Atmosfera i hidrosfera, roques i éssers vius : Ciències de la Natura, Biologia i Geologia. Primer cicle. Alumnat. 'Atmósfera e hidrosfera, rocas y seres vivos : Ciencias de la Naturaleza, Biología y Geología. Primer ciclo. Alumnado'.

El propósito de estos cuadernos es que el alumno adquiera nuevos conocimientos sobre el mundo físico, de manera que sea capaz de explicar científicamente algunos de los fenómenos que se producen cotidianamente. Se propone en ellos la realización de actividades variadas que, en ocasiones, requerirán la consulta de libros, audiovisuales o incluso el trabajo en el laboratorio o fuera del aula. Los contenidos se estructuran en cinco unidades: 1.Introducción a la ciencia y al trabajo científico, 2.Aire-Atmósfera, 3.Agua-Hidrosfera, 4.Los materiales: rocas y minerales, 5.La diversidad de los seres vivos.

Estudi estructural, ultraestructural i histoquímic de les glàndules sexuals accessòries del mascle reproductor porcí (Sus domesticus)

El present treball analitza al microscopi òptic i al microscopi electrònic de transmissió les glàndules sexuals accessòries de Sus domesticus (raça Landrace - varietat anglesa) a partir de mascles reproductors porcins adults i sans. Un millor coneixement dels patrons estructural i ultraestructural normals de las glàndules sexuals accessòries permetrà diagnosticar amb facilitat quina ha estat l'estructura o la funció glandular afectada en mascles en els que s'observa una disminució de la qualitat del semen. Per altra banda, els estudis anatomopatològics s'han de complementar amb tècniques histoquímiques que generalment permeten confirmar o excloure un diagnòstic histopatològic previ. Les glàndules sexuals accessòries del mascle reproductor porcí estan molt desenvolupades i inclouen les glàndules vesiculars, la pròstata i les glàndules bulbouretrals. L'epiteli secretor de les glàndules vesiculars està format per cèl·lules columnars, cèl·lules basals i mastòcits. Les cèl·lules columnars es caracteritzen per presentar tres morfologies diferents que es consideren diferents estadis d'un mateix tipus cel·lular: les cèl·lules principals, les cèl·lules clares i les cèl·lules denses. Les cèl·lules principals secreten activament glicoproteïnes N- i O- glicosilades amb residus d'α-L-fucosa, α(16)fucosa, α-D-mannosa, α-D-glucosa, α- i -D-N-acetilgalactosamina, -D-galactosa-(13)-D-N-acetilgalactosamina, α-D-galactosa, galactosa-(14)-N-acetilglucosamina, D-N-acetilglucosamina i àcid neuramínic. Aquestes glicoproteïnes afavoreixen les interaccions entre l'espermatozoide i l'occit i regulen la permeabilitat de la membrana espermàtica. La pròstata està formada per dues porcions glandulars, el cos de la pròstata (BP) y la pròstata disseminada (DP), entre las quals s'observen diferencies estructurals, ultraestructurals, histoquímiques i funcionals. En ambdues porcions, l'epiteli secretor està constituït per cèl·lules columnars principals, denses i cèl·lules basals, i també per cèl·lules cúbiques en el BP i per cèl·lules mucoses en la DP. En ambdues porcions glandulars, se sintetitzen i secreten N- i O- glicoproteïnes neutres i àcides. Aquestes glicoproteïnes s'alliberen mitjançant un mecanisme regulat en el BP y mitjançant un mecanisme regulat i un constitutiu en la DP. Les glucoproteïnes luminals del BP contenen residus de fucosa, mannosa, α- i -D-N-acetilgalactosamina, galactosa-(14)-N-acetilglucosamina, D-N-acetilglucosamina i àcid neuramínic. En la DP les glicoproteïnes presenten, a més, -D-galactosa-(13)-D-N-acetilgalactosamina i α-D-galactosa. Les glicoproteïnes secretades en el BP i en la DP per via regulada, participen en el control de l'estabilitat del plasmalemma dels espermatozoides, eviten la resposta immune uterina i l'aglutinació dels espermatozoides i afavoreixen la seva motilitat progressiva. Les glicoproteïnes secretades per via constitutiva en la DP protegeixen i lubrifiquen la uretra pelviana. L'epiteli secretor de les glàndules bulbouretrals està format per cèl·lules piramidals principals i denses. Les cèl·lules principals sintetitzen i secreten principalment O-glicoproteïnes àcides carboxilades i sulfatades amb residus glicosídics d'N-acetilgalactosamina, -D-galactosa-(13)-D-N-acetilgalactosamina, α-D-galactosa, D-N-acetilglucosamina i àcid neuramínic. Aquests residus proporcionen resistència a la proteolisi a les O-glicoproteïnes secretades, les quals participen en la lubrificació y protecció de l'epiteli, i intervenen en el control de la permeabilitat del plasmalemma dels espermatozoides i en el transport d'ions al seu través.

Les sHsps en surera: capacitat protectora enfront l'estrés i variabilitat genètica

Els organismes responen a la temperatura i a molts altres estressos sintetitzant un grup de proteïnes anomenat proteïnes de xoc de calor (HSPs). En plantes les sHsps, d'entre 15 i 30 kDa formen el grup més abundant i divers, classificat en funció de la seva localització subcel.lular i homologia en: mitocondrials, cloroplàstiques, de reticle endoplasmàtic i citoplàsmiques de classe I i II. Les sHsps-CI s'ha descrit que s'indueixen per estrès tèrmic, hídric i oxidatiu (peròxid d'hidrògen, llum UV, ozó) i en resposta a algunes hormones. També s'expressen durant el desenvolupament, per exemple durant l'embriogènesi, on es creu que podrien tenir un paper protector de l'embrió enfront la dessecació. Tot i que hi ha abundants treballs que correlacionen la resistència a l'estrès i l'acumulació de sHsps-CI, els mecanismes moleculars d'aquesta activitat són poc conguts. Tot i això, per diverses sHsps-CI ha estat descrita una activitat xaperona in vitro i, més recentment, que la seva sobreexpressió augmenta la viabilitat de cèl.lules d'E.coli en condicions d'estrès tèrmic. L'estudi de l'acumulació de sHsps-CI en surera (Quercus suber) mitjançant immunodetecció en electroforesi bidimensional mostra uns patrons d'acumulació complexos i formats per dos grups d'espècies proteiques principals, a l'entorn dels 10 i 17 kDa respectivament, que mostren una inducció diferencial en funció del teixit i l'estrès. Mentre que les espècies proteiques de 17 kDa s'indueixen per temperatura però no per estrès oxidatiu, les de ca. 10 kDa ho fan per estrès oxidatiu i no per temperatura. Ambdós grups d'espècies proteiques s'acumulen conjuntament en fel.lema. Assajos de PCR i RT-PCR han permès clonar parcialment tres noves sHsps-CI en surera: Qshsp10-CI, QshspC-CI i QshspD-CI. Aquest fet confirma la multigeneïcitat de les sHsps-CI en surera que apuntava el patró bidimensional. Dels nous clons obtinguts destaca especialment Qshsp10-CI, un gen que presenta un codó stop enmig del domini -cristal.lí que fa que a la proteïna que se'n dedueix li manqui un 55% del domini -cristal.lí i tota l'extensió C-terminal. Es tractaria de la sHsp més petita i més truncada descrita fins al moment. L'anàlisi de l'expressió de Qshsp10-CI mitjançant RT-PCR mostra expressió en plantes tractades amb H2O2 però no en les que han estat sotmeses a un xoc de calor. Aprofitant l'oportunitat que oferia aquesta sHsp-CI de ser utilitzada com a model per l'estudi de la importància del domini -cristal.lí i l'extensió C-terminal en l'activitat protectora enfront l'estrès, es va voler determinar la capacitat que tenia d'augmentar la viabilitat de cèl.lules d'E. coli en condicions d'estrès tèrmic i oxidatiu. Els resultats mostren que la proteïna recombinant QsHsp10-CI, tot i la important truncació que té, és capaç de protegir cèl.lules d'E. coli en condicions d'estrès tèrmic i, remarcablement, en condicions d'estrès oxidatiu. Tots aquests resultats indiquen que les espècies proteiques de ca. 10 kDa podrien correspondre a Qshsp10-CI i tenir un paper en les cèl.lules del fel.lema en la protecció enfront l'estrès oxidatiu. L'estrès oxidatiu provoca lesions al DNA que poden produir errors en la replicació, transcripció o traducció i generar proteïnes aberrants. Donades les condicions d'estrès oxidatiu a les quals es troben sotmeses les cèl.lules del fel.lema, s'ha volgut estudiar la variabilitat dels seus àcids nucleics. La determinació de la taxa de mutació de la regió codificant del gen Qshsp17.4-CI en mRNA i DNA de fel.lema i àpex radicular, un teixit jove i en creixement actiu va mostrar unes taxes sorprenentment elevades en l'mRNA (1/1784 pb) i el DNA genòmic (1/1520 pb) del fel.lema. Aquestes taxes són les més altes descrites en un genoma nuclear eucariota i són similars a les dels virus d'RNA d'evolució ràpida com el virus de l'Hepatitis C. Amb aquestes taxes de mutació, un terç dels mRNAs del fel.lema de la surera contindrien missatges aberrants i la supervivència de les cel.lules es veuria compromesa. Això implica que el fel.lema hauria de ser considerat com un mosaic de cèl.lules genèticament heterogènies i, per tant, una sola seqüència no defineix en tota la seva amplitud un gen en aquest teixit. No es va detectar cap mutació en àpex de rel. Amb l'objectiu d'aprofundir en el coneixement de les mutacions que es donen en aquests dos teixits i per tal de poder fer una anàlisi qualitativa més completa que permetés especular sobre el seu origen, es va aplicar un mètode de selecció de seqüències mutants en base a la utilització d'enzims de restricció. Les mutacions detectades en fel.lema es corresponen amb les relacionades, en altres sistemes no nuclears (plasmidis, fags i DNA bacterià), amb l'estrès oxidatiu. En conseqüència, l'estrès oxidatiu al qual estan sotmeses les cèl.lules del fel.lema podria ser el causant de l'elevada taxa de mutació detectada. D'acord amb això, el tipus majoritari de productes d'oxidació de les bases del DNA que s'acumulen en brots de plàntules de surera en resposta al peròxid d'hidrògen produeixen el mateix tipus de mutacions detectades en l'mRNA del fel.lema de la surera. La major sensibilitat d'aquest nou mètode ha permès, a més, detectar mutacions en molècules d'mRNA de rel, un teixit en el qual no s'havia trobat cap mutació utilitzant el mètode de clonatge i seqüenciació directa. Tot i això, el tipus de mutacions predominants no estan relacionades amb l'estrès oxidatiu sinó amb erros en la reparació dels àcids nucleics.

Les sHsps en surera: Estudis de funcionalitat

Aquesta tesi es centra en la caracterització funcional d'una proteïna de xoc de calor de baix pes molecular (Small Heat Shock Protein - sHSP) de classe I de surera pel que fa a la seva capacitat per protegir les cèl·lules de l'estrès i per estabilitzar les membranes. Les sHsps són proteïnes que s'expressen en condicions d'estrès cel·lular. Encara que certs aspectes funcionals de les sHsps són ben coneguts, el nostre treball aporta informacions noves sobre el paper de les diferents regions de la proteïna, especialment de la regió N-terminal. L'objectiu concret d'aquest treball és determinar la funció termoprotectora de QsHsp17.4-CI, una sHsp de classe I oobtinguda a partir de les cèl·lules de fel·lema d'alzina surera, en un model bacterià i analitzar la importància de les diferents regions de la proteïna en aquesta funció. Amb aquesta finalitat s'han dissenyat dues proteïnes parcials derivades de QsHsp17.4-CI: una a la que li falta la regió N-terminal (C105) i una altra amb pràcticament tot el domini -cristal·lí deleccionat (N61), i una tercera, derivada de QsHs10-CI, a la que li falta la meitat del domini -cristal·lí (Hsp10). També s'estudia la possible capacitat estabilitzadora de membranes i la capacitat de modificar l'expressió d'altres Hsps quan s'expressa de forma heteròloga. Els nostres resultats demostren que l'expressió de QsHsp17.4-CI protegeix a les cèl·lules d'E.coli de l'estrès tèrmic alhora que la regió N-terminal i la regió consens II del domini -cristal·lí són imprescindibles per aquesta funció de protecció. En relació a un possible paper en les membranes, els estudis de localització subcel·lular mostren que QsHsp17.4-CI colocalitza amb la fracció membranes i que la regió N-terminal de la proteïna és responsable d'aquesta colocalització. No s'ha pogut demostrar, però, que la localització amb la membrana estigui associada a un efecte protector d'aquesta: en cap cas la sobrexpressió de les proteïnes modifica la composició d'àcids grassos i només N61, que no té acció termoprotectora, altera l'estat fisico-químic de la membrana. En estudis d'expressió de novo en E.coli s'ha observat que, a diferència de les altres proteïnes heteròlogues, N61 activa l'expressió de la majoria de Hsps d'E.coli fent pensar en una possible relació entre l'estat físic de la membrana i l'activació de la resposta a l'estrès. En resum, en aquest treball hem provat la capacitat protectora de QsHsp17.4 i aportem noves dades sobre la importància de la regió N-terminal i la regió consens II del domini -cristal·lí en aquesta funció. Per altra banda, es suggereix que QsHsp17.4 podria interaccionar amb la membrana d'E.coli i que la regió N-terminal seria imprescindible per aquesta interacció. Finalment hem determinat que les proteïnes que provoquen variacions en l'estat de fluïdesa de la membrana poden activar la resposta al xoc de calor per part de la cèl·lula bacteriana.

Cultiu de les cèl·lules epididimàries de "Sus domesticus": anàlisi estructural, funcional i proteòmic

En aquest treball s'han desenvolupat dos mètodes simples i ràpids pel cultiu de les cèl·lules epitelials de les tres regions de l'epidídim de Sus domesticus. Un es basa en el cultiu de fragments del túbul epididimari intactes durant 8 dies. L'altre mètode es basa en el cultiu de fragments del túbul epididimari digerits amb col·lagenasa que, després de 7 dies, donen lloc a la formació d'una monocapa de cèl·lules epitelials epididimàries que adquireixen el 90-100% de confluència després de 12-16 dies en cultiu. Aquestes cèl·lules es mantenen viables durant més de 60 dies en cultiu i no s'observa proliferació de cèl·lules no epitelials. Per determinar el nivell de conservació de les característiques epididimàries en els cultius s'ha analitzat l'estructura cel·lular, l'activitat de síntesi i secreció proteica, i el manteniment i maduració dels espermatozoides en cocultiu.

Subcellular localization and kinetic characterization of a gill (Na +, K+)-ATPase from the giant freshwater prawn macrobrachium rosenbergii

The stimulation by Mg2+, Na+, K+, NH 4 +, and ATP of (Na+, K+)-ATPase activity in a gill microsomal fraction from the freshwater prawn Macrobrachium rosenbergii was examined. Immunofluorescence labeling revealed that the (Na +, K+)-ATPase α-subunit is distributed predominantly within the intralamellar septum, while Western blotting revealed a single α-subunit isoform of about 108 kDa M r. Under saturating Mg2+, Na+, and K+ concentrations, the enzyme hydrolyzed ATP, obeying cooperative kinetics with V M = 115.0 ± 2.3 U mg-1, K 0.5 = 0.10 ± 0.01 mmol L-1. Stimulation by Na+ (V M = 110.0 ± 3.3 U mg-1, K 0.5 = 1.30 ± 0.03 mmol L -1), Mg2+ (V M = 115.0 ± 4.6 U mg -1, K 0.5 = 0.96 ± 0.03 mmol L-1), NH4 + (V M = 141.0 ± 5.6 U mg -1, K 0.5 = 1.90 ± 0.04 mmol L-1), and K+ (V M = 120.0 ± 2.4 U mg-1, K M = 2.74 ± 0.08 mmol L-1) followed single saturation curves and, except for K+, exhibited site-site interaction kinetics. Ouabain inhibited ATPase activity by around 73 % with K I = 12.4 ± 1.3 mol L-1. Complementary inhibition studies suggest the presence of F0F1-, Na+-, or K +-ATPases, but not V(H+)- or Ca2+-ATPases, in the gill microsomal preparation. K+ and NH4 + synergistically stimulated enzyme activity (≈25 %), suggesting that these ions bind to different sites on the molecule. We propose a mechanism for the stimulation by both NH4 +, and K+ of the gill enzyme. © 2013 Springer Science+Business Media New York.

Efeito das isoflavonas da soja daidzeína e genisteína em células MCF-7, HB4 e OVCAR-3: estudo da citotoxicidade, indução de apoptose, cinética de proliferação celular e expressão gênica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Tamoxifen Subcellular Localization; Observation of Cell-Specific Cytotoxicity Enhancement by Inhibition of Mitochondrial ETC Complexes I and III

Recently, a nongenomic cytotoxic component of the chemotherapeutic agent tamoxifen (TAM) has been identified that predominantly triggers mitochondrial events. The present study delineates the intracellular fate of TAM and studies its interaction with a spectrum of cell homeostasis modulators primarily relevant to mitochondria. The subcellular localization of TAM was assessed by confocal fluorescence microscopy. The effect of the modulators on TAM cytotoxicity was assessed by standard MTT assays. Our findings show that in estrogen receptor positive MCF7 breast adenocarcinoma cells and DU145 human prostate cancer cells, TAM largely accumulates in the mitochondria and endoplasmic reticulum, but not lysosomes. Our results further demonstrate that in MCF7, but not in DU145 cells, mitochondrial electron transport chain complex I and III inhibitors exacerbate TAM toxicity with an order of potency of myxothiazol = stigmatellin > rotenone > antimycin A, suggesting a cell-specific cytotoxic interplay between mitochondrial complex I and III function and TAM action.

Effects of type I collagen coating on titanium osseointegration: histomorphometric, cellular and molecular analyses

The investigation of titanium (Ti) surface modifications aiming to increase implant osseointegration is one of the most active research areas in dental implantology. This study was carried out to evaluate the benefits of coating Ti with type I collagen on the osseointegration of dental implants. Acid etched Ti implants (AETi), either untreated or coated with type I collagen (ColTi), were placed in dog mandibles for three and eight weeks for histomorphometric, cellular and molecular evaluations of bone tissue response. While the histological aspects were essentially the same with both implants being surrounded by lamellar bone trabeculae, histomorphometric analysis showed more abundant bone formation in ColTi, mainly at three weeks. Cellular evaluation showed that cells harvested from bone fragments in close contact with ColTi display lower proliferative capacity and higher alkaline phosphatase activity, phenotypic features associated with more differentiated osteoblasts. Confirming these findings, molecular analyses showed that ColTi implants up-regulates the expression of a panel of genes well known as osteoblast markers. Our results present a set of evidences that coating AETi with collagen fastens the osseointegration by stimulating bone formation at the cellular and molecular levels, making this combination of morphological and biochemical modification a promising approach to treat Ti surfaces.

E-cadherin in canine mast cell tumors: Decreased expression and altered subcellular localization in Grade 3 tumors

Mast cell tumors (MCTs) are the most frequent round cell tumors in dogs and comprise approximately 21% of all canine cutaneous tumors. MCTs are highly invasive and metastatic corresponding to the histological grade. E-cadherin is an adhesion molecule expressed in epithelial cells and although it is an epithelial cellular marker, studies have shown expression of E-cadherin in canine round cell tumors. To better characterize the expression pattern of E-cadherin in several different histological grades of MCTs in dogs, the expression and localization of the adhesion molecule was investigated using immunohistochemistry. For this purpose, 18 cutaneous MCTs were classified into three histological grades, 1, 2 or 3. Clinical history and follow-up data were available for all of the dogs. Cytoplasmic and nuclear expressions of E-cadherin in all three types of tumors were verified by immunostaining using two different antibodies. There was decreased E-cadherin expression in the more aggressive MCTs (Grade 3), suggesting an association between E-cadherin and tumor aggressiveness. Additionally, the loss of E-cadherin expression in either the cytoplasm or nucleus in more aggressive and undifferentiated tumor types confirmed the importance of cellular adhesion in tumor behavior. (C) 2012 Published by Elsevier Ltd.

Expression and cellular localization of Copper transporter 2 (Ctr2) in Mus musculus

The Ctr family is an essential part of the copper homeostasis machinery and its members share sequence homology and structural and functional features. Higher eukaryotes express two members of this family Ctr1 and Ctr2. Numerous structural and functional studies are available for Ctr1, the only high affinity Cu(I) transporter thus far identified. Ctr1 holigotrimers mediate cellular copper uptake and this protein was demonstrated to be essential for embryonic development and to play a crucial role in dietary copper acquisition. Instead very little is known about Ctr2, it bears structural homology to the yeast vacuolar copper transporter, which mediates mobilization of vacuolar copper stores. Recent studies using over-expressed epitope-tagged forms of human Ctr2 suggested a function as a low affinity copper transporter that can mediate either copper uptake from the extracellular environment or mobilization of lysosomal copper stores. Using an antibody that recognizes endogenous mouse Ctr2, we studied the expression and localization of endogenous mouse Ctr2 in cell culture and in mouse models to understand its regulation and function in copper homeostasis. By immunoblot we observed a regulation of mCtr2 protein levels in a copper and Ctr1 dependent way. Our observations in cells and transgenic mice suggest that lack of Ctr1 induces a strong downregulation of Ctr2 probably by a post-translational mechanism. By indirect immunofluorescence we observed an exclusive intracellular localization in a perinuclear compartment and no co-localization with lysosomal markers. Immunofluorescence experiments in Ctr1 null cells, supported by sequence analysis, suggest that lysosomes may play a role in mCtr2 biology not as resident compartment, but as a degradation site. In appendix a LC-mass method for analysis of algal biotoxins belonging to the family of PsP (paralytic shellfish poisoning) is described.

Studio della trasduzione del Segnale Nucleare Inositide-Dipendente: identificazione di eEF1A2 come nuovo Fosfosubstrato di PKC βI

Introduction Phospholipase Cb1 (PLC-β1) is a key player in the regulation of nuclear inositol lipid signaling and of a wide range of cellular functions, such as proliferation and differentiation (1,2,3). PLCb1 signaling depends on the cleavage of phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate and the formation of the second messengers diacylglycerol and Inositol tris-phosphate which activate canonical protein kinase C (cPKC) isoforms. Here we describe a proteomic approach to find out a potential effector of nuclear PLC-b1 dependent signaling during insulin stimulated myogenic differentiation. Methods Nuclear lysates obtained from insulin induced C2C12 myoblasts were immunoprecipitated with anti-phospho-substrate cPKC antibody. Proteins, stained with Comassie blue, were excised, digested and subsequently analysed in LC-MS/MS. For peptide sequence searching, the mass spectra were processed and analyzed using the Mascot MS/MS ion search program with the NCBI database. Western blotting, GST-pull down and co-immunoprecipitation were performed to study the interaction between eEF1A2 and cPKCs. Site direct mutagenesis was performed to confirm the phosphorylated motif recognized by the antibody. Immunofluorescence analysis, GFP-tagged eEF1A2 vector and subcellular fractionation were performed to study nuclear localization and relative distribution of eEF1A2. Results We have previously shown that PLC-β1 is greatly increased at the nuclear level during insulin-induced myoblasts differentiation and that this nuclear localization is essential for induction of differentiation. Thus, nuclear proteins of insulin stimulated C2C12 myoblasts, were immunoprecipitated with an anti-phospho-substrate cPKC antibody. After Electrophoretic gel separation of proteins immunoprecipitated, several molecules were identified by LC-MS/MS. Among these most relevant and unexpected was eukaryotic elongation factor 1 alpha 2 (eEF1A2). We found that eEF1A2 is phosphorylated by PKCb1 and that these two molecules coimmunolocalized at the nucleolar level. eEF1A2 could be phosphorylated in many sites among which both threonine and serine residues. By site direct mutagenesis we demonstrated that it is the serine residue of the motif recognized by the antibody that is specifically phosphorylated by PKCb1. The silencing of PLCb1 gives rise to a reduction of expression and phosphorylation levels of eEF1A2 indicating this molecule as a target of nuclear PLCb1 regulatory network during myoblasts differentiation.

Respiratory chain complex I dysfunction in tumorigenesis

Diseases due to mutations in mitochondrial DNA probably represent the most common form of metabolic disorders, including cancer, as highlighted in the last years. Approximately 300 mtDNA alterations have been identified as the genetic cause of mitochondrial diseases and one-third of these alterations are located in the coding genes for OXPHOS proteins. Despite progress in identification of their molecular mechanisms, little has been done with regard to the therapy. Recently, a particular gene therapy approach, namely allotopic expression, has been proposed and optimized, although the results obtained are rather controversial. In fact, this approach consists in synthesis of a wild-type version of mutated OXPHOS protein in the cytosolic compartment and in its import into mitochondria, but the available evidence is based only on the partial phenotype rescue and not on the demonstration of effective incorporation of the functional protein into respiratory complexes. In the present study, we took advantage of a previously analyzed cell model bearing the m.3571insC mutation in MTND1 gene for the ND1 subunit of respiratory chain complex I. This frame-shift mutation induces in fact translation of a truncated ND1 protein then degraded, causing complex I disassembly, and for this reason not in competition with that allotopically expressed. We show here that allotopic ND1 protein is correctly imported into mitochondria and incorporated in complex I, promoting its proper assembly and rescue of its function. This result allowed us to further confirm what we have previously demonstrated about the role of complex I in tumorigenesis process. Injection of the allotopic clone in nude mice showed indeed that the rescue of complex I assembly and function increases tumor growth, inducing stabilization of HIF1α, the master regulator of tumoral progression, and consequently its downstream gene expression activation.

Cellular localization and mechanism of amyloid precursor protein (APP) homodimer formation in an oxidizing environment

The amyloid precursor protein (APP) is a type I transmembrane glycoprotein, which resembles a cell surface receptor, comprising a large ectodomain, a single spanning transmembrane part and a short C-terminal, cytoplasmic domain. It belongs to a conserved gene family, with over 17 members, including also the two mammalian APP homologues proteins APLP1 and APLP2 („amyloid precursor like proteins“). APP is encoded by 19 exons, of which exons 7, 8, and 15 can be alternatively spliced to produce three major protein isoforms APP770, APP751 and APP695, reflecting the number of amino acids. The neuronal APP695 is the only isoform that lacks a Kunitz Protease Inhibitor (KPI) domain in its extracellular portion whereas the two larger, peripheral APP isoforms, contain the 57-amino-acid KPI insert. rnRecently, research effort has suggested that APP metabolism and function is thought to be influenced by homodimerization and that the oligomerization state of APP could also play a role in the pathology of Alzheimer's disease (AD), by regulating its processing and amyloid beta production. Several independent studies have shown that APP can form homodimers within the cell, driven by motifs present in the extracellular domain, as well as in the juxtamembrane (JM) and transmembrane (TM) regions of the molecule, whereby the exact molecular mechanism and the origin of dimer formation remains elusive. Therefore, we focused in our study on the actual subcellular origin of APP homodimerization within the cell, an underlying mechanism, and a possible impact on dimerization properties of its homologue APLP1. Furthermore, we analyzed homodimerization of various APP isoforms, in particular APP695, APP751 and APP770, which differ in the presence of a Kunitz-type protease inhibitor domain (KPI) in the extracellular region. In order to assess the cellular origin of dimerization under different cellular conditions, we established a mammalian cell culture model-system in CHO-K1 (chinese hamster ovary) cells, stably overexpressing human APP, harboring dilysine based organelle sorting motifs at the very C-terminus [KKAA-Endoplasmic Reticulum (ER); KKFF-Golgi]. In this study we show that APP exists as disulfide-bound, SDS-stable dimers, when it was retained in the ER, unlike when it progressed further to the cis-Golgi, due to the KKFF ER exit determinant. These stable APP complexes were isolated from cells, and analyzed by SDS–polyacrylamide gel electrophoresis under non-reducing conditions, whereas strong denaturing and reducing conditions completely converted those dimers to monomers. Our findings suggested that APP homodimer formation starts early in the secretory pathway and that the unique oxidizing environment of the ER likely promotes intermolecular disulfide bond formation between APP molecules. We particularly visualized APP dimerization employing a variety of biochemical experiments and investigated the origin of its generation by using a Bimolecular Fluorescence Complementation (BiFC) approach with split GFP-APP chimeras. Moreover, using N-terminal deletion constructs, we demonstrate that intermolecular disulfide linkage between cysteine residues, exclusively located in the extracellular E1 domain, represents another mechanism of how an APP sub-fraction can dimerize within the cell. Additionally, mutational studies revealed that cysteines at positions 98 and 105, embedded in the conserved loop region within the E1 domain, are critical for interchain disulfide bond formation. Using a pharmacological treatment approach, we show that once generated in the oxidative environment of the ER, APP dimers remain stably associated during transport, reaching the plasma membrane. In addition, we demonstrate that APP isoforms, encompassing the KPI domain, exhibit a strongly reduced ability to form cis-directed dimers in the ER, whereas trans-directed cell aggregation of Drosophila Schneider (S2)-cells was isoform independent, mediating cell-cell contacts. Thus, suggesting that steric properties of KPI-APP might be the cause for weaker cis-interaction in the ER, compared to APP695. Finally, we provide evidence that APP/APLP1 heterointeractions are likewise initiated in the ER, suggesting a similar mechanism for heterodimerization. Therefore, dynamic alterations of APP between monomeric, homodimeric, and possibly heterodimeric status could at least partially explain some of the variety in the physiological functions of APP.rn