Regulation of mitochondrial division by the Drp1 receptors

Mitochondria can remodel their membranes by fusing or dividing. These processes are required for the proper development and viability of multicellular organisms. At the cellular level, fusion is important for mitochondrial Ca2+ homeostasis, mitochondrial DNA maintenance, mitochondrial membrane potential, and respiration. Mitochondrial division, which is better known as fission, is important for apoptosis, mitophagy, and for the proper allocation of mitochondria to daughter cells during cellular division.

The functions of proteins involved in fission have been best characterized in the yeast model organism Sarccharomyces cerevisiae. Mitochondrial fission in mammals has some similarities. In both systems, a cytosolic dynamin-like protein, called Dnm1 in yeast and Drp1 in mammals, must be recruited to the mitochondrial surface and polymerized to promote membrane division. Recruitment of yeast Dnm1 requires only one mitochondrial outer membrane protein, named Fis1. Fis1 is conserved in mammals, but its importance for Drp1 recruitment is minor. In mammals, three other receptor proteins—Mff, MiD49, and MiD51—play a major role in recruiting Drp1 to mitochondria. Why mammals require three additional receptors, and whether they function together or separately, are fundamental questions for understanding the mechanism of mitochondrial fission in mammals.

We have determined that Mff, MiD49, or MiD51 can function independently of one another to recruit Drp1 to mitochondria. Fis1 plays a minor role in Drp1 recruitment, suggesting that the emergence of these additional receptors has replaced the system used by yeast. Additionally, we found that Fis1/Mff and the MiDs regulate Drp1 activity differentially. Fis1 and Mff promote constitutive mitochondrial fission, whereas the MiDs activate recruited Drp1 only during loss of respiration.

To better understand the function of the MiDs, we have determined the atomic structure of the cytoplasmic domain of MiD51, and performed a structure-function analysis of MiD49 based on its homology to MiD51. MiD51 adopts a nucleotidyl transferase fold, and binds ADP as a co-factor that is essential for its function. Both MiDs contain a loop segment that is not present in other nucleotidyl transferase proteins, and this loop is used to interact with Drp1 and to recruit it to mitochondria.

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

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

Arp2p, a potential substrate for NatB acetyltransferase in fission yeast, is important in actin patch nucleation and motility in arp2-1 and arm1 ts mutants

The actin cytoskeleton is a dynamic and complex structure in fission yeast that plays a major function in many cell processes including cellular growth, septa formation, endocytosis and cellular division. Computational studies have shown that Arp2p, which forms part of the Arp2/3 complex, is a potential substrate of NatB acetyltransferase which has specificity for proteins possessing an N-terminal Met-Asp or Met-Glu sequence motif. In arm1- mutants the loss of function of Arm1p, an auxillary subunit required for NatB activity, results in a temperature sensitive phenotype characterized by multiple septa, failure of endocytosis, and the inability to form actin cables. A temperature sensitive mutant of Schizosaccharomyces pombe arp2 gene exhibits a similar phenotype as seen by the formation of improper septa, slow growth, and the delocalization of actin patches. Four expression vectors encoding the open reading frames of arp2 and cdc8 (tropomyosin) were constructed with a modification changing the second residue to a Histidine, believed to mimic the charge distribution of natural acetylation by NatB. Constructs tested in normal yeast strains remained viable and grew normally in the presence of Met-His Arp2p and tropomyosin. Analysis of their ability to suppress the mutant phenotypes of arp2-1 and arm1- mutants is an area of research to be explored in future studies.

Étude de la régulation des activités transcriptionnelle, réplicative et de l’instabilité de la protéine régulatrice E2 des papillomavirus

Les papillomavirus sont de petits virus à ADN double brin qui infectent les cellules de l’épithélium de la peau et des muqueuses d’une variété de vertébrés causant des lésions bénignes telles des verrues. Certains de ces virus sont également associés au développement de lésions malignes, notamment le cancer du col utérin. La protéine régulatrice E2 des papillomavirus est impliquée dans diverses fonctions contribuant à l’établissement de l’infection par ces virus. Entre autre, E2 régule la transcription des gènes viraux, participe à l’initiation de la réplication de l’ADN viral en s’associant à l’hélicase virale E1 et est responsable du maintien et de la ségrégation de l’épisome viral au cours de la division cellulaire. Toutes ces activités sont attribuables à la capacité de E2 à s’associer au génome viral et à interagir avec des protéines virales et cellulaires. De plus, ces fonctions sont elles-mêmes régulées par des modifications post-traductionnelles de la protéine E2. Plusieurs études ont été réalisées afin de découvrir les mécanismes de régulation des fonctions de E2 mais le rôle exact des différents domaines de E2 dans ces contrôles reste à être défini. En premier lieu, nous nous sommes intéressés à l’interaction entre E2 et Brd4(L) qui avait été définie comme étant essentielle à la ségrégation de l’épisome. Plusieurs caractéristiques associées à la protéine Brd4(L) telles que sa capacité à lier les lysines acétylées des histones, son interaction avec le complexe Mediator et sa participation à l’activation de la transcription en formant un complexe avec pTEFb, nous ont permis d’émettre l’hypothèse que l’interaction E2-Brd4(L) est nécessaire à l’activité transcriptionnelle de E2. Nous avons démontré que la protéine Brd4(L) interagit avec le domaine de transactivation de E2 de divers types de papillomavirus. De plus, cette interaction implique les résidus de E2 essentiels à son activité transcriptionnelle. Ainsi, ces résultats proposent que l’association E2-Brd4(L) serve à la régulation de la transcription des gènes viraux. Dans un second temps, nos recherches se sont concentrées sur l’existence d’une interface de dimérisation au sein du domaine de transactivation de E2 et de son implication dans les activités transcriptionnelles et réplicatives de la protéine. Nos études ont aussi mis en évidence que l’intégrité de la structure de ce domaine contribue au bon fonctionnement de la réplication du génome viral. Cette découverte suggère que la dimérisation de E2 peut réguler l’initiation de la réplication et propose l’existence d’un niveau de régulation additionnel impliquant l’état de la structure quaternaire de la protéine E2 et une modulation de l’interaction entre E1 et E2 à cette étape du cycle viral. Finalement, l’étude de l’instabilité de la protéine E2 nous a permis de définir une région importante dans le domaine flexible de la protéine, nécessaire à sa dégradation par le protéasome. De plus, la présence de résidus conservés localisés dans ce domaine, sont associés à la dégradation et portent la signature d’un signal de localisation nucléaire de type PY-NLS, suggérant que la stabilité de la protéine E2 est régulée par sa localisation au sein de la cellule. Ces études démontrent l’existence de nouvelles stratégies de régulation des activités transcriptionnelle et réplicative de la protéine E2 des papillomavirus. La compréhension de ces mécanismes nous permet de mieux cerner les étapes favorisant l’établissement et la progression du cycle viral et d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques contre les infections aux papillomavirus.

La voie de régulation de la traduction de l’ARNm ASH1 : une concertation entre Khd1, Puf6 et Loc1

La localisation des ARNm par transport dirigé joue un rôle dans le développement, la motilité cellulaire, la plasticité synaptique et la division cellulaire asymétrique. Chez la levure Saccharomyces cerevisiæ, la localisation d’ARNm est un phénomène dont les mécanismes de régulation sont conservés auprès de nombreux autres organismes. Lors de la division de la levure, plus d’une trentaine de transcrits sont localisés par transport actif à l’extrémité du bourgeon de la cellule-fille. Parmi ceux-ci, l’ARNm ASH1 est le mieux caractérisé et constitue le modèle utilisé dans cette étude. Pour exercer sa fonction, la protéine Ash1 doit être produite uniquement après la localisation de l’ARNm ASH1. Pour ce faire, les mécanismes de régulation de la traduction de l’ARNm ASH1 empêchent son expression durant le transport. Ce projet de recherche vise à étudier les mécanismes de régulation de la traduction de l’ARNm ASH1 par les répresseurs traductionnels connus, soit Khd1, Puf6 et Loc1. Les études antérieures se sont penchées sur ces facteurs de manière individuelle. Cependant, dans cette étude, nous avons exploré la présence d’une collaboration entre ceux-ci. Ainsi, nous avons voulu déterminer si les répresseurs traductionnels peuvent être intégrés en une seule voie de régulation de la traduction de l’ARNm ASH1. De plus, nous avons cherché à identifier le mécanisme de recrutement des répresseurs traductionnels sur l’ARNm ASH1, qui correspond au point initial des voies de régulations de l’ARNm ASH1. Nos résultats montrent que les répresseurs traductionnels de l’ARNm ASH1, soit Khd1 et Puf6, font partie d’une même voie de régulation de la traduction. Le rôle du facteur nucléaire Loc1 dans la voie de régulation de la traduction, quant à elle, a été examinée à partir d’expériences permettant l’étude du mécanisme de recrutement des répresseurs traductionnels dans le noyau. Ainsi, nos travaux montrent que Puf6 et Loc1 sont associés de manière ARN-dépendant avec la machinerie de transcription, notamment au facteur d’élongation de la transcription Spt4-Spt5/DSIF. Par ailleurs, notre laboratoire a précédemment montré que la localisation nucléaire de la protéine de liaison à l’ARN She2 est essentielle au recrutement des facteurs Loc1 et Puf6 sur l’ARNm ASH1. Des expériences d’immunoprécipitation de la chromatine (ChIP) supportent l’hypothèse que le recrutement de Loc1 est essentiel à celui de Puf6, qui s’effectue ultérieurement. Ainsi, à partir des résultats de cette étude et des résultats publiés précédemment dans notre laboratoire, nous avons élaboré un modèle de recrutement coordonné des facteurs She2, Loc1 et Puf6 sur l’ARNm ASH1 naissant. De manière générale, cette étude a permis d’établir la présence d’une seule voie de régulation de la traduction de l’ARNm ASH1 et une meilleure connaissance du recrutement des facteurs de répression traductionnelle sur celui-ci.

Análise proteômica de Chromobacterium violaceum: acúmulo estacionário e diferencial após exposição à luz UVC

Chromobacterium violaceum is a free-living bacillus, Gram-negative commonly found in water and sand of tropical and subtropical regions. One of its main characteristic it's the ability to produce the purple pigment named violacein, that shows countless biological activities. In 2003, the genome of this organism was totally sequenced and revealed important informations about the physiology of this bacteria. However, few post-genomics studies had been accomplished. This work evaluated the protein profile of C. violaceum cultivated in LB medium at 28ºC that allowed the identification and characterization of proteins related to a possible secretion system that wasn't identified and characterized yet in C. violaceum, to the quorum sensing system, to regulatory process of transcription and translation, stress adaptation and biotechnological potential. Moreover, the response of the bacteria to UVC radiation was evaluated. The comparison of the protein profile, analyzed through 2-D electrophoresis, of the control group versus the treatment group allowed the identification of 52 proteins that arose after stress induction. The obtained results enable the elaboration of a stress response pathway in C. violaceum generated by the UVC light. This pathway, that seems to be a general stress response, involves the expression of proteins related to cellular division, purine and pirimidine metabolism, heat chock or chaperones, energy supply, regulation of biofilm formation, transport, regulation of lytic cycle of bacteriophages, besides proteins that show undefined function. Despite the response present similarities with the classic SOS response of E. coli, we still cannot assert that C. violaceum shows a SOS-like response, mainly due to the absence of characterization of a LexA-like protein in this organism

Anatomia de ápices radiculares de feijão cv. carioca submetidos a níveis de boro em solução nutritiva

Foram estudadas as alterações anatômicas em ápices radiculares do feijoeiro (Phaseolus vulgaris L. cv. Carioca), quando submetidos a diferentes níveis de boro em solução nutritiva. Através de um experimento inteiramente casualizado, foram realizados três tratamentos como se segue: T1 0,50 mg L-1 de boro (testemunha); T2 0,25 mg L-1 de boro (nível intermediário); T0 omisso em boro; sendo feitas amostragens em três estágios sucessivos de desenvolvimento da planta, no decorrer de seu ciclo. As alterações foram avaliadas efetuando-se secções longitudinais de ápices radiculares, sendo analisados comparativamente por meio de estudo cito-histológico com o emprego de microscópio de luz. Considerando como testemunha as plantas submetidas ao nível de 0,50 mg L-1 de boro na solução nutritiva, pôde-se verificar que a omissão desse micronutriente, na solução nutritiva, provocou inibição da divisão e alongamento celular, hipertrofia de células, desorganização de elementos vasculares em raiz, impedindo que a planta completasse seu ciclo, morrendo ao redor do 55o. dia após o transplante. O nível de 0,25 mg L-1 de boro, na solução nutritiva, embora tenha provocado desorganização no ápice radicular, não impediu o desenvolvimento da planta.

Review on the main differences between organic and conventional plant-based foods

P>The present review reports on the main characteristics and properties of plants cultivated following organic and conventional procedures, in the attempt to clarify give a deeper insight into some possible differences and to compare the two cultivation procedures. Here, we summarise research results regarding nutritional and safety properties of vegetable foods, evidencing qualitative differences observed between the two cultivation methods. It appears that the intake of organic foods leads to some advantages, such as the ingestion of a higher content of phenolic compounds and some vitamins, such as vitamin C, and a lower content of nitrates and pesticides. From literature, it appears that a special care should be taken about the ingestion of foods in relation to the content of some substances, e.g. polyamines, substances stimulating cellular division, because some foods coming from organic origin present a higher content of these compounds, which could explain some of the effect of the diet on patients affected by certain syndromes.

Mechanism of micronuclei formation in polyploidizated cells of Allium cepa exposed to trifluralin herbicide

The trifluralin is an agent that promotes a cellular damage due to its direct action on the microtubules. This action leads to a decontrol in the cellular division, bringing about polyploid cells. In this work, we show the evidences that the exceeding genetical material of theses polyploidizated cells tends to be eliminated from the nucleus in the form of micronucleus. Our analyses prove this fact, both by the presence of a number of cells carrying micronucleus, and by the evidences of the elimination of the exceeding material itself, after exposition of the Allium cepa root tips tested with several concentration of trifluralin herbicide. It was noticed that the residual concentration induced a number of polyploid cells, micronuclei and mini cells. Inferences about the implications of the elimination of genetic material from micronuclei, such as cell viability and apoptosis, are also presented. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Basic ingredients for mathematical modeling of tumor growth in vitro: Cooperative effects and search for space

Based on the literature data from HT-29 cell monolayers, we develop a model for its growth, analogous to an epidemic model, mixing local and global interactions. First, we propose and solve a deterministic equation for the progress of these colonies. Thus, we add a stochastic (local) interaction and simulate the evolution of an Eden-like aggregate by using dynamical Monte Carlo methods. The growth curves of both deterministic and stochastic models are in excellent agreement with the experimental observations. The waiting times distributions, generated via our stochastic model, allowed us to analyze the role of mesoscopic events. We obtain log-normal distributions in the initial stages of the growth and Gaussians at long times. We interpret these outcomes in the light of cellular division events: in the early stages, the phenomena are dependent each other in a multiplicative geometric-based process, and they are independent at long times. We conclude that the main ingredients for a good minimalist model of tumor growth, at mesoscopic level, are intrinsic cooperative mechanisms and competitive search for space. © 2013 Elsevier Ltd.

Semigrupos de operadores lineares aplicados às equações diferenciais parciais

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

Avaliação quantitativa de micronúcleos na citologia esfoliativa da mucosa bucal de pacientes dependentes químicos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise morfológica in vitro da ação de antifúngicos em cepas de Fonsecaea pedrosoi

A cromoblatomicose (CBM) é uma doença causada por implantação transcutânea de várias espécies de fungos melanizados. O estado do Pará é a principal área endêmica do país, sendo Fonsecaea pedrosoi o principal agente etiológico. O tratamento desta doença não é padronizado e diversas formas de intervenção são relatadas na literatura. Por outro lado, os testes de susceptibilidade in vitro aos fármacos antifúngicos podem ajudar na escolha do esquema terapêutico e na identificação de cepas resistentes. Este trabalho tem como objetivo avaliar a susceptibilidade in vitro ao itraconazol (ITZ), ao cetoconazol, (CTZ), ao fluconazol (FCZ) e a terbinafina (TBF) em 20 isolados clínicos de Fonsecaea pedrosoi, bem como as possíveis alterações morfológicas induzidas por ITZ ou TBF na Concentração Inibitória Mínima (CIM) e em altas concentrações. Os testes de susceptibilidade foram conduzidos de acordo com as recomendações do Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI, documento M38-A2). As concentrações finais de ITZ, TBF e CTZ em cada teste variaram de 16 a 0.03 μg/mL e de 64 a 0.125 μg/mL para o FCZ. A CIM para cada fármaco utilizado foi obtida após cinco dias de incubação a 30°C, sendo definida como a mínima concentração do fármaco capaz de reduzir em 100% o crescimento visual do fungo quando comparado com o grupo controle. O ITZ demonstrou ser o fármaco mais efetivo in vitro contra conídios de F. pedrosoi (CIM ₉₀= 1μg/mL). A TBF apresentou baixa atividade in vitro, com 70% das cepas apresentando CIM ≥ 0.5 μg/mL. Quando se analisa morfologicamente os conídios tratados com a CIM para ITZ observa-se um aumento no diâmetro celular, a presença de conídios em processo de divisão e formação de pequenas cadeias. Na maior concentração do teste de susceptibilidade (16 μg/mL) observou-se a irregularidade no contorno celular, o desprendimento de material pigmentado da parede celular e a vacuolização. Em 32 μg/mL e 64 μg/mL notou-se a ruptura da parede celular e conídos amorfos. Não foram observadas - em nenhuma das concentrações analisadas - alterações morfológicas significativas induzidas pela TBF. Além disso, a 5-Fluorocitosina (5-FC) e o FCZ não impediram o crescimento dos conídios, mesmo em altas concentrações. No entanto, alterações ultraestruturais foram notadas após tratamento com 5-FC 64 μg/mL. Portanto, sugere-se um comportamento morfológico diferente de conídios frente ao ITZ ou TBF durante os testes de susceptibilidade in vitro. Em síntese, dentre os fármacos estudados, ITZ apresentou a melhor atividade antifúngica in vitro, enquanto a 5-FC somente provocou alterações estruturais em hifas e conídios na mais alta concentração utilizada no estudo.

Phytotoxicity of ethanolic extract of turnip leaves (raphanus sativus l.)

The study of allelopathic activity has been aim of research that evaluates mainly species used in green fertilization. Raphanus sativus L. stands out among these species, because it shows high capacity for nutrient recycling, specially nitrogen and phosphorus, what makes it an advantageous cover plant in crop rotation systems. Considering the exposed, the present study had as objective the evaluation of the allelopathic and phytotoxic potentials of different concentrations of the R. sativus leaves ethanolic extract by mean of seeds germination analyses and development of lettuce seedlings, evaluating the phytotoxicity by determination of the mitotic index of lettuce root cells, realizing the phytochemical profile and investigating the antioxidant activity. It was possible to verify that the R. sativus extract interferes in the germination index, decreasing the germinability (5 mg. mL(-1) = 9.84%; 10 mg. mL(-1) = 11.91% and 20 mg. mL(-1)= 57.51%). In the lettuce seedlings growth, the extract of this species affected the roots and hypocotyls growth. It was possible to observe phenols and total flavonoids in the extract for the concentration of 1000 mu g. mL(-1)(161mg and 83.57 mg, respectively). It was also observed, higher antioxidant activity for the concentration of 1000 mu g. mL(-1) (89.76%). In the phytotoxicity assay was observed a dose dependent effect in the mitotic index and in the cellular events during cellular division. In this study it was possible to conclude that this species has allelochemical compounds which are able to interfere directly on the stabilization and development of other species.