Sistema informàtic de gestió, processament i anàlisi d'imatges confocals per a l'ajuda en la diagnosi del càncer de pell

El càncer de pell es considera un dels tipus de càncer més freqüents actualment, entre d'altres factors degut a l'augment en l'exposició a la radiació ultraviolada (UV). Recentment la utilització de la Microscòpia Confocal (MCF) per a l'avaluació i diagnosi del càncer de pell ha rebut un important interès. El principal avantatge és la capacitat de visualitzar en temps real la regió d'interès a nivell cel·lular, similar a la informació obtinguda en una biòpsia, sense el patiment que suposa per al pacient. El principal inconvenient però, és que les imatges obtingudes amb MCF són difícils d'interpretar per als metges en el format actual (conjunt de talls 2D a diferents profunditats de la pell). El microscopi confocal és una de les tècniques més actuals de diagnòstic, i s'ha establert com a una eina per obtenir imatges d'alta resolució i reconstruccions 3-D d'una gran varietat de mostres biològiques. És capaç d'escombrar diferents plans en l'eix Z, obtenint imatges 2D de diferent profunditat juntament amb la informació dels paràmetres de captura (com ara la profunditat, potència del làser, posicionament en x,y,z, etc). Mitjançant eines informàtiques es pot integrar aquesta informació en un model 3D de la regió d'interès. L'objectiu principal d'aquest projecte és el desenvolupament d'una eina per a l'ajuda en la interpretació de les imatges MCF i així poder millorar el diagnosi del càncer de pell

Producció i caracterització de variants de la ribonucleasa pancreàtica humana dissenyades per a adquirir propietats citotòxiques

Amb la finalitat d'aprofundir en les bases moleculars de la citotoxicitat de les ribonucleases pancreàtiques, es van construir variants derivades de l'HP-RNasa seguint dues estratègies. En la primera, es van generar variants de l'enzim resistents a l'acció de l'inhibidor proteic de les ribonucleases (hRI), substituint residus implicats en la interfície de contacte entre la ribonucleasa i l'hRI. En la segona, es va addicionar el motiu RGD en regions de superfície de la proteïna implicades en la formació del complex amb l'hRI, a fi de promoure la seva interacció amb la membrana plasmàtica de les cèl·lules i a la vegada disminuir l'afinitat de les variants per l'hRI. Es va comprovar que només les variants portadores de substitucions múltiples adquirien la capacitat de resistència a l'hRI. L'estudi del percentatge d'inhibició de la síntesi proteica en cèl·lules incubades amb cadascuna de les variants va mostrar que només dues de les variants construïdes havien adquirit propietats citotòxiques. La citotoxicitat més elevada la va presentar una variant que no era resistent a l'hRI, amb valors que eren només entre 5 i 15 vegades inferiors als de l'onconasa. Aquest resultat demostrà que la sensibilitat a l'hRI no és necessàriament un paràmetre limitant per a la citotoxicitat de les ribonucleases. Cap de les variants que incorporava un motiu RGD presentà citotoxicitat, evidenciant que aquest motiu no és efectiu a fi de dotar les ribonucleases pancreàtiques de propietats citotòxiques. Es van estudiar les bases moleculars de la citotoxicitat de la variant més citotòxica. En primer lloc, l'anàlisi de la internalització per marcatge radioactiu d'aquesta variant en relació amb l'onconasa i amb altres variants de l'HP-RNasa no citotòxiques, va posar en evidència que només l'onconasa era internalitzada eficientment. Es descartava així la possibilitat que l'acció citotòxica de l'enzim estudiat fos conseqüència d'una major eficiència d'endocitosi. També es va comprovar que l'addició del motiu RGD no era capaç de promoure la internalització de les proteïnes amb més eficàcia. Per microscòpia confocal de fluorescència, les variants humanes només es van començar a detectar a l'interior de la cèl·lula a partir de les 24 h d'incubació. Totes les variants generades van presentar una eficiència catalítica superior al 50 % de l'activitat de la seva proteïna parental, PM5, indicant que probablement l'estructura del centre actiu no havia estat afectada de manera dràstica per les substitucions introduïdes. No obstant, en tots els casos es va produir una disminució en la termoestabilitat respecte a PM5. Aquest resultat indicà que la correlació descrita a la bibliografia entre l'increment de termoestabilitat i l'increment de citotoxicitat per les ribonucleases no sempre es compleix. Per microscòpia confocal es va comprovar que tant la proteïna més citotòxica, com una variant no citotòxica resistent a l'hRI, així com la proteïna parental, seguien la via de degradació lisosomal. Aquesta ruta de trànsit no va ser afectada per l'addició de drogues que alteren les vies de trànsit retrògrad (monensina i brefeldina A), però sí per l'addició de la bafilomicina A1, una droga que neutralitza el pH endosomal i que va actuar alentint el trànsit de les proteïnes als lisosomes. D'acord amb aquests resultats, els valors de citotoxicitat de les variants es van incrementar de manera significativa només en presència de bafilomicina A1, suggerint que les ribonucleases transloquen al citoplasma a partir d'algun punt de la via de trànsit endosomal. Es va comprovar que l'acció de la variant més citotòxica era deguda a que l'addició d'un segon motiu de tres Arg en PE5 dota a aquesta proteïna amb un senyal de transport nuclear. La fracció d'enzim que aconsegueix translocar al citoplasma a partir d'algun punt de la via endosomal previ als lisosomes, és conduït ràpidament al nucli de la cèl·lula per mitjà del mecanisme clàssic de transport actiu. Per la seva afinitat amb l'rRNA, l'enzim es concentra en el nuclèol, on probablement duu a terme la seva activitat catalítica. La interacció d'aquesta variant amb els receptors nucleocitoplasmàtics, les importines, impediria per altra banda el bloqueig de l'enzim per part de l'hRI. Els resultats obtinguts presenten una nova estratègia de disseny de ribonucleases citotòxiques, basada en l'addició de segments NLS a fi de promoure el transport nuclear dels enzims. Aquesta estratègia podria permetre superar limitacions que fins al moment han estat descrites com a limitants de la citotoxicitat de les ribonucleases pancreàtiques, com la sensibilitat a l'hRI o la baixa eficiència d'internalització.

Ecologia demogràfica de la perca americana (Micropterus salmoides) a l'Estany de Banyoles

L'Estany de Banyoles, sistema peculiar tant des del punt de vista de la seva formació geològica com de les seves característiques limnològiques, conté actualment una comunitat de peixos profundament modificada respecte de la comunitat original. La perca americana (Micropterus salmoides), introduïda a finals dels anys seixanta del segle XX, és avui una de les espècies dominants en aquesta comunitat, i ocupa sobretot l'hàbitat litoral de l'Estany. Es tracta d'una espècie molt ben estudiada a Nord Amèrica des de diverses disciplines de la biologia i des de fa diverses dècades, cosa que ha comportat que actualment es disposi d'un gran volum d'informació sobre ella. Amb tot, fora del seu continent d'origen ha rebut poca atenció, malgrat l'amplia expansió que ha experimentat arreu del món. En aquesta tesi doctoral s'han abordat, amb un enfocament descriptiu, aspectes fins ara desconeguts per a l'espècie a l'Estany de Banyoles, a la península ibèrica i fins i tot a Europa. Concretament, se n'ha analitzat la condició, el creixement i la demografia, així com les seves variacions temporals. Amb aquesta finalitat, s'ha dissenyat un mostreig composat de deu campanyes de pesca intensives més alguns petits mostrejos addicionals intercalats, mostreig que s'ha allargat des del juliol del 1997 i fins el novembre del 1999. La captura dels exemplars s'ha realitzat mitjançant una tècnica de pesca elèctrica amb una embarcació posada a punt expressament per a aquest estudi, la qual s'ha mostrat considerablement eficient malgrat les dificultats que ofereix el medi. S'ha realitzat un mostreig de marcatge-recaptura basat en la mutilació d'aletes i, en alguns casos, en el marcatge amb pintura acrílica. Només en la darrera campanya (novembre del 1999) s'ha sacrificat una part important de les captures a fi de retirar-ne els otòlits per a la determinació de l'edat. Pel que fa a l'anàlisi de les dades, s'ha aplicat un ampli ventall de mètodes i models per a cada un dels aspectes estudiats, a fi de contrastar-ne els resultats i validar-ne la seva fiabilitat. En el cas de la condició, s'han aplicat mètodes d'anàlisi de la covariància (ANCOVA) i altres mètodes anàlegs, així com, paral·lelament, regressions i anàlisis derivades a partir de la relació longitud-pes. En l'estudi del creixement, s'han realitzat ajustaments de diversos models mitjançant regressions sobre dades de mida a l'edat i sobre dades d'increments de mida observats per interval de temps. També s'han aplicat anàlisis de freqüències de longitud, i, finalment, s'han aplicat mètodes de retrocàlcul a partir dels increments anuals del radi observats en els otòlits. Finalment, en el cas de l'estudi de la demografia, s'han aplicat models de marcatge-recaptura per a l'estimació de la grandària poblacional i de la supervivència, i, a més, s'han ajustat diversos models continus de supervivència sobre aquestes estimacions prèvies. També s'han estimat les capturabilitats associades a la nova tècnica de captura. Per una altra banda, s'ha implementat i realitzat un mostreig sobre la població de pescadors esportius de l'Estany encarat a determinar, bàsicament, la pressió de pesca a què es veu sotmesa l'espècie. Els resultats mostren sobretot una alta estabilitat interanual en tots els aspectes estudiats, que s'explica per l'estabilitat ambiental que, al seu torn, és característica d'aquest ecosistema lacustre. Això reverteix en una longevitat màxima observada que iguala la màxima descrita a la literatura per a l'espècie. Alhora, també s'han descrit fortes oscil·lacions estacionals tant en la condició, com en el creixement, com també en la supervivència, les quals, però, presenten certes diferències en la seva temporalitat, cosa que indica una certa diferenciació en els factors que les regulen.

Polymer-drug conjugates for combination anticancer therapy: investigating the mechanism of action.

We developed a family of polymer-drug conjugates carrying the combination of the anticancer agent epirubicin (EPI) and nitric oxide (NO). EPI-PEG-(NO)8, carrying the highest content of NO, displayed greater activity in Caco-2 cells while it decreased toxicity against endothelium cells and cardiomyocytes with respect to free EPI. FACS and confocal microscopy confirmed conjugates internalization. Light scattering showed formation of micelle whose size correlated with internalization rate. EPI-PEG-(NO)8 showed increased bioavailability in mice compared to free EPI.

Platelet-mediated metabolism of the common dietary flavonoid, quercetin.

BACKGROUND: Flavonoid metabolites remain in blood for periods of time potentially long enough to allow interactions with cellular components of this tissue. It is well-established that flavonoids are metabolised within the intestine and liver into methylated, sulphated and glucuronidated counterparts, which inhibit platelet function. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: We demonstrate evidence suggesting platelets which contain metabolic enzymes, as an alternative location for flavonoid metabolism. Quercetin and a plasma metabolite of this compound, 4'-O-methyl quercetin (tamarixetin) were shown to gain access to the cytosolic compartment of platelets, using confocal microscopy. High performance liquid chromatography (HPLC) and mass spectrometry (MS) showed that quercetin was transformed into a compound with a mass identical to tamarixetin, suggesting that the flavonoid was methylated by catechol-O-methyl transferase (COMT) within platelets. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: Platelets potentially mediate a third phase of flavonoid metabolism, which may impact on the regulation of the function of these cells by metabolites of these dietary compounds.

Low density lipoprotein undergoes oxidation within lysosomes in cells

The oxidised low density lipoprotein (LDL) hypothesis of atherosclerosis proposes that LDL undergoes oxidation in the interstitial fluid of the arterial wall. We have shown that aggregated (vortexed) nonoxidised LDL was taken up by J774 mouse macrophages and human monocyte-derived macrophages and oxidised intracellularly, as assessed by the microscopic detection of ceroid, an advanced lipid oxidation product. Confocal microscopy showed that the ceroid was located in the lysosomes. To confirm these findings, J774 macrophages were incubated with acetylated LDL, which is internalised rapidly to lysosomes, and then incubated (chase incubation) in the absence of any LDL. The intracellular levels of oxysterols, measured by HPLC, increased during the chase incubation period, showing that LDL must have been oxidised inside the cells. Furthermore, we found that this oxidative modification was inhibited by lipid-soluble antioxidants, an iron chelator taken up by fluid-phase pinocytosis and the lysosomotropic drug chloroquine, which increases the pH of lysosomes. The results indicate that LDL oxidation can occur intracellularly, most probably within lysosomes.

Gene transfection of HEK cells on supermacroporous polyacrylamide monoliths: a comparison of transient and stable recombinant protein expression in perfusion culture

Transient and continuous recombinant protein expression by HEK cells was evaluated in a perfused monolithic bioreactor. Highly porous synthetic cryogel scaffolds (10ml bed volume) were characterised by scanning electron microscopy and tested as cell substrates. Efficient seeding was achieved (94% inoculum retained, with 91-95% viability). Metabolite monitoring indicated continuous cell growth, and endpoint cell density was estimated by genomic DNA quantification to be 5.2x108, 1.1x109 and 3.5x1010 at day 10, 14 and 18. Culture of stably transfected cells allowed continuous production of the Drosophila cytokine Spätzle by the bioreactor at the same rate as in monolayer culture (total 1.2 mg at d18) and this protein was active. In transient transfection experiments more protein was produced per cell compared with monolayer culture. Confocal microscopy confirmed homogenous GFP expression after transient transfection within the bioreactor. Monolithic bioreactors are thus shown to be a flexible and powerful tool for manufacturing recombinant proteins.

Quantification of ruminal Clostridium proteoclasticum by real-time PCR using a molecular beacon approach

Aims: All members of the ruminal Butyrivibrio group convert linoleic acid (cis-9,cis-12-18 : 2) via conjugated 18 : 2 metabolites (mainly cis-9,trans-11-18 : 2, conjugated linoleic acid) to vaccenic acid (trans-11-18 : 1), but only members of a small branch, which includes Clostridium proteoclasticum, of this heterogeneous group further reduce vaccenic acid to stearic acid (18 : 0, SA). The aims of this study were to develop a real-time polymerase chain reaction (PCR) assay that would detect and quantify these key SA producers and to use this method to detect diet-associated changes in their populations in ruminal digesta of lactating cows. Materials and Results: The use of primers targeting the 16S rRNA gene of Cl. proteoclasticum was not sufficiently specific when only binding dyes were used for detection in real-time PCR. Their sequences were too similar to some nonproducing strains. A molecular beacon probe was designed specifically to detect and quantify the 16S rRNA genes of the Cl. proteoclasticum subgroup. The probe was characterized by its melting curve and validated using five SA-producing and ten nonproducing Butyrivibrio-like strains and 13 other common ruminal bacteria. Analysis of ruminal digesta collected from dairy cows fed different proportions of starch and fibre indicated a Cl. proteoclasticum population of 2-9% of the eubacterial community. The influence of diet on numbers of these bacteria was less than variations between individual cows. Conclusion: A molecular beacon approach in qPCR enables the detection of Cl. proteoclasticum in ruminal digesta. Their numbers are highly variable between individual animals. Signifance and Impact of the Study: SA producers are fundamental to the flow of polyunsaturated fatty acid and vaccenic acid from the rumen. The method described here enabled preliminary information to be obtained about the size of this population. Further application of the method to digesta samples from cows fed diets of more variable composition should enable us to understand how to control these bacteria in order to enhance the nutritional characteristics of ruminant-derived foods, including milk and beef.

Viral nucleolar localisation signals determine dynamic trafficking within the nucleolus

Localisation of both viral and cellular proteins to the nucleolus is determined by a variety of factors including nucleolar localisation signals (NoLSs), but how these signals operate is not clearly understood. The nucleolar trafficking of wild type viral proteins and chimeric proteins, which contain altered NoLSs, were compared to investigate the role of NoLSs in dynamic nucleolar trafficking. Three viral proteins from diverse viruses were selected which localised to the nucleolus; the coronavirus infectious bronchitis virus nucleocapsid (N) protein, the herpesvirus saimiri ORF57 protein and the HIV-1 Rev protein. The chimeric proteins were N protein and ORF57 protein which had their own NoLS replaced with those from ORF57 and Rev proteins, respectively. By analysing the sub-cellular localisation and trafficking of these viral proteins and their chimeras within and between nucleoli using confocal microscopy and photo-bleaching we show that NoLSs are responsible for different nucleolar localisations and trafficking rates.

Electrochemical and sonoelectrochemical monitoring of indigo reduction by glucose

The reduction of indigo (dispersed in water) to leuco-indigo (dissolved in water) is an important industrial process and investigated here for the case of glucose as an environmentally benign reducing agent. In order to quantitatively follow the formation of leuco-indigo two approaches based on (i) rotating disk voltammetry and (ii) sonovoltammetry are developed. Leuco-indigo, once formed in alkaline solution, is readily monitored at a glassy carbon electrode in the mass transport limit employing hydrodynamic voltammetry. The presence of power ultrasound further improves the leuco-indigo determination due to additional agitation and homogenization effects. While inactive at room temperature, glucose readily reduces indigo in alkaline media at 65 degrees C. In the presence of excess glucose, a surface dissolution kinetics limited process is proposed following the rate law d eta(leuco-indigo)/dt = k x c(OH-) x S-indigo where eta(leuco-indigo) is the amount of leuco-indigo formed, k = 4.1 x 10(-9) m s(-1) (at 65 degrees C, assuming spherical particles of I gm diameter) is the heterogeneous dissolution rate constant,c(OH-) is the concentration of hydroxide, and Sindigo is the reactive surface area. The activation energy for this process in aqueous 0.2 M NaOH is E-A = 64 U mol(-1) consistent with a considerable temperature effects. The redox mediator 1,8-dihydroxyanthraquinone is shown to significantly enhance the reaction rate by catalysing the electron transfer between glucose and solid indigo particles. (c) 2006 Elsevier Ltd. All fights reserved.

Host-symbiont interactions of the primary endosymbiont of human head and body lice

The first mycetome was discovered more than 340 yr ago in the human louse. Despite the remarkable biology and medical and social importance of human lice, its primary endosymbiont has eluded identification and characterization. Here, we report the host-symbiont interaction of the mycetomic bacterium of the head louse Pediculus humanus capitis and the body louse P. h. humanus. The endosymbiont represents a new bacterial lineage in the -Proteobacteria. Its closest sequenced relative is Arsenophonus nasoniae, from which it differs by more than 10%. A. nasoniae is a male-killing endosymbiont of jewel wasps. Using microdissection and multiphoton confocal microscopy, we show the remarkable interaction of this bacterium with its host. This endosymbiont is unique because it occupies sequentially four different mycetomes during the development of its host, undergoes three cycles of proliferation, changes in length from 2–4 µm to more than 100 µm, and has two extracellular migrations, during one of which the endosymbionts have to outrun its host’s immune cells. The host and its symbiont have evolved one of the most complex interactions: two provisional or transitory mycetomes, a main mycetome and a paired filial mycetome. Despite the close relatedness of body and head lice, differences are present in the mycetomic provisioning and the immunological response.—Perotti, M. A., Allen, J. M., Reed, D. L., Braig, H. R. Host-symbiont interactions of the primary endosymbiont of human head and body lice.

Low density lipoprotein undergoes oxidation within lysosomes in cells

The oxidized low density lipoprotein (LDL) hypothesis of atherosclerosis proposes that LDL undergoes oxidation in the interstitial fluid of the arterial wall. We have shown that aggregated (vortexed) nonoxidized LDL was taken up by J774 mouse macrophages and human monocyte-derived macrophages and oxidized intracellularly, as assessed by the microscopic detection of ceroid, an advanced lipid oxidation product. Confocal microscopy showed that the ceroid was located in the lysosomes. To confirm these findings, J774 macrophages were incubated with acetylated LDL, which is internalized rapidly to lysosomes, and then incubated (chase incubation) in the absence of any LDL. The intracellular levels of oxysterols, measured by HPLC, increased during the chase incubation period, showing that LDL must have been oxidized inside the cells. Furthermore, we found that this oxidative modification was inhibited by lipid-soluble antioxidants, an iron chelator taken up by fluid-phase pinocytosis and the lysosomotropic drug chloroquine, which increases the pH of lysosomes. The results indicate that LDL oxidation can occur intracellularly, most probably within lysosomes.

Proteomic analysis of redox- and ErbB2-dependent changes in mammary luminal epithelial cells using cysteine- and lysine-labelling two-dimensional difference gel electrophoresis

Differential protein expression analysis based on modification of selected amino acids with labelling reagents has become the major method of choice for quantitative proteomics. One such methodology, two-dimensional difference gel electrophoresis (2-D DIGE), uses a matched set of fluorescent N-hydroxysuccinimidyl (NHS) ester cyanine dyes to label lysine residues in different samples which can be run simultaneously on the same gels. Here we report the use of iodoacetylated cyanine (ICy) dyes (for labelling of cysteine thiols, for 2-D DIGE-based redox proteomics. Characterisation of ICy dye labelling in relation to its stoichiometry, sensitivity and specificity is described, as well as comparison of ICy dye with NHS-Cy dye labelling and several protein staining methods. We have optimised conditions for labelling of nonreduced, denatured samples and report increased sensitivity for a subset of thiol-containing proteins, allowing accurate monitoring of redox-dependent thiol modifications and expression changes. Cysteine labelling was then combined with lysine labelling in a multiplex 2-D DIGE proteomic study of redox-dependent and ErbB2-dependent changes in epithelial cells exposed to oxidative stress. This study identifies differentially modified proteins involved in cellular redox regulation, protein folding, proliferative suppression, glycolysis and cytoskeletal organisation, revealing the complexity of the response to oxidative stress and the impact that overexpression of ErbB2 has on this response.

Development of a PCR-based assay for rapid and reliable identification of pathogenic Fusaria

Identification of Fusarium species has always been difficult due to confusing phenotypic classification systems. We have developed a fluorescent-based polymerase chain reaction assay that allows for rapid and reliable identification of five toxigenic and pathogenic Fusarium species. The species includes Fusarium avenaceum, F. culmorum, F. equiseti, F. oxysporum and F. sambucinum. The method is based on the PCR amplification of species-specific DNA fragments using fluorescent oligonucleotide primers, which were designed based on sequence divergence within the internal transcribed spacer region of nuclear ribosomal DNA. Besides providing an accurate, reliable, and quick diagnosis of these Fusaria, another advantage with this method is that it reduces the potential for exposure to carcinogenic chemicals as it substitutes the use of fluorescent dyes in place of ethidium, bromide. Apart from its multidisciplinary importance and usefulness, it also obviates the need for gel electrophoresis. (C) 2002 Published by Elsevier Science B.V. on behalf of the Federation of European Microbiological Societies.