Efecto farmacológico de inhibidores de calmodulina sobre los niveles de RNAm de prolactina incrementados por el 17 b-estradiol [por] Rosa Patricia Hernández Torres

Tesis (Maestría en Ciencias con Especialidad en Biología Molecular e Ingeniería Genética) U.A.N.L.

Análise de cDNAs identificados em bibliotecas substrativas de cDNA para floração de variedades de cana-de-açúcar cultivadas no Rio Grande do Norte(RN): fator de transição NAC, Calmodulina e Fosfatidiltransferase

The flowering is a physiological process that it is vital for plants. This physiological process has been well studied in the plant model Arabidopsis, but in sugarcane this process is not well known. The transition of the shoot apical meristem from vegetative to flowering is a critical factor for plant development. At Brazil northeastern region, the transition to flowering in sugarcane has an important effect as it may reduce up to 60% its production. This is a consequence of the sugar translocation from stalks to the shoot apical meristem which is necessary during the flowering process. Therefore, the aim of this work was to explore and analyze cDNAs previously identified using subtractive cDNA libraries. The results showed that these cDNAs showed differential expression profile in varieties of sugarcane (early x late flowering). The in silico analysis suggested that these cDNAs had homology to calmodulin, NAC transcription factor and phosphatidylinositol, a SEC14, which were described in the literature as having a role in the process of floral development. To better understand the role of the cDNA homologous to calmodulin, tobacco plants were transformed with overexpression cassettes in sense and antissense orientation. Plants overexpressing the cassette in sense orientation did not flowered, while plants overexpressing the cassette in the antissense orientation produced flowers. The data obtained in this study suggested the possible role from CAM sequence, SEC14 and NAC in the induction/floral development pathway in sugarcane, this is the first study in order to analyze these genes in the sugarcane flowering process.

Estudos funcionais da rgs-CaM, uma calmodulina envolvida na supressão de silenciamento por RNA

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Disfunção miocárdica e alterações no trânsito de cálcio intracelular em ratos obesos

FUNDAMENTO: Vários mecanismos têm sido propostos contribuir para a disfunção cardíaca em modelos de obesidade, tais como alterações nas proteínas do trânsito de cálcio (Ca+2) e nos receptores beta-adrenérgicos. Todavia, o papel desses fatores no desenvolvimento da disfunção miocárdica induzida pela obesidade ainda não está claro. OBJETIVO: Este estudo pretende investigar se a obesidade induzida por um ciclo de dieta hipercalóricas resulta em disfunção cardíaca. Além disso, foi avaliado se essa alteração funcional em ratos obesos está relacionada com o prejuízo do trânsito de Ca+2 e do sistema beta-adrenérgico. MÉTODOS: Ratos Wistar machos, 30 dias de idade, foram alimentados com ração padrão (C) e um ciclo de cinco dietas hipercalóricas (Ob) por 15 semanas. A obesidade foi definida pelo aumento da porcentagem de gordura corporal dos ratos. A função cardíaca foi avaliada mediante análise isolada do músculo papilar do ventrículo esquerdo em condições basais e após manobras inotrópicas e lusitrópicas. RESULTADOS: Em comparação com o grupo controle, os ratos obesos apresentaram aumento da gordura corporal e intolerância a glicose. Os músculos dos ratos obesos desenvolveram valores basais semelhantes; entretanto, as respostas miocárdicas ao potencial pós-pausa e aumento de Ca+2 extracelular foram comprometidas. Não houve alterações na função cardíaca entre os grupos após a estimulação beta-adrenérgica. CONCLUSÃO: A obesidade promove disfunção cardíaca relacionada com alterações no trânsito de Ca+2 intracelular. Esse prejuízo funcional é provavelmente ocasionado pela redução da atividade da bomba de Ca+2 do retículo sarcoplasmático (SERCA2a) via Ca+2 calmodulina-quinase.

Active transport of proton and calcium in higher plant cells.

Membrane transport of proton and calcium (Ca2+) plays a fundamental role in growth and developmental processes in higher plant cells. The plasma membrane contains an ATPase (P-ATPase) that pumps protons into the extracellular space, whereas two proton pumps, a vacuolar-type ATPase (V-ATPase) and a pyrophosphatase (H+-PPase) are associated with the tonoplast and pump protons into the vacuole. The P-ATPase, V-ATPase and H+-PPase catalyse electrogenic H+-translocation, giving rise to a proton motive force used to transport different molecules, via specific transport proteins (channels or carriers: H+-symport or H+-antiport), across the plasma membrane and the tonoplast

Calmodulin Regulates Intracellular Trafficking of Epidermal Growth Factor Receptor and the MAPK Signaling Pathway

The epidermal growth factor receptor (EGFR) is a member of the tyrosine kinase receptor family involved in signal transduction and the regulation of cellular proliferation and differentiation. It is also a calmodulin-binding protein. To examine the role of calmodulin in the regulation of EGFR, the effect of calmodulin antagonist, W-13, on the intracellular trafficking of EGFR and the MAPK signaling pathway was analyzed. W-13 did not alter the internalization of EGFR but inhibited its recycling and degradation, thus causing the accumulation of EGF and EGFR in enlarged early endosomal structures. In addition, we demonstrated that W-13 stimulated the tyrosine phosphorylation of EGFR and consequent recruitment of Shc adaptor protein with EGFR, presumably through inhibition of the calmodulin-dependent protein kinase II (CaM kinase II). W-13¿mediated EGFR phosphorylation was blocked by metalloprotease inhibitor, BB94, indicating a possible involvement of shedding in this process. However, MAPK activity was decreased by W-13; dissection of this signaling pathway showed that W-13 specifically interferes with Raf-1 activity. These data are consistent with the regulation of EGFR by calmodulin at several steps of the receptor signaling and trafficking pathways.

Neuronal survival induced by neurotrophins requires calmodulin

It has been reported that phosphoinositide 3-kinase (PI 3-kinase) and its downstream target, protein kinase B (PKB), play a central role in the signaling of cell survival triggered by neurotrophins (NTs). In this report, we have analyzed the involvement of Ca2+ and calmodulin (CaM) in the activation of the PKB induced by NTs. We have found that reduction of intracellular Ca2+ concentration or functional blockade of CaM abolished NGF-induced activation of PKB in PC12 cells. Similar results were obtained in cultures of chicken spinal cord motoneurons treated with brain-derived neurotrophic factor (BDNF). Moreover, CaM inhibition prevented the cell survival triggered by NGF or BDNF. This effect was counteracted by the transient expression of constitutive active forms of the PKB, indicating that CaM regulates NT-induced cell survival through the activation of the PKB. We have investigated the mechanisms whereby CaM regulates the activation of the PKB, and we have found that CaM was necessary for the proper generation and/or accumulation of the products of the PI 3-kinase in intact cells.

The membrane-permeable calmodulin inhibitors (W-7/W-13) bind to membranes changing the electrostatic surface potential. Dual effect of W-13 on EGFR activation

Membrane-permeable calmodulin inhibitors, such as the napthalenesulfonamide derivatives W-7/W-13, trifluoperazine, and calmidazolium, are used widely to investigate the role of calcium/calmodulin (Ca2+/CaM) in living cells. If two chemically different inhibitors (e.g. W-7 and trifluoperazine) produce similar effects, investigators often assume the effects are due to CaM inhibition. Zeta potential measurements, however, show that these amphipathic weak bases bind to phospholipid vesicles at the same concentrations as they inhibit Ca 2 /CaM; this suggests that they also bind to the inner leaflet of the plasma membrane, reducing its negative electrostatic surface potential. This change will cause electrostatically bound clusters of basic residues on peripheral (e.g. Src and K-Ras4B) and integral (e.g. epidermal growth factor receptor (EGFR)) proteins to translocate from the membrane to the cytoplasm. We measured inhibitor-mediated translocation of a simple basic peptide corresponding to the calmodulin-binding juxtamembrane region of the EGFR on model membranes; W-7/W-13 causes translocation of this peptide from membrane to solution, suggesting that caution must be exercised when interpreting the results obtained with these inhibitors in living cells. We present evidence that they exert dual effects on autophosphorylation of EGFR;W-13 inhibits epidermal growth factordependent EGFR autophosphorylation under different experimental conditions, but in the absence of epidermal growth factor, W-13 stimulates autophosphorylation of the receptor in four different cell types. Our interpretation is that the former effect is due toW-13inhibition of Ca 2 /CaM, but thelatter results could be due to binding of W-13 to the plasma membrane.

Parâmetros bioquímicos de alterações do citoesqueleto no modelo experimental da doença do Xarope do Bordo

A Doença do Xarope do Bordo (DXB) é um erro inato do metabolismo causado pela deficiência na atividade do complexo desidrogenase dos cetoácidos de cadeia ramificada, levando ao acúmulo de concentrações milimolares dos seguintes α-cetoácidos de cadeia ramificada (CACR): ácidos α-cetoisocapróico (CIC), α-ceto-β-metilvalérico (CMV), α-cetoisovalérico (CIV) e dos seus aminoácidos precursores, leucina, isoleucina e valina em tecidos de pacientes afetados. Essa doença é caracterizada por severos sintomas neurológicos que incluem edema e atrofia cerebral, entretanto, os mecanismos envolvidos na neuropatologia da DXB ainda não são bem estabelecidos. Neste trabalho utilizamos um modelo experimental de DXB com o objetivo de verificar os efeitos dos CACR que se acumulam nessa desordem neurodegenerativa sobre o citoesqueleto de células neurais de ratos. Nesse modelo fatias de córtex cerebral de ratos de diferentes idades, ou culturas de células neurais foram incubados com concentrações variando de 0,1 a 10 mM de cada metabólito. Inicialmente demonstramos que o CIC, CMV e CIV inibiram a captação de glutamato em fatias de córtex cerebral de ratos durante o desenvolvimento. O CIC inibiu a captação de glutamato em ratos de 9, 21 e 60 dias de idade, enquanto o CMV e o CIV inibiram a captação de glutamato em animais de 21 e 60 dias. Observamos que o CIC alterou a fosforilação de proteínas do citoesqueleto de um modo dependente do desenvolvimento através de receptores glutamatérgicos ionotrópicos em fatias de córtex cerebral de ratos. O metabólito causou diminuição da fosforilação dos filamentos intermediários (FI) em ratos de 9 dias de idade e aumento dessa fosforilação em animais de 21 dias de vida. Também demonstramos que em animais de 9 dias de idade o efeito do CIC foi mediado pelas proteínas fosfatases PP2A e principalmente pela PP2B, uma proteína fosfatase dependente de cálcio, enquanto que em animais de 21 dias de idade o efeito deste metabólito foi mediado pela proteína quinase dependente de AMP cíclico (PKA) e pela proteína quinase dependente de cálcio e calmodulina (PKCaMII). Além disso, verificamos que o CIC promoveu um aumento nos níveis intracelulares dos segundos mensageiros AMPc e Ca2+. O aumento do Ca2+ intracelular provocado pelo CIC foi demonstrado pelo uso de bloqueadores específicos de canais de cálcio dependentes de voltagem tipo L, por exemplo, nifedipina, canais de cálcio dependentes de ligantes, por exemplo, NMDA e de quelantes de cálcio intracelular, por exemplo, BAPTA-AM. Por outro lado, o CMV aumentou a fosforilação de FI somente em ratos de 12 dias de idade, sendo esse efeito mediado por receptores GABAérgicos do tipo A e B, desencadeando a ativação das proteínas quinases PKA e PKCaMII. É importante salientar que o CIV não alterou a atividade do sistema fosforilante em nenhuma das idades estudadas. Além dos efeitos causados pelos CACR que se acumulam na DXB sobre a atividade do sistema fosforilante associado aos FI em fatias de córtex cerebral de ratos, demonstramos que esses metabólitos foram capazes de alterar a fosforilação da proteína glial fibrilar ácida (GFAP) na linhagem de glioma C6. Essa alteração de fosforilação causou uma reorganização do citoesqueleto de GFAP e um aumento no imunoconteúdo da GFAP na fração citoesquelética. Também verificamos que o CIC, o CMV e o CIV, em concentrações encontradas em pacientes portadores de DXB, levaram a uma reorganização dos filamentos de GFAP e do citoesqueleto de actina de astrócitos em cultura, causando uma importante alteração na morfologia destas células. As alterações do citoesqueleto levaram a morte celular progressiva quando os astrócitos foram expostos por várias horas aos metabólitos. Demonstramos também que os efeitos dos CACR sobre a morfologia dos astrócitos foram desencadeados por mecanismos de membrana que diminuíram a atividade da Rho GTPase. Esse mecanismo foi evidenciado utilizando-se ácido lisofosfatídico (LPA), um ativador específico da RhoA, o qual preveniu os efeitos causados pelos CACR em culturas de astrócitos. É importante salientar que as alterações morfológicas e a morte celular induzida pelos CACR em culturas de astrócitos foram totalmente evitadas com a suplementação de creatina às culturas. Também verificamos que a atividade da creatina quinase foi inibida pelos metabólitos, indicando que a homeostase energética provavelmente estaria envolvida nos efeitos causados pelos CACR. XI Sabe-se que as alterações do citoesqueleto estão relacionadas com inúmeras doenças neurodegenerativas. Portanto, é provável que as alterações causadas pelos CACR nos mecanismos de membrana que regulam níveis de segundos mensageiros intracelulares e cascatas de sinalização celular, na perda do equilíbrio fisiológico do sistema fosforilante associado ao citoesqueleto e conseqüentemente na sua reorganização, possam ter importantes conseqüências para a função neural. Com base nos presentes resultados demonstramos que os CACR que se acumulam na DXB levam à desorganização do citoesqueleto em um modelo experimental podendo ser uma contribuição importante para o estudo da patogênese do sistema nervoso central característica dos pacientes portadores de DXB.

Disfunção miocárdica e alterações no trânsito de cálcio intracelular em ratos obesos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Análise proteômica diferencial de Trypanosoma cruzi na presença de substâncias extraídas de plantas da família piperaceae

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Obtenção de uma nova proteína recombinante componente do complexo telemérico LAGT1 de Leishmania Amazonensis

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Computational Modeling of Cardiac Excitation-Contraction Coupling in Physiological and Pathological Conditions

The cardiomyocyte is a complex biological system where many mechanisms interact non-linearly to regulate the coupling between electrical excitation and mechanical contraction. For this reason, the development of mathematical models is fundamental in the field of cardiac electrophysiology, where the use of computational tools has become complementary to the classical experimentation. My doctoral research has been focusing on the development of such models for investigating the regulation of ventricular excitation-contraction coupling at the single cell level. In particular, the following researches are presented in this thesis: 1) Study of the unexpected deleterious effect of a Na channel blocker on a long QT syndrome type 3 patient. Experimental results were used to tune a Na current model that recapitulates the effect of the mutation and the treatment, in order to investigate how these influence the human action potential. Our research suggested that the analysis of the clinical phenotype is not sufficient for recommending drugs to patients carrying mutations with undefined electrophysiological properties. 2) Development of a model of L-type Ca channel inactivation in rabbit myocytes to faithfully reproduce the relative roles of voltage- and Ca-dependent inactivation. The model was applied to the analysis of Ca current inactivation kinetics during normal and abnormal repolarization, and predicts arrhythmogenic activity when inhibiting Ca-dependent inactivation, which is the predominant mechanism in physiological conditions. 3) Analysis of the arrhythmogenic consequences of the crosstalk between β-adrenergic and Ca-calmodulin dependent protein kinase signaling pathways. The descriptions of the two regulatory mechanisms, both enhanced in heart failure, were integrated into a novel murine action potential model to investigate how they concur to the development of cardiac arrhythmias. These studies show how mathematical modeling is suitable to provide new insights into the mechanisms underlying cardiac excitation-contraction coupling and arrhythmogenesis.

Posibles funciones de la familia génica de la glutamato descarboxilasa en Populus

Aunque hace más de 50 años que se describió que la glutamato descarboxilasa (GAD) lleva a cabo la descarboxilación del glutamato para producir GABA, y en animales ha sido muy estudiada debido al papel del GABA como neurotransmisor, la información disponible sobre las GADs de plantas es aún limitada, conociéndose sólo algunos aspectos de la regulación por calcio de su actividad enzimática o de expresión de algunos de los genes de su familia génica. El GABA es un metabolito que tradicionalmente se ha asociado a estrés, pero su papel en plantas todavía no está claro. En las últimas dos décadas los resultados experimentales obtenidos sobre la GAD y el GABA, destacando las alteraciones fenotípicas mostradas por plantas tratadas con GABA y por plantas transgénicas para GAD, han generado preguntas interesantes sobre el posible papel de este metabolito y la enzima en señalización en plantas. En plantas, son varios los papeles que se han propuesto para el metabolismo del GABA tales como su participación como componente del metabolismo del carbono y del nitrógeno (Fait y col., 2008), protección frente especies reactivas de oxigeno (Liu y col., 2011), regulación de la expresión génica incluyendo la regulación de genes implicados en la síntesis de hormonas (Khatiresan y col., 1997; Shi y col., 2010; Lancien y Roberts, 2006) y señalización a larga distancia (Beuve y col., 2004) y en gradiente guiando el crecimiento del tubo polínico (Palanivelu y col., 2013). Nuestro grupo de investigación ha sugerido un papel novedoso para la producción de GABA durante la xilogénesis en pino (Molina-Rueda y col., 2010, 2015). En base a estos antecedentes, los objetivos planteados para este trabajo han sido: la asignación de posibles funciones a las GADs de Populus en condiciones normales de crecimiento y en estrés abióticos, estudiar la adquisición del dominio de unión a calmodulina (CaMBD) de las GADs de plantas vasculares y analizar el efecto del GABA y del glutamato en las raíces de Populus. Las conclusiones que se derivan de los resultados de este trabajo se detallan a continuación. El dominio de unión a calmodulina de la GAD de plantas esta conservado en GADs de plantas consideradas ancestros de plantas vasculares y ausente en plantas no vasculares, lo que sitúa juntos en la evolución los eventos de adquisición del dominio de unión a CaM y el desarrollo del tejido vascular de plantas. Los resultados similares de la localización de GABA en xilema y una expresión GAD asociada a la formación de madera de reacción tanto en pino como en chopo apuntan a un papel relevante de la producción de GABA durante la xilogénesis en leñosas. La familia génica GAD posee seis genes codificando todos ellos para proteínas aparentemente funcionales y susceptibles de ser reguladas por calcio. Esta familia génica ha sufrido duplicaciones y eventos de especialización durante la evolución de Populus. Este trabajo ha posibilitado la asociación entre papeles específicos y los diferentes genes de esta familia. Beuvé N, Rispail N, Laine P, Cliquet J-B, Ourry A, Deunff F (2004) Putative role of Υ-aminobutyric acid as a long-distance signal in up-regulation of nitrate uptake in Brassica napus L. Plant Cell Environ. 27: 1035-1046 Fait A, Fromm H, Walter D, Galili G, Fernie AR (2008) Highway or byway: the metabolic role of the GABA shunt in plants. Trends in plant science 13: 14-19 Kathiresan A, Tung P, Chinnappa CC, Reid DM (1997) gamma-Aminobutyric acid stimulates ethylene biosynthesis in sunflower. Plant Physiol. 115: 129-135 Lancien M, Roberts MR (2006) Regulation of Arabidopsis thaliana 14-3-3 gene expression by ϒ-aminobutyric acid. Plant Cell Environ. 29: 1430-1436 Liu C, Zhao L, Yu G (2011) The dominant glutamic acid metabolic flux to produce gamma-amino butyric acid over proline in Nicotiana tabacum leaves under water stress relates to its significant role in antioxidant activity. Journal of integrative plant biology 53: 608-618 Molina-Rueda JJ, Pascual MB, Canovas FM, Gallardo F (2010) Characterization and developmental expression of a glutamate decarboxylase from maritime pine. Planta 232: 1471-1483 Molina-Rueda, J.J. y col., 2015. A putative role for γ-aminobutyric acid (GABA) in vascular development in pine seedlings. Planta 241: 257-267 Palanivelu R, Brass L, Edlund AF, D P (2003) Pollen tube growth and guidance is regulated by POP2, an Arabidopsis gene that controls GABA levels. Cell 114: 47-59 Shi SQ, Shi Z, Jiang ZP, Qi LW, Sun XM, Li CX, Liu JF, Xiao WF, Zhang SG (2010) Effects of exogenous GABA on gene expression of Caragana intermedia roots under NaCl stress: regulatory roles for H2O2 and ethylene production. Plant, cell & environment 33: 149-162