Characterization of nitrate reductase activity in vitro in Gracilaria caudata J. Agardh (Rhodophyta, Gracilariales)

The marine red alga Gracilaria caudata J. Agardh has been used in Brazil for agar extraction, mainly in the northeast region of the country. Nitrogen availability is the most important abiotic factor in seawater that limits the growth of seaweeds. The enzyme nitrate reductase (NR) is the key regulatory point in the nitrogen assimilation in photosynthetic organisms. This study describes an in vitro assay, characterizing the enzymatic activity of NR in terms of kinetic constants and stability, its oscillation during the day and glucose effect on NR modulation. Maximal peaks of NR activity were recorded at 20 ºC and pH 8.0. The enzymatic stability in crude extracts stored at 3 ± 1 ºC decreased significantly after 48 hours. Apparent Michaelis-Menten constants (K M) for NADH and nitrate were 22 µM and 3.95 mM, respectively. Gracilaria caudata NR activity showed an oscillation under light:dark photoperiod (14:10 hours LD) with 3-fold higher activity during the light phase, peaking after 10 hours of light. Under optimal assay conditions, the maximal activity was 92.9 10-3 U g-1. The addition of glucose induced the enzymatic activity during the light and dark phase, evidencing a possible modulation of this enzyme by the photosynthesis. This relationship can be explained by the need of carbon skeletons, produced by the photosynthetic process, to incorporate the intermediary metabolites of nitrate assimilatory pathway, avoiding the toxic intracellular accumulation of nitrite and ammonium. The optimization of enzymatic assay protocols for NR is essential to establish appropriate conditions to study nutritional behaviour, compare different taxonomic groups and to understand its regulatory mechanism.

Growth and reproduction of the understory palm Geonoma schottiana Mart. in the gallery forest in Central Brazil

To understand the growth and reproduction of the palm Geonoma schottiana in the gallery forest of Central Brazil, two hypotheses were raised: (i) production of leaves and reproductive structures are concentrated in the period of the year with high light availability; (ii) leaf production and reproductive activity are related to plant length. However, it is expected that senility effects will cause fast reduction in growth and reproduction activities in higher plants. Growth and reproduction were concentrated in the dry season, when insolation is higher than in the wet season, suggesting that leaf and inflorescence production on G. schottiana in the gallery forest understory is more limited by light than by soil humidity. As the individual grows, leaf number and blade area increase, but reproduction activity is independent of plant length. Resources stored in the stem are important to growth, but exogenous factors, as canopy openness, should be more important to reproduction. Plant senescence seems to have a lesser effect on the production of vegetative and reproductive structures in G. schottiana than has been detected in congeneric species with greater clonal activity.

Novel mechanisms of growth hormone regulation: growth hormone-releasing peptides and ghrelin

Growth hormone secretion is classically modulated by two hypothalamic hormones, growth hormone-releasing hormone and somatostatin. A third pathway was proposed in the last decade, which involves the growth hormone secretagogues. Ghrelin is a novel acylated peptide which is produced mainly by the stomach. It is also synthesized in the hypothalamus and is present in several other tissues. This endogenous growth hormone secretagogue was discovered by reverse pharmacology when a group of synthetic growth hormone-releasing compounds was initially produced, leading to the isolation of an orphan receptor and, finally, to its endogenous ligand. Ghrelin binds to an active receptor to increase growth hormone release and food intake. It is still not known how hypothalamic and circulating ghrelin is involved in the control of growth hormone release. Endogenous ghrelin might act to amplify the basic pattern of growth hormone secretion, optimizing somatotroph responsiveness to growth hormone-releasing hormone. It may activate multiple interdependent intracellular pathways at the somatotroph, involving protein kinase C, protein kinase A and extracellular calcium systems. However, since ghrelin has a greater ability to release growth hormone in vivo, its main site of action is the hypothalamus. In the current review we summarize the available data on the: a) discovery of this peptide, b) mechanisms of action of growth hormone secretagogues and ghrelin and possible physiological role on growth hormone modulation, and c) regulation of growth hormone release in man after intravenous administration of these peptides.

Adopting the Vaadin Java framework to rebuild VTT’s Web Interfaces and Database Applications

With the growth in new technologies, using online tools have become an everyday lifestyle. It has a greater impact on researchers as the data obtained from various experiments needs to be analyzed and knowledge of programming has become mandatory even for pure biologists. Hence, VTT came up with a new tool, R Executables (REX) which is a web application designed to provide a graphical interface for biological data functions like Image analysis, Gene expression data analysis, plotting, disease and control studies etc., which employs R functions to provide results. REX provides a user interactive application for the biologists to directly enter the values and run the required analysis with a single click. The program processes the given data in the background and prints results rapidly. Due to growth of data and load on server, the interface has gained problems concerning time consumption, poor GUI, data storage issues, security, minimal user interactive experience and crashes with large amount of data. This thesis handles the methods by which these problems were resolved and made REX a better application for the future. The old REX was developed using Python Django and now, a new programming language, Vaadin has been implemented. Vaadin is a Java framework for developing web applications and the programming language is extremely similar to Java with new rich components. Vaadin provides better security, better speed, good and interactive interface. In this thesis, subset functionalities of REX was selected which includes IST bulk plotting and image segmentation and implemented those using Vaadin. A code of 662 lines was programmed by me which included Vaadin as the front-end handler while R language was used for back-end data retrieval, computing and plotting. The application is optimized to allow further functionalities to be migrated with ease from old REX. Future development is focused on including Hight throughput screening functions along with gene expression database handling

The Dutch disease and its neutralization: a Ricardian approach

The Dutch disease is a major market failure originated in the existence of cheap and abundant natural or human resources that keep overvalued the currency of a country for an undetermined period of time, thus turning non profitable the production of tradable goods using technology in the state-of-the-art. It is an obstacle to growth on the demand side, because it limits investment opportunities. The severity of the Dutch disease varies according to the extent of the Ricardian rents involved, i.e., according to the difference between two exchange rate equilibriums: the ‘current’ or market rate and the ‘industrial’ rate - the one that make viable efficient tradable industries. Its main symptoms, besides overvalued currency, are low rates of growth of the manufacturing industry, artificially high real wages, and unemployment. Its neutralization requires managing the exchange rate. The principal instrument for that is a sales or export tax on the commodities that give origin to the Dutch disease. In order to neutralize it policymakers face major political obstacles since it involves taxing exports and reducing wages. Finally, this papers argues that there is an extended concept of Dutch disease: besides having its origin in natural resources, it may arise from cheap labor provided that the ‘wage spread’ in the developing country is considerably larger than in the developed one - a condition that is usually present.

Brain tumor and brain endothelial cells' response to ionizing radiation and phytochemical treatments

Le glioblastome multiforme (GBM) représente la tumeur cérébrale primaire la plus agressive et la plus vascularisée chez l’adulte. La survie médiane après le diagnostic est de moins d’un an en l’absence de traitement. Malheureusement, 90% des patients traités avec de la radiothérapie après la résection chirurgicale d’un GBM développent une récidive tumorale. Récemment, le traitement des GBM avec radiothérapie et témozolomide, un agent reconnu pour ses propriétés antiangiogéniques, a permis de prolonger la survie médiane à 14,6 mois. Des efforts sont déployés pour identifier des substances naturelles capables d’inhiber, de retarder ou de renverser le processus de carcinogenèse. Epigallocatechin-3-gallate (EGCG), un polyphénol retrouvé dans le thé vert, est reconnu pour ses propriétés anticancéreuses et antiangiogéniques. L’EGCG pourrait sensibiliser les cellules tumorales cérébrales et les cellules endothéliales dérivées des tumeurs aux traitements conventionnels. Le chapitre II décrit la première partie de ce projet de doctorat. Nous avons tenté de déterminer si l’EGCG pourrait sensibiliser la réponse des GBM à l’irradiation (IR) et si des marqueurs moléculaires spécifiques sont impliqués. Nous avons documenté que les cellules U-87 étaient relativement radiorésistantes et que Survivin, une protéine inhibitrice de l’apoptose, pourrait être impliquée dans la radiorésistance des GBM. Aussi, nous avons démontré que le pré-traitement des cellules U-87 avec de l’EGCG pourrait annuler l’effet cytoprotecteur d’une surexpression de Survivin et potentialiser l’effet cytoréducteur de l’IR. Au chapitre III, nous avons caractérisé l’impact de l’IR sur la survie de cellules endothéliales microvasculaires cérébrales humaines (HBMEC) et nous avons déterminé si l’EGCG pouvait optimiser cet effet. Bien que les traitements individuels avec l’EGCG et l’IR diminuaient la survie des HBMEC, le traitement combiné diminuait de façon synergique la survie cellulaire. Nous avons documenté que le traitement combiné augmentait la mort cellulaire, plus spécifiquement la nécrose. Au chapitre IV, nous avons investigué l’impact de l’IR sur les fonctions angiogéniques des HBMEC résistantes à l’IR, notamment la prolifération cellulaire, la migration cellulaire en présence de facteurs de croissance dérivés des tumeurs cérébrales, et la capacité de tubulogenèse. La voie de signalisation des Rho a aussi été étudiée en relation avec les propriétés angiogéniques des HBMEC radiorésistantes. Nos données suggèrent que l’IR altère significativement les propriétés angiogéniques des HBMEC. La réponse aux facteurs importants pour la croissance tumorale et l’angiogenèse ainsi que la tubulogenèse sont atténuées dans ces cellules. En conclusion, ce projet de doctorat confirme les propriétés cytoréductrices de l’IR sur les gliomes malins et propose un nouveau mécanisme pour expliquer la radiorésistance des GBM. Ce projet documente pour la première fois l’effet cytotoxique de l’IR sur les HBMEC. Aussi, ce projet reconnaît l’existence de HBMEC radiorésistantes et caractérise leurs fonctions angiogéniques altérées. La combinaison de molécules naturelles anticancéreuses et antiangiogéniques telles que l’EGCG avec de la radiothérapie pourrait améliorer l’effet de l’IR sur les cellules tumorales et sur les cellules endothéliales associées, possiblement en augmentant la mort cellulaire. Cette thèse supporte l’intégration de nutriments avec propriétés anticancéreuses et antiangiogéniques dans le traitement des gliomes malins pour sensibiliser les cellules tumorales et endothéliales aux traitements conventionnels.

The Abuser and the Abused : impropriety in Selected Texts by Jane Austen

Le thème de cette thèse est le droit des femmes à la fin du dix-huitième siècle dans les romans de l’auteure britannique Jane Austen. L’abus psychologique (et parfois physique) entre femmes est omniprésent au moment où le sujet de l’égalité entre hommes et femmes est à son apogée. Depuis la publication du volume Jane Austen and the War of Ideas de Marilyn Butler, on ne limite plus nos interprétations aux significations littéraires des romans, au contraire, elles se multiplient dans les champs culturels, sociaux, économiques... Ceci permet de mieux comprendre l’époque reflétée dans ses oeuvres. Les interactions humaines se compliquent: les mères essayent à tout prix de « vendre » leurs filles à l’homme le plus riche. Pour ce faire, ces mères résistent aux normes patriarcales. De plus, les femmes veuves sont problématiques car leur statut social ne peut pas être défini. Austen peint et critique les veuves autonomes qui essayent vigoureusement d’exercer leurs pouvoirs à travers leur sexualité et en manipulant leur vocabulaire dans le but de monter dans l’échelon social. En fait, les femmes de tous âges et toutes classes essayent de manipuler les autres pour leurs gains personnels. L’obtention de pouvoir fait en sorte que ces femmes compétitives ne créent pas une société inclusive: elles se marginalisent encore plus. Ce combat interne permet d’autant plus aux hommes d’injurier les femmes. Finalement, avec la montée du cinéma de nos jours, les oeuvres d’Austen sont traduites pour atteindre un grand nombre de spectateurs. Parmi la panoplie de films, l’abus est traduit et interprété à différents degrés.

Rôle des récepteurs Toll-like et de la protéine adaptatrice MyD88 dans la régulation de l’hepcidine et le développement des hyposidérémies associées à l’inflammation

Le fer est un oligo-élément nécessaire pour le fonctionnement normal de toutes les cellules de l'organisme et joue un rôle essentiel dans de nombreuses fonctions biologiques. Cependant, le niveau de fer dans le corps doit être bien réglé, sinon la carence en fer entraine des divers états pathologiques tels que l'anémie et la diminution de l’immunité. D'autre part, une surcharge en fer potentialise la multiplication des germes, aggrave l’infection et la formation de radicaux libres ayant des effets toxiques sur les cellules et leurs composants, ce qui favorise les maladies cardio-vasculaires, l'inflammation et le cancer. L'hepcidine (HAMP), un régulateur négatif de l'absorption du fer, induit la dégradation de la ferroportine (FPN), le seul exportateur connu de fer ce qui réduit sa libération par les macrophages et inhibe son absorption gastro-intestinale. HAMP est synthétisé principalement par les hépatocytes, mais aussi par les macrophages. Cependant, il y a très peu de données sur la façon dont HAMP est régulé au niveau des macrophages. Plus récemment, nous avons constaté que l’induction de l’hepcidin dans le foie par le polysaccharide (LPS) est dépendante de la voie de signalisation médiée par « Toll-like receptor 4 » (TLR4). Grâce au TLR4, le LPS induit l'activation des macrophages qui sécrètent de nombreuses différentes cytokines inflammatoires, y compris Interleukine 6 (IL-6), responsable de l'expression de HAMP hépatique. Dans le premier chapitre de la présente étude, nous avons étudié la régulation de HAMP dans la lignée cellulaire macrophagique RAW264.7 et dans les macrophages péritonéaux murins stimulés par différents ligands des TLRs. Nous avons constaté que TLR2 et TLR4 par l'intermédiaire de la protéine adaptatrice « myeloid differentiation primary response gene 88 » (MyD88) activent l'expression de HAMP dans les cellules RAW264.7 et les macrophages péritonéaux sauvages murins, tandis que cette expression a été supprimée dans les macrophages isolés des souris TLR2-/-, TLR4-déficiente ou MyD88-/-. En outre, nous avons constaté que la production d'IL-6 par les cellules RAW264.7 stimulées avec du LPS a été renforcée par l’ajout des quantités élevées de fer dans le milieu de culture. Au cours de l’inflammation, le niveau de HAMP est fortement augmenté. Ainsi, lorsque l'inflammation persiste, l’expression de HAMP continue à être activée par des cytokines pro-inflammatoires conduisant à une hyposidérémie. Malgré que cette dernière soit considérée comme une défense de l'hôte pour priver les micro-organismes de fer, celle ci cause un développement d'anémies nommées anémies des maladies chroniques. Ainsi, dans le deuxième chapitre de la présente étude, nous avons étudié l'implication des TLRs et leurs protéines adaptatrices MyD88 et TIR-domain-containing adapter-inducing interferon-β (TRIF) dans le développement des hyposidérémies. En utilisant des souris déficientes en MyD88 et TRIF, nous avons montré que les voies de signalisations MyD88 et TRIF sont essentielles pour l’induction de HAMP par le LPS. Malgré l'absence de HAMP, les souris déficientes ont été capables de développer une hyposidérémie, mais la réponse des souris déficientes en MyD88 a été très légère, ce qui indique l'exigence de cette protéine pour assurer une réponse maximale au LPS. En outre, nous avons constaté que la signalisation MyD88 est nécessaire pour le stockage du fer au niveau de la rate, ainsi que l'induction de lipocaline 2 (LCN2), qui est une protéine impliquée dans la fixation du fer pour limiter la croissance bactérienne. Indépendamment de MyD88 ou TRIF, l'activation de TLR4 et TLR3 a conduit, au niveau de la rate, à une diminution rapide de l’expression de FPN et du « Human hemochromatosis protein » (HFE) qui est une protéine qui limite la séquestration du fer cellulaire à partir de la circulation. Cependant, malgré cette baisse d’expression, le manque de la signalisation MyD88 a altéré de manière significative la réponse hyposidérémique. En établissant le rôle des TLRs et de la protéine adaptatrice MyD88 dans la diminution du taux du fer sérique au cours de la réponse inflammatoire, nous avons remarqué qu’en réponse au surcharge en fer les souris déficientes en MyD88 accumulent de manière significative plus de fer hépatique par rapport aux souris sauvages, et cela indépendamment des TLRs. Ainsi, dans le troisième chapitre de la présente étude, nous avons étudié le phénotype observé chez les souris déficientes en MyD88. Nous avons trouvé que l'expression de HAMP chez ces souris a été plus faible que celle des souris de type sauvage. Pour cela, nous avons exploré la signalisation à travers la voie du « Bone Morphogenetic Proteins 6 » (BMP6) qui est considérée comme étant la voie fondamentale de la régulation de HAMP en réponse aux concentrations du fer intracellulaires et extracellulaires et nous avons trouvé que l'expression protéique de Smad4, un régulateur positif de l'expression de HAMP, est significativement plus faible chez les souris MyD88-/- par rapport aux souris sauvages. En outre, on a montré que MyD88 interagit avec « mothers against decapentaplegic, Drosophila, homolog 4 » (Smad4) et que cette interaction est essentielle pour l’induction de HAMP à travers la voie BMP6. En conclusion, notre étude montre que l'expression de HAMP dans les macrophages est régulée principalement par TLR2 et TLR4 à travers la voie MyD88 et que l'accumulation du fer dans les macrophages peut affecter les niveaux des cytokines pro-inflammatoires. En outre, nos analyses démontrent que le développement d’hyposidérémie en réponse au LPS se produit par l'intermédiaire d’un mécanisme dépendant de MyD88 qui est dissociée de la production de cytokines et de HAMP. En plus, nos recherches montrent que MyD88 est nécessaire pour l'expression de Smad4 et cela pour garantir une réponse optimale à travers la signalisation BMP6, conduisant ainsi à une expression adéquate de HAMP. Enfin, la protéine MyD88 joue un rôle crucial dans, la régulation de HAMP au niveau des macrophages, la diminution du taux du fer sérique en réponse au LPS et le maintien de l'homéostasie du fer.

Séquestration du carbone atmosphérique dans la biomasse racinaire de plantations de saules

Le cycle du carbone (C) est, depuis la révolution industrielle, déstabilisé par l’introduction dans l’atmosphère de C autrefois fossilisé. Certaines mesures de mitigation prometteuses impliquent la séquestration accrue du CO2 atmosphérique dans les sols via le développement du réseau racinaire des arbres. Ce projet de recherche visait à : 1) quantifier la biomasse racinaire ligneuse produite annuellement par unité de surface par le Salix miyabeana cultivé en régie intensive à courtes rotations, 2) doser la concentration en C et en N des racines de saule en fonction de leur profondeur et de leur diamètre et 3) déterminer l’influence des propriétés pédoclimatiques du milieu sur la séquestration du carbone organique (Corg) par les racines. Pour y arriver, six souches de saules ont été excavées à partir de huit sites (n=48) et neuf carottes de recolonisation ont été implantées à cinq sites (n=45) pour évaluer la productivité racinaire fine. Les échantillons séchés ont été pesés pour quantifier la biomasse racinaire produite, et ont été analysés pour le C et le N. La productivité en biomasse racinaire ligneuse du saule en plantation pour tout le réseau d'échantillonnage varie de 0,7 – 1,8 Mg/ha/an. La proportion de C dans la biomasse racinaire s’étend de 31,3% à 50,4% et sa variance dans les tissus est expliquée par le diamètre racinaire et par les conditions environnementales des sites de provenance. Les conditions climatiques constituent la principale influence sur la production de biomasse racinaire. La variance de la biomasse racinaire est significativement contrôlée (p :0,004) par la quantité de précipitation de l’été et de l’année qui contrôlent ensemble 83,4 % du r2 ajusté. La précipitation de l’été est inversement liée à la productivité racinaire puisque les protéines expansines des racines sont stimulées par les carences hydriques du sol. La production de racines fines des plantations (1,2 à 2,4 Mg/ha/an) est, elle, plus fortement contrôlée par les conditions pédologiques du site qui expliquent 36,5% de la variance de productivité des racines fines contre 37,5% de la variance expliquée par les facteurs pédoclimatiques. Le P et le N du sol ont des rôles prépondérants sur la production de racines fines. Une disponibilité en P accrue dans le sol stimule la biomasse racinaire fine alors qu’une quantité supérieure de N dans le sol limite la croissance racinaire tout en favorisant la croissance des parties aériennes de la plante. Ce projet a permis d’améliorer notre compréhension des conditions pédologiques et climatiques qui engendrent, au Québec méridional, une productivité et une séquestration en Corg accrue dans le réseau racinaire du saule.

Influence of Selected Dietary Micronutrient Elements on Growth and Biochemistry of Farmed Prawns

From the present study, it is clear that all the three metals, selenium, molybdenum and cobalt have significant effect on the antioxidant status of the shrimps. Selenium and molybdenum were observed to induce peroxidative damage at elevated levels. But at the same level, cobalt did not show such an effect. Selenium was found to be growth promoting at lower levels of dietary supplementation. Even though low levels of dietary selenium had a protective effect against the lipid peroxidation, the present study indicates that high levels of dietary selenium could promote lipid peroxidation. The selenium-dependent antioxidant enzyme, GPx behaved differently in muscle and hepatopancreas. A high concentration of selenium was required for the active expression of the enzyme in the muscle, where as in hepatopancreas maximum activity was observed at lower selenium concentration. Selenium supplementation had a positive effect on GSH concentration. The other antioxidant enzymes such as GST, SOD and CAT showed enhanced activity at higher concentration of selenium. Molybdenum supplementation significantly reduced the free radical scavenger enzymes SOD and CAT. This resulted in enhanced lipid peroxidation in tissues. The activity of antioxidant enzyme GPx and the concentration of the substrate for the enzyme, GSH also were lower at elevated levels of molybdenum supplementation. In addition to this amino acids and fatty acids were also altered in molybdenum supplemented groups. In trace amounts, dietary molybdenum exerts a beneficial effect on the growth and also in the activities of the enzymes XO and SO. At the same time it also indicates a possibility of oxidative damage as a result of the peroxidation caused by the activities of the enzymes SO and XO at elevated concentrations of molybdenum is also indicated. The absorption of various trace elements was also altered by molybdenum supplementation.Among the three metals studied, cobalt was the least toxic one at the administered levels. But this metal has a significant effect on the lipid content, amino acid composition, cholesterol levels and phospholipid levels. Increased growth was also observed as a result of cobalt supplementation in shrimps. The antioxidant system of the animal was activated by dietary cobalt. Tissue levels of the trace metals were also found to be altered in cobalt supplemented groups of shrimps.These studies, thus shows that influence of dietary trace metals calls for more detailed studies in farmed shrimp. They may hold the key to growth and even disease resistance in shrimp. But this still remains as a virgin field which demands more attention, especially in view of the increasing importance of shrimp farming.

Modelling the growth and movement of cyanobacteria in river systems

Bloom-forming and toxin-producing cyanobacteria remain a persistent nuisance across the world. Modelling of cyanobacteria in freshwaters is an important tool for understanding their population dynamics and predicting the location and timing of the bloom events in lakes and rivers. In this article, a new deterministic model is introduced which simulates the growth and movement of cyanobacterial blooms in river systems. The model focuses on the mathematical description of the bloom formation, vertical migration and lateral transport of colonies within river environments by taking into account the four major factors that affect the cyanobacterial bloom formation in freshwaters: light, nutrients, temperature and river flow. The model consists of two sub-models: a vertical migration model with respect to growth of cyanobacteria in relation to light, nutrients and temperature; and a hydraulic model to simulate the horizontal movement of the bloom. This article presents the model algorithms and highlights some important model results. The effects of nutrient limitation, varying illumination and river flow characteristics on cyanobacterial movement are simulated. The results indicate that under high light intensities and in nutrient-rich waters colonies sink further as a result of carbohydrate accumulation in the cells. In turbulent environments, vertical migration is retarded by vertical velocity component generated by turbulent shear stress. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Exploring the spatial variation of take-all (Gaeumannomyces graminis var. tritici) for site-specific management

The fungus Gaeumannomyces graminis var. tritici (Ggt), commonly known as the take-all fungus, causes damage to roots of wheat and barley that limits crop growth and causes loss of yield. There was little knowledge on the within-field spatial variation of take-all and relations with features in the growing crop, selected soil properties and spectral information from remotely sensed imagery. Geostatistical analyses showed that take-all, chlorosis and leaf area index had similar patchy distributions. Many of the spectral bands from a hyperspectral image also had similar spatial patterns to take-all and chlorosis. Relations between take-all and mineral nitrogen, elevation and pH were generally weaker.

Linking molecular and population stress responses in Daphnia magna exposed to cadmium

DNA microarrays can be used to measure environmental stress responses. If they are to be predictive of environmental impact, we need to determine if altered gene expression translates into negative impacts on individuals and populations. A large cDNA microarray (14000 spots) was created to measure molecular stress responses to cadmium in Daphnia magna,the most widely used aquatic indicator species, and relate responses to population growth rate (pgr). We used the array to detect differences in the transcription of genes in juvenile D. magna (24 h old) after 24 h exposure to a control and three cadmium concentrations (6, 20, and 37 mu g Cd2+ L-1). Stress responses at the population level were estimated following a further 8 days exposure. Pgr was approximately linear negative with increasing cadmium concentration over this range. The microarray profile of gene expression in response to acute cadmium exposure begins to provide an overview of the molecular responses of D. magna, especially in relation to growth and development. Of the responding genes, 29% were involved with metabolism including carbohydrate, fat and peptide metabolism, and energy production, 31% were involved with transcription/translation, while 40% of responding genes were associated with cellular processes like growth and moulting, ion transport, and general stress responses (which included oxidative stress). Our production and application of a large Daphnia magna microarray has shown that measured gene responses can be logically linked to the impact of a toxicant such as cadmium on somatic growth and development, and consequently pgr.

Enhanced sensitivity to rapamycin following long-term oestrogen deprivation in MCF-7, T-47-D and ZR-75-1 human breast cancer cells

Human breast cancer cells (MCF-7, T-47-D and ZR-75-1) can adapt to circumvent any reduced growth rate during long-term oestrogen deprivation, and this provides three model systems to investigate mechanisms of endocrine resistance in breast cancer. In this paper we report consistent differences in the effects of three growth inhibitors following long-term oestrogen deprivation in all three cell models. Long-term oestrogen deprivation of MCF-7, T-47-D and ZR-75-1 cells resulted in reduced growth inhibition by PD98059 (2–10 µg/ml), implying a loss of dependence on mitogen-activated protein kinase pathways for growth. The growth inhibitor LY294002 (2–10 µM) inhibited growth of both oestrogen-maintained and oestrogen-deprived cells with similar dose–responses, implying continued similar dependence on phosphoinositide 3-kinase (PI3K) pathways with no alteration after adaptation to oestrogen independent growth. However, by contrast, long-term oestrogen deprivation resulted in an increased sensitivity to growth inhibition by rapamycin, which was not reduced by readdition of oestradiol. The enhanced inhibition of long-term oestrogen-deprived MCF-7-ED, T-47-D-ED and ZR-75-1-ED cell growth by combining rapamycin with LY294002 at concentrations where each alone had little effect, offers preclinical support to the development of therapeutic combinations of rapamycin analogues with other PI3K inhibitors in endocrine-resistant breast cancer.

Crosstalk with insulin and dependence on PI3K/Akt/mTOR rather than MAPK pathways in upregulation of basal growth following long-term oestrogen deprivation in three human breast cancer cell lines

Background: MCF-7, T-47-D, ZR-75-1 human breast cancer cell lines are dependent on oestrogen for growth but can adapt to grow during long-term oestrogen deprivation. This serves as a model for identification of therapeutic targets in endocrine-resistant breast cancer. Methods: An overlooked complication of this model is that it involves more than non-addition of oestrogen, and inadequate attention has been given to separating molecular events associated with each of the culture manipulations. Results: Insulin and oestradiol were shown to protect MCF-7 cells against upregulation of basal growth, demonstrating a crosstalk in the growth adaptation process. Increased phosphorylation of p44/42MAPK and c-Raf reflected removal of insulin from the medium and proliferation of all three cell lines was inhibited to a lesser extent by PD98059 and U0126 following long-term oestrogen/insulin withdrawal, demonstrating a reduced dependence on the MAPK pathway. By contrast, long-term oestrogen/insulin deprivation did not alter levels of phosphorylated Akt and did not alter the dose-response of growth inhibition with LY294002 in any of the three cell lines. The IGF1R inhibitor picropodophyllin inhibited growth of all MCF-7 cells but only in the long-term oestrogen/insulin-deprived cells was this paralleled by reduction in phosphorylated p70S6K, a downstream target of mTOR. Long-term oestrogen/insulin-deprived MCF-7 cells had higher levels of phosphorylated p70S6K and developed increased sensitivity to growth inhibition by rapamycin. Conclusions: The greater sensitivity to growth inhibition by rapamycin in all three cell lines following long-term oestrogen/insulin deprivation suggests rapamycin-based therapies might be more effective in breast cancers with acquired oestrogen resistance. Keywords Akt, breast cancer cells, endocrine resistance, insulin, MAPK, MCF-7 cells, mTOR, oestrogen, oestrogen-deprived, PI3K, picropodophyllin, rapamycin, T-47-D cells, ZR-75-1 cells