O endotélio vascular desempenha um papel central no controle do tônus vascular pela liberação de fatores relaxantes derivados do endotélio (EDRFs) e fatores contráteis derivados do endotélio (EDCFs). O óxido nítrico (NO) é um dos mais importantes mediadores da vasodilatação, sua produção é catalisada pelas enzimas NO-sintases (NOS). A eNOS é constitutiva e depende do Ca2+ para ser ativada. A fosfolipase A2 (cPLA2), também é dependente de Ca2+, esta enzima é responsável pela conversão de fosfolipídeos de membrana a ácido araquidônico, o precursor de prostanóides, tais como prostaciclina (PGI2) e tromboxano (TXA2). A disfunção endotelial está relacionada com uma menor biodisponibilidade de NO e maior produção de EDCFs e está presente em várias doenças cardiovasculares, como hipertensão arterial. Embora esta disfunção seja multifatorial, o aumento da produção de espécies reativas de oxigênio (EROs) parece contribuir de forma considerável. O aumento na [Ca2+]c está relacionado com o aumento na produção de EROs e liberação de EDCFs. Em nosso estudo, utilizamos o ionóforo de cálcio A23187 para avaliar as alterações na sinalização celular decorrentes da mobilização de cálcio, independente da ativação de receptores, que ocorrem na hipertensão arterial. O objetivo deste trabalho foi estudar as respostas vasculares desencadeadas pelo aumento da [Ca2+]c promovido pelo A23187 em aorta de ratos normotensos (2R) e hipertensos renais (2R-1C). Verificamos que o A23187 induz efeito vasodilatador dependente da produção de NO em aortas de ratos 2R e 2R-1C, pois o relaxamento foi abolido na presença do inibidor da NOS (L-NAME), bem como em aortas sem endotélio. Em aortas de ratos 2R-1C, mas não em aortas de ratos 2R, verificamos a participação da PGI2 no efeito vasodilatador induzido pelo A23187. A produção de PGI2 está aumentada em aortas de ratos 2R-1C em comparação com aortas de ratos 2R, o que indica que esse prostanóide está ativando receptores TP, induzindo contração. O A23187 induziu efeito contrátil de forma independente do endotélio em aorta de ratos 2R. Entretanto, em aortas com endotélio, de ratos 2R-1C o efeito contrátil está prejudicado. O efeito anti-contrátil em aortas de ratos 2R-1C é devido à produção de NO, que está aumentada a ponto de impedir a contração induzida pelo A23187. Verificamos que a contração induzida pelo A23187 é dependente da produção dos prostanóides contráteis, TXA2 e PGI2, que ativam os receptores TP, pois quando utilizamos o inibidor da ciclooxigenase (ibuprofeno) o efeito contrátil foi atenuado. Além disso, quando utilizamos o antagonista dos receptores TP (SQ29548) o efeito foi completamente abolido. O estímulo com A23187 aumentou a produção de TXA2 em aorta de ratos 2R e 2R-1C. Porém, a produção em aorta de ratos 2R-1C foi maior do que aquela observada em aorta de ratos 2R. Observamos que a catalase atenuou a resposta contrátil induzida pelo A23187, demonstrando que o peróxido de hidrogênio modula positivamente a contração induzida pelo A23187. / The vascular endothelium plays a pivotal role in the vascular tone due to the release of relaxing factors (EDRFs) and contractile factors (EDCFs). Nitric oxide (NO) is one of the most important EDRFs involved in the vasodilation and it is produced by the NO-synthases (NOS). eNOS is a constitutive isoform and its activity is dependent of the transient calcium. Besides eNOS, other important enzymes are modulated by Ca2+ such as phospholipase A2 (cPLA2). This enzyme converts membrane phospholipids to araquidonic acid, responsible for the formation of the prostanoids prostaciclin (PGI2) and thromboxane (TXA2). Endothelial dysfunction is related to the decreased NO bioavailability and increased production of EDCFs. It is present in several cardiovascular disorders like hypertension. Endothelial dysfunction is a multifactorial proccess that is also caused by the increased production of reactive oxygen species (ROS). Increased cytosolic calcium concentration ([Ca2+]c) is related to augmented ROS and EDCFs production. In the present study, we have used the calcium ionophore A23187 in order to evaluate the altered cellular signaling caused by [Ca2+]c in a receptor activation-independent way that occurs in hypertension. This work aimed to study the vascular responses stimulated by A23187 in normotensive rat (2K) aorta and in renal hypertensive (2K-1C) rat aorta. We have verified that A23187 induces vasodilator effect dependent on the production of NO in 2K and 2K- 1C rat aortas. The vascular relaxation was abolished by the non-selective NOS inhibitor (L-NAME) and by the endothelium removal. In 2K-1C but not in 2K rat aortas, PGI2 contributes to He vasodilator effect induced by A23187. PGI2 production is greater in 2K-1C than in 2K rat aortas, which suggests that PGI2 activates TP receptors inducing contraction. The contractile effect of A23187 is endotheliumdependent in 2K rat aorta. However, in 2K-1C intact-endothelium aortas, the contractile effect of A23187 is impaired. The anti-contractile effect is due to increased NO production that inhibits the contractile response to A23187. The contractile response induced by A23187 is dependent of the prostanoid production like TXA2 and PGI2 that activate TP receptors because this response is inhibited by the cyclooxygenase inhibitor (ibuprofen). In addition, this effect was abolished by the TP receptor antagonist (SQ29548). TXA2 production was stimulated with A23187 in 2K and 2K-1C rat aorta, which was greater in 2K-1C than in 2K rat aorta. We have also observed that catalase blunted the contractile response induced by A23187. These results suggest that hydrogen peroxide positively modulates A23187-induced contractile response.

O endotélio vascular desempenha um papel central no controle do tônus vascular pela liberação de fatores relaxantes derivados do endotélio (EDRFs) e fatores contráteis derivados do endotélio (EDCFs). O óxido nítrico (NO) é um dos mais importantes mediadores da vasodilatação, sua produção é catalisada pelas enzimas NO-sintases (NOS). A eNOS é constitutiva e depende do Ca2+ para ser ativada. A fosfolipase A2 (cPLA2), também é dependente de Ca2+, esta enzima é responsável pela conversão de fosfolipídeos de membrana a ácido araquidônico, o precursor de prostanóides, tais como prostaciclina (PGI2) e tromboxano (TXA2). A disfunção endotelial está relacionada com uma menor biodisponibilidade de NO e maior produção de EDCFs e está presente em várias doenças cardiovasculares, como hipertensão arterial. Embora esta disfunção seja multifatorial, o aumento da produção de espécies reativas de oxigênio (EROs) parece contribuir de forma considerável. O aumento na [Ca2+]c está relacionado com o aumento na produção de EROs e liberação de EDCFs. Em nosso estudo, utilizamos o ionóforo de cálcio A23187 para avaliar as alterações na sinalização celular decorrentes da mobilização de cálcio, independente da ativação de receptores, que ocorrem na hipertensão arterial. O objetivo deste trabalho foi estudar as respostas vasculares desencadeadas pelo aumento da [Ca2+]c promovido pelo A23187 em aorta de ratos normotensos (2R) e hipertensos renais (2R-1C). Verificamos que o A23187 induz efeito vasodilatador dependente da produção de NO em aortas de ratos 2R e 2R-1C, pois o relaxamento foi abolido na presença do inibidor da NOS (L-NAME), bem como em aortas sem endotélio. Em aortas de ratos 2R-1C, mas não em aortas de ratos 2R, verificamos a participação da PGI2 no efeito vasodilatador induzido pelo A23187. A produção de PGI2 está aumentada em aortas de ratos 2R-1C em comparação com aortas de ratos 2R, o que indica que esse prostanóide está ativando receptores TP, induzindo contração. O A23187 induziu efeito contrátil de forma independente do endotélio em aorta de ratos 2R. Entretanto, em aortas com endotélio, de ratos 2R-1C o efeito contrátil está prejudicado. O efeito anti-contrátil em aortas de ratos 2R-1C é devido à produção de NO, que está aumentada a ponto de impedir a contração induzida pelo A23187. Verificamos que a contração induzida pelo A23187 é dependente da produção dos prostanóides contráteis, TXA2 e PGI2, que ativam os receptores TP, pois quando utilizamos o inibidor da ciclooxigenase (ibuprofeno) o efeito contrátil foi atenuado. Além disso, quando utilizamos o antagonista dos receptores TP (SQ29548) o efeito foi completamente abolido. O estímulo com A23187 aumentou a produção de TXA2 em aorta de ratos 2R e 2R-1C. Porém, a produção em aorta de ratos 2R-1C foi maior do que aquela observada em aorta de ratos 2R. Observamos que a catalase atenuou a resposta contrátil induzida pelo A23187, demonstrando que o peróxido de hidrogênio modula positivamente a contração induzida pelo A23187. / The vascular endothelium plays a pivotal role in the vascular tone due to the release of relaxing factors (EDRFs) and contractile factors (EDCFs). Nitric oxide (NO) is one of the most important EDRFs involved in the vasodilation and it is produced by the NO-synthases (NOS). eNOS is a constitutive isoform and its activity is dependent of the transient calcium. Besides eNOS, other important enzymes are modulated by Ca2+ such as phospholipase A2 (cPLA2). This enzyme converts membrane phospholipids to araquidonic acid, responsible for the formation of the prostanoids prostaciclin (PGI2) and thromboxane (TXA2). Endothelial dysfunction is related to the decreased NO bioavailability and increased production of EDCFs. It is present in several cardiovascular disorders like hypertension. Endothelial dysfunction is a multifactorial proccess that is also caused by the increased production of reactive oxygen species (ROS). Increased cytosolic calcium concentration ([Ca2+]c) is related to augmented ROS and EDCFs production. In the present study, we have used the calcium ionophore A23187 in order to evaluate the altered cellular signaling caused by [Ca2+]c in a receptor activation-independent way that occurs in hypertension. This work aimed to study the vascular responses stimulated by A23187 in normotensive rat (2K) aorta and in renal hypertensive (2K-1C) rat aorta. We have verified that A23187 induces vasodilator effect dependent on the production of NO in 2K and 2K- 1C rat aortas. The vascular relaxation was abolished by the non-selective NOS inhibitor (L-NAME) and by the endothelium removal. In 2K-1C but not in 2K rat aortas, PGI2 contributes to He vasodilator effect induced by A23187. PGI2 production is greater in 2K-1C than in 2K rat aortas, which suggests that PGI2 activates TP receptors inducing contraction. The contractile effect of A23187 is endotheliumdependent in 2K rat aorta. However, in 2K-1C intact-endothelium aortas, the contractile effect of A23187 is impaired. The anti-contractile effect is due to increased NO production that inhibits the contractile response to A23187. The contractile response induced by A23187 is dependent of the prostanoid production like TXA2 and PGI2 that activate TP receptors because this response is inhibited by the cyclooxygenase inhibitor (ibuprofen). In addition, this effect was abolished by the TP receptor antagonist (SQ29548). TXA2 production was stimulated with A23187 in 2K and 2K-1C rat aorta, which was greater in 2K-1C than in 2K rat aorta. We have also observed that catalase blunted the contractile response induced by A23187. These results suggest that hydrogen peroxide positively modulates A23187-induced contractile response.

Most (99%) mitochondrial proteins are nuclear-encoded and must be imported into mitochondria. Deficits in mitochondrial protein import (MPI) affect mitochondrial function and can cause neurodegenerative diseases. I hypothesized that MPI was regulated by iCa2+. In differentiated PC12 cells, treatment with the Ca2+ ionophore (A23187; 24h, 0.15uM) increased iCa2+, ROS generation and promoted neurite outgrowth. Western blot and flow cytometry in live cells showed that A23187 increased levels of mitochondrial proteins; mtHSP70 and mtGFP in mitochondria and autoradiography confirmed that A23187 increased the import of mtGFP. A23187 also slowed intramitochondrial mtGFP degradation. Increased MPI was not associated with mitochondrial biogenesis, but appeared partially dependent on cAMP. In rat cortical neurons, mtHSP70 also increased after A23187 treatment. These results show that, in neurons, increased iCa2+ can regulate MPI. Further, increased iCa2+ can slow intramitochondrial protein degradation. These results indicate that MPI is labile and may be altered in response to neuronal activity.

Most (99%) mitochondrial proteins are nuclear-encoded and must be imported into mitochondria. Deficits in mitochondrial protein import (MPI) affect mitochondrial function and can cause neurodegenerative diseases. I hypothesized that MPI was regulated by iCa2+. In differentiated PC12 cells, treatment with the Ca2+ ionophore (A23187; 24h, 0.15uM) increased iCa2+, ROS generation and promoted neurite outgrowth. Western blot and flow cytometry in live cells showed that A23187 increased levels of mitochondrial proteins; mtHSP70 and mtGFP in mitochondria and autoradiography confirmed that A23187 increased the import of mtGFP. A23187 also slowed intramitochondrial mtGFP degradation. Increased MPI was not associated with mitochondrial biogenesis, but appeared partially dependent on cAMP. In rat cortical neurons, mtHSP70 also increased after A23187 treatment. These results show that, in neurons, increased iCa2+ can regulate MPI. Further, increased iCa2+ can slow intramitochondrial protein degradation. These results indicate that MPI is labile and may be altered in response to neuronal activity.

[ES] El calcio (Ca2+) es un catión esencial que juega un papel fundamental en todos los organismos vivos. Desde el punto de vista funcional, el Ca2+ actúa como un segundo mensajero que regula distintos procesos celulares. Trabajos anteriores indican que la señalización mediante Ca2+ podría estar implicada en las primeras etapas de la inducción de la embriogénesis in vitro de las plantas, pero el verdadero papel del Ca2+ en este proceso es aún desconocido. Por eso, el principal objetivo de la presente Tesis es el estudio del papel del Ca2+ en la embriogénesis in vitro mediante dos sistemas in vitro: la embriogénesis somática y la embriogénesis de microsporas. Para determinar la importancia de la homeostasis del Ca2+ en la inducción de la embriogénesis y las dinámicas de los niveles de Ca2+ durante la inducción y el establecimiento de embriones somáticos y derivados de microsporas, se utilizaron tratamientos químicos y se detectaron los niveles de Ca2+ mediante sondas fluorescentes y sensores cameleon codificados genéticamente, visualizados con microscopía fluorescente y confocal. Observamos que el aumento de Ca2+ es un marcador temprano en la inducción de la embriogénesis in vitro y que los niveles de Ca2+ durante la embriogénesis in vitro son dinámicos en todos los sistemas estudiados. Además, las oscilaciones en los niveles de Ca2+ podrían estar relacionadas con los procesos de diferenciación que ocurren en las células inducidas una vez une el Ca2+ a la calmodulina. Mostramos que un aumento de Ca2+ dentro de un rango definido de concentración tiene un efecto positivo, dependiendo del sistema, en la producción de embriones, siendo más sensibles aquellos sistemas basados en suspensiones de células aisladas que aquellos que usan tejidos como explantes. Finalmente, estudiamos el papel de la calosa durante la embriogénesis somática, observando que la inhibición de la deposición de calosa impide el desarrollo embrionario, lo que sugiere una relación entre la formación de una barrera de calosa y el establecimiento de la identidad embrionaria en las células somáticas. / [CAT] El calci (Ca2+) és un catió essencial que juga un paper fonamental en tots els organismes vius. Des del punt de vista funcional, el Ca2+ actua com a un segon missatger que regula diferents processos cel·lulars. Treballs anteriors indiquen que la senyalització mitjançant el Ca2+ podria estar implicada en les primeres etapes de la inducció de l'embriogènesi in vitro de les plantes, però el paper real del Ca2+ en aquest procés encara és desconegut. Per això, el principal objectiu de la present Tesi és l'estudi del paper del Ca2+ en l'embriogènesi in vitro mitjançant dos sistemes in vitro: l'embriogènesi somàtica i l'embriogènesi de micròspores. Per tal de determinar la importància de l'homeòstasi del Ca2+ en la inducció de l'embriogènesi i les dinàmiques dels nivells de Ca2+ durant la inducció i l'establiment d'embrions somàtics i derivats de micròspores, es van utilitzar tractaments químics i es van detectar els nivells de Ca2+ mitjançant sondes fluorescents i sensors de cameleon codificats genèticament, visualitzats amb microscòpia fluorescent i confocal. Vam observar que l'augment de Ca2+ és un marcador primerenc en la inducció de l'embriogènesi in vitro i que els nivells de Ca2+ durant l'embriogènesi in vitro són dinàmics en tots els sistemes estudiats. A més, les oscil·lacions en els nivells de Ca2+ podrien estar relacionades amb els processos de diferenciació que tenen lloc en les cèl·lules induïdes una vegada uneix el Ca2+ a la calmodulina. Vam mostrar que un augment de Ca2+ dins d'un rang definit de concentració té un efecte positiu, depenent del sistema, en la producció d'embrions, essent més sensibles aquells sistemes basats en suspensions de cèl·lules aïllades que aquells que usen teixits com a explants. Finalment, vam estudiar el paper de la cal·losa durant l'embriogènesi somàtica, i vam observar que la inhibició de la deposició de cal·losa impedeix el desenvolupament embrionari, la qual cosa suggereix una relació entre la formació d'una barrera de cal·losa i l'establiment de la identitat embrionària en les cèl·lules somàtiques. / [EN] Calcium (Ca2+) is an essential cation that plays fundamental roles in all living organisms. From a functional point of view, Ca2+ acts as a second messenger that regulates different cellular processes. Previous works point to the fact that Ca2+ signaling may be involved in the early stages of induction of in vitro plant embryogenesis, but the actual role of Ca2+ in this process remained unveiled. Thus, the main goal of the present Thesis is to study the role of Ca2+ in in vitro embryogenesis using two in vitro systems: somatic embryogenesis and microspore embryogenesis. Chemical treatments and detection of Ca2+ with fluorescent probes and genetically-encoded cameleon sensors imaged by fluorescence and confocal microscopy were performed to determine the importance of Ca2+ homeostasis for induction of embryogenesis and the dynamics of Ca2+ levels during the induction and establishment of somatic and microspore-derived embryos. We observed that Ca2+ increase is an early marker of induction of in vitro embryogenesis and Ca2+ levels during in vitro embryogenesis are dynamic in all the systems we studied. Moreover, Ca2+ oscillations might be related to the differentiation processes that take place in the induced cells upon binding to calmodulin. We showed that Ca2+ increase within a defined range has system-specific positive effects in embryo yield, being more sensitive those systems using isolated cell suspensions rather than those using tissues as explants. Finally, we studied the role of callose during somatic embryogenesis, and we observed that inhibiting callose deposition prevents embryo development, which suggests a relationship between the formation of a callose barrier and the establishment of embryo identity in somatic cells. / Calabuig Serna, A. (2023). Multidisciplinary study of the role of calcium in plant in vitro embryogenesis [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/196022