule Rac inhibitor, EHT 1864 (wild-type /EHT). We found that Rac1 is sequentially activated downstream of Rap1 on stimulation via GPVI. In return, Rac1 provides important feedback for both CalDAG-GEFI- and P2Y12-dependent activation of Rap1. When analyzing platelet responses controlled by Rac1, we observed (1) impaired lamellipodia formation, clot retraction, and granule release in both double knock-out and EHT 1864-treated wild-type platelets; and (2) reduced calcium store release in EHT 1864-treated wild-type but not double knock-out platelets. Consistent with the latter finding, we identified 2 pools of Rac1, one activated immediately downstream of GPVI and 1 activated downstream of Rap1. CONCLUSIONS: We demonstrate important crosstalk between Rap1 and Rac1 downstream of GPVI. Whereas Rap1 signaling directly controls sustained Rac1 activation, Rac1 affects CalDAG-GEFI- and P2Y12-dependent Rap1 activation via its role in calcium mobilization and granule/ADP release, respectively.

Carpenter Syndrome: Extended RAB23 Mutation Spectrum and Analysis of Nonsense-mediated mRNA Decay

Carpenter syndrome, a rare autosomal recessive disorder characterized by a combination of craniosynostosis, polysyndactyly, obesity, and other congenital malformations, is caused by mutations in RAB23, encoding a member of the Rab-family of small GTPases. In 15 out of 16 families previously reported, the disease was caused by homozygosity for truncating mutations, and currently only a single missense mutation has been identified in a compound heterozygote. Here, we describe a further 8 independent families comprising 10 affected individuals with Carpenter syndrome, who were positive for mutations in RAB23. We report the first homozygous missense mutation and in-frame deletion, highlighting key residues for RAB23 function, as well as the first splice-site mutation. Multi-suture craniosynostosis and polysyndactyly have been present in all patients described to date, and abnormal external genitalia have been universal in boys. High birth weight was not evident in the current group of patients, but further evidence for laterality defects is reported. No genotype-phenotype correlations are apparent. We provide experimental evidence that transcripts encoding truncating mutations are subject to nonsense-mediated decay, and that this plays an important role in the pathogenesis of many RAB23 mutations. These observations refine the phenotypic spectrum of Carpenter syndrome and offer new insights into molecular pathogenesis. (C) 2011 Wiley-Liss, Inc.

Rho Signaling Pathway and Apical Constriction in the Early Lens Placode

Epithelial invagination in many model systems is driven by apical cell constriction, mediated by actin and myosin II contraction regulated by GTPase activity. Here we investigate apical constriction during chick lens placode invagination. Inhibition of actin polymerization and myosin II activity by cytochalasin D or blebbistatin prevents lens invagination. To further verify if lens placode invaginate through apical constriction, we analyzed the role of Rho-ROCK pathway. Rho GTPases expression at the apical portion of the lens placode occurs with the same dynamics as that of the cytoskeleton. Overexpression of the pan-Rho inhibitor C3 exotoxin abolished invagination and had a strong effect on apical myosin II enrichment and a mild effect on apical actin localization. In contrast, pharmacological inhibition of ROCK activity interfered significantly with apical enrichment of both actin and myosin. These results suggest that apical constriction in lens invagination involves ROCK but apical concentration of actin and myosin are regulated through different pathways upstream of ROCK. genesis 49: 368-379, 2011. (C) 2011 Wiley-Liss, Inc.

Jararhagin, a snake venom metalloprotease-disintegrin, activates the Rac1 GTPase and stimulates neurite outgrowth in neuroblastoma cells

It has been shown previously that the snake venom metalloprotease-disintegrin jararhagin stimulates cell migration and cytoskeletal rearrangement, independently of its effects on cellular adhesion but possibly associated with the activation of small GTP-binding proteins from the Rho family [Costa, E.P., Santos, M.F., 2004. Toxicon 44(8), 861-870.] Here we show that jararhagin stimulates spreading, actin dynamics and neurite outgrowth in neuroblastoma cells, and that this effect is accompanied by the translocation of the Rac1 small GTPase to the membrane fraction, suggesting its activation. Stimulation of neurite outgrowth was observed within minutes and was dependent on the proteolytic activity of the toxin. These results suggest that jararhagin may stimulate neuronal differentiation, being potential tool for neuronal regeneration studies. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Role of phospholipase A(2) and tyrosine kinase in Clostridium difficile toxin A-induced disruption of epithelial integrity, histologic inflammatory damage and intestinal secretion

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Transcription profiling of signal transduction-related genes in sugarcane tissues

A collection of 237,954 sugarcane ESTs was examined in search of signal transduction genes. Over 3,500 components involved in several aspects of signal transduction, transcription, development, cell cycle, stress responses and pathogen interaction were compiled into the Sugarcane Signal Transduction (SUCAST) Catalogue. Sequence comparisons and protein domain analysis revealed 477 receptors, 510 protein kinases, 107 protein phosphatases, 75 small GTPases, 17 G-proteins, 114 calcium and inositol metabolism proteins, and over 600 transcription factors. The elements were distributed into 29 main categories subdivided into 409 sub-categories. Genes with no matches in the public databases and of unknown function were also catalogued. A cDNA microarray was constructed to profile individual variation of plants cultivated in the field and transcript abundance in six plant organs (flowers, roots, leaves, lateral buds, and 1(st) and 4(th) internodes). From 1280 distinct elements analyzed, 217 (17%) presented differential expression in two biological samples of at least one of the tissues tested. A total of 153 genes (12%) presented highly similar expression levels in all tissues. A virtual profile matrix was constructed and the expression profiles were validated by real-time PCR. The expression data presented can aid in assigning function for the sugarcane genes and be useful for promoter characterization of this and other economically important grasses.

Cloning, overexpression, and purification of functional human purine nucleoside phosphorylase

Purine nucleoside phosphorylase (PNP) catalyzes the phosphorolysis of the N-ribosidic bonds of purine nucleosides and deoxynucleosides. A genetic deficiency due to mutations in the gene encoding for human PNP causes T-cell deficiency as the major physiological defect. Inappropriate activation of T-cells has been implicated in several clinically relevant human conditions such as transplant tissue rejection, psoriasis, rheumatoid arthritis, lupus, and T-cell lymphomas. Human PNP is therefore a target for inhibitor development aiming at T-cell immune response modulation. In addition, bacterial PNP has been used as reactant in a fast and sensitive spectrophotometric method that allows both quantitation of inorganic phosphate (Pi) and continuous assay of reactions that generate P i such as those catalyzed by ATPases and GTPases. Human PNP may therefore be an important biotechnological tool for P i detection. However, low expression of human PNP in bacterial hosts, protein purification protocols involving many steps, and low protein yields represent technical obstacles to be overcome if human PNP is to be used in either high-throughput drug screening or as a reagent in an affordable P i detection method. Here, we describe PCR amplification of human PNP from a liver cDNA library, cloning, expression in Escherichia coli host, purification, and activity measurement of homogeneous enzyme. Human PNP represented approximately 42% of total soluble cell proteins with no induction being necessary to express the target protein. Enzyme activity measurements demonstrated a 707-fold increase in specific activity of cloned human PNP as compared to control. Purification of cloned human PNP was achieved by a two-step purification protocol, yielding 48 mg homogeneous enzyme from 1 L cell culture, with a specific activity value of 80 U mg -1. © 2002 Elsevier Science (USA). All rights reserved.