Esta Tesis Doctoral se sitúa en el contexto del estudio de los factores no infecciosos que influyen sobre el recuento de células somáticas (RCS) de la leche de cabra. Se han planteado tres objetivos: 1) Caracterizar las elevaciones bruscas y transitorias del RCS (ETRCS) en la leche de cabra de origen no infeccioso (Estudios 1 y 2); 2) Determinar si el celo provoca ETRCS, y si el efecto sobre el RCS es diferente según el número de lactación y el estado sanitario de la ubre (Estudio 3); 3) Estudiar el efecto de varios tipos de estrés sobre el RCS y la presencia de ETRCS (Estudio 4). Todos los experimentos se llevaron a cabo en cabras de raza Murciano-Granadina que estaban entre el 2º y 5º mes de lactación y eran ordeñadas a máquina una vez al día. El Primer Estudio fue un experimento previo con el objetivo de confirmar si era posible detectar las elevaciones del RCS que se puedan producir en la leche total ordeñada de un animal, a partir de muestras de leche tomadas por glándula antes del ordeño (primeros chorros). Se utilizaron 22 cabras (7, 12 y 3 cabras de 1ª, 2ª y ? 3ª lactaciones, respectivamente) libres de infecciones intramamarias (IIM) a las que se controló semanalmente, durante 12 semanas, el RCS por glándula (primeros chorros) y ubre (control lechero). El RCS en las muestras de primeros chorros fue, de media, inferior respecto a los recuentos obtenidos en las muestras del control lechero. Sin embargo, en los animales que presentan recuentos superiores a un millón de céls/ml, ambos tipos de recuentos tienden a igualarse. Se concluye que, en ausencia de IIM, las elevaciones transitorias del RCS de origen no infeccioso, con valores superiores a 1 millón de cels/ml, pueden ser detectadas en las muestras tomadas por glándula antes del ordeño. En el Segundo Estudio se utilizaron 32 cabras (11, 17 y 4 en 1ª, 2ª y 3ª lactaciones, respectivamente; 20 sanas y 12 con IIM unilateral causadas por estafilococos coagulasa negativo- ECN). / Mehdid, MEA. (2009). EFECTO DEL CELO Y DEL ESTRÉS SOBRE EL RECUENTO DE CÉLULAS SOMÁTICAS EN LECHE DE CABRA [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/6846

El exceso de sales en el medio causa grandes inconvenientes tanto a nivel agrícola debido a las pérdidas que se producen en la calidad y la cantidad de las cosechas, como a nivel médico, siendo responsable de un gran número de enfermedades. El estrés osmótico desencadena mecanismos adaptativos complejos que estudiamos en la presente tesis utilizando como organismo modelo la levadura Saccharomyces cerevisiae por tratarse de células eucariotas unicelulares metodológicamente accesibles y por la conservación evolutiva de los mecanismos moleculares de la adaptación al estrés entre organismos eucariotas. El principal objetivo de la presente tesis consistió en identificar nuevos procesos moleculares que tienen lugar en las células de levadura cuando éstas sufren un estrés hiperosmótico. Hasta el momento se sabía que la respuesta a estrés osmótico involucraba un gran número de procesos biológicos que tienen lugar a varios niveles como son la regulación de los transportadores de iones, la síntesis de osmolitos para mantener estable la estructura celular, la regulación del ciclo celular y de la traducción y la activación masiva de la expresión génica. Durante la presente tesis hemos identificado a la mitocondria como orgánulo cuya funcionalidad es crucial para la adaptación de las células de levadura al estrés hiperosmótico. Mediante análisis northern mostramos que las células responden al estrés osmótico activando la mitocondria al nivel de expresión génica. Mediante ensayos de actividad enzimática, mostramos que la mitocondria de las células sometidas a estrés es más activa que en condiciones óptimas de crecimiento y mediante ensayos proteómicos, observamos diferencias notables entre los proteomas mitocondriales de aquéllas células que crecen en condiciones hiperosmóticas. Además, hemos demostrado que una de las mayores funciones de la mitocondria en condiciones de estrés osmótico es el control de la generación de estrés oxidativo. / Martínez Pastor, MM. (2011). Análisis de la función y la regulación de la mitocondria de la levadura Saccharomyces cerevisiae en respuesta a estrés osmótico [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/10600

En general los ecosistemas vegetales se caracterizan por la fuerte interrelación que establecen con su entorno, el agua, el suelo, la atmósfera y otros ecosistemas. Cuando estos se ven sometidos a restricciones abióticas, deben recurrir a diversas estrategias y adaptaciones morfológicas para evadir, tolerar o resistir el estrés desarrollado por dicha perturbación, optando además, por establecer asociaciones con otras especies conformando comunidades que usan el recurso funcionalmente. Dichas asociaciones se denominan Grupos Funcionales de Vegetación. Los ecosistemas vegetales que residen en zonas áridas y semiáridas no son la excepción. En dichos ambientes, la vegetación se ve restringida principalmente por la disponibilidad de agua para llevar a cabo sus funciones vitales, siendo el estrés por luz y nutrientes despreciable en magnitud. Dichos ecosistemas presentan estructuras, características y dinámicas muy complejas. De un lado, necesitan el agua proveniente de la atmósfera y de la humedad en el suelo, pero de otro lado modulan los flujos que se dan entre el suelo y la atmósfera, estableciéndose una dinámica de retroalimentación entre el suelo, la vegetación y la atmósfera. Desde hace muchas décadas se ha recurrido a la modelización como la herramienta para comprender el entorno que nos rodea. Hoy en día, existen varias formas de modelar la vegetación como un ente inmerso dentro del ciclo hidrológico. Una primera, aproximación y quizás la que cobra más fuerza, es la modelización de la vegetación como un ente estático en el tiempo que aporta vapor de agua a través de la transpiración. La vegetación se asume como un factor que dependerá de la fenología adaptada a cultivos donde la fase de desarrollo y muerte son conocidas de antemano. Los modelos físicamente basados han sido desarrollados principalmente para la simulación de los principales procesos fisiológicos de la vegetación a escala regional y global, dando especial relieve al balance de energía y los flujos de CO2 con el fin de evaluar el cambio climático (Arora & Boer 2005;White et al. 2000). / Quevedo Tejada, DI. (2010). Desarrollo de un modelo conceptual dinámico suelo-vegetación para zonas áridas y semiáridas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11516

En la acuicultura intensiva existe una práctica creciente encaminada a maximizar tanto el crecimiento como la productividad de los peces mediante altas densidades de producción, dietas altamente energéticas y elevados regímenes de alimentación. Sin embargo, debido al interés en aumentar los mecanismos de control y mejora del bienestar animal, es necesario encontrar nuevos marcadores que evalúen la actividad piscícola. En este sentido, el uso de marcadores mitocondriales de estrés oxidativo y lipotoxicidad constituyen una herramienta indispensable para evaluar los riesgos sobre el bienestar de los peces. Es importante reseñar que cada uno de estos marcadores ofrece una información complementaria e integradora de especial interés cuando se considera una determinada especie, tejido y factor de estrés. Uno de esos mecanismos es la chaperona mitocondrial de la familia de las proteínas de choque térmico 70 (proteína regulada por la glucosa 75, GRP75/mortalina), que protege a los componentes mitocondriales de las especies reactivas de oxígeno (ROS). Un segundo mecanismo es el llevado a cabo por las proteínas desacopladoras (UCP), una familia de transportadores mitocondriales que desacoplan la fosforilación oxidativa mediante la descarga neta del gradiente de protones y la disminución de la producción de ROS en un ambiente rico en ácidos grasos. La caracterización molecular de la GRP75/mortalina y las UCPs en dorada (Sparus aurata) reveló un alto grado de conservación de los rasgos estructurales y parentesco evolutivo de estas familias de proteínas. En el caso de la GRP75/mortalina, esto permitió el uso de anticuerpos heterólogos para el análisis de expresión a nivel de proteína. Sin embargo, para la UCP1 y UCP3 fue necesario la evaluación de la actividad mediante medidas de respiración mitocondrial y la producción de anticuerpos específicos. / Bermejo Nogales, A. (2012). MARCADORES MITOCONDRIALES DE ESTRÉS OXIDATIVO Y LIPOTOXICIDAD EN DORADA (Sparus aurata) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/15189

Martínez Macías, F. (2015). Nuevos genes reguladores de la tolerancia a estrés abiótico en Arabidopsis [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48560

Tesis por compendio / [ES] El sistema de melanocortinas es un sistema hormonal, autocrino, paracrino y endocrino compuesto por agonistas (hormonas), receptores y paradójicamente, por antagonistas del mismo sistema. A estos componentes del sistema se le ha adicionado recientemente sus proteínas accesorias, las cuales conforman un nuevo punto de regulación conocido. La actividad de este sistema hormonal está relacionada con diversas funciones fisiológicas que incluyen principalmente: el control de la pigmentación, la regulación del balance energético y la regulación de la respuesta al estrés. Los experimentos realizados en el laboratorio donde he desarrollado mi tesis doctoral, fueron pioneros en la descripción de las proteínas accesorias de los receptores de melanocortinas (MRAPs) en peces. Durante la experimentación se demostró la existencia de dos proteínas accesorias en el genoma del pez cebra (MRAP1 y MRAP2), la segunda de las cuales está duplicada en esta especie (MRAP2a y MRAP2b), modelo que ha sido utilizado en la experimentación presentada. La MRAP1 interacciona con el receptor 2 de melanocortinas (MC2R) para permitir su expresión funcional, pero la función de las MRAP2s era desconocida y acotar su función ha sido el principal objetivo de la tesis doctoral. Los resultados presentados demuestran que el MC2R de la lubina también requiere de la interacción con MRAP1 para poder responder a la hormona adrenocorticotropa (ACTH), adquiriendo así su expresión funcional. Además, demostramos que los glucocorticoides son capaces de inhibir la expresión del MC2R en las glándulas interrenales, lo que supone un mecanismo de retroalimentación con posible relevancia en la adaptación al estrés. Por su parte las MRAP2 no tienen efectos sobre la actividad del MC2R, pero como demostramos en la tesis doctoral, la MRAP2a, pero no la MRPA2b, es capaz de convertir al MC4R, un receptor canónico de la hormona estimuladora de los melanocitos (MSH) expresado en el cerebro, en un receptor de ACTH. La ACTH se libera desde la hipófisis en respuesta a estímulos hipotalámicos que integran información relativa a condiciones estresantes. Mientras que el MC4R está fundamentalmente implicado en el control central de la regulación de la ingesta. Por tanto, la modificación del perfil farmacológico del MC4R tras interacción con MRAP2a otorga un mecanismo molecular para la integración de la información del estrés sobre los circuitos centrales que controlan la ingesta. Es decir, otorga una base molecular directa para las relaciones estrés-ingesta. Este cambio del perfil farmacológico no se observa tras la interacción con el MC1R ni con el MC5R, si bien la interacción MC1R-MRAP2a provoca una disminución de la sensibilidad del receptor a la MSH. Finalmente, hemos caracterizado la respuesta central y periférica del pez cebra al estrés agudo evaluando los niveles de expresión de diversos componentes del sistema de melanocortinas y demostrando la sensibilidad de este sistema a los elementos estresantes. / [EN] The melanocortin system is an endocrine, paracrine and autocrine hormonal system composed by agonist (hormones), receptors, and atypically endogenous antagonists. Recently, the so-called melanocortin receptor-accessory proteins (MRAPs) have been integrated as a part of the system. These proteins conform a new regulatory point of the system. The activity of the hormonal system is related to several physiological functions including control of pigment patters as well as the regulation of energy balance and the stress response. Experiments done in the lab in which I have run my PhD studies were pioneer in the description of fish MRAPs. It was demonstrated that the genome of zebrafish includes two accessory proteins (MRAP1 and MRAP2) and the second one is duplicated into MRAP2a and MRAP2b forms. MRAP1 interacts with the melanocortin 2 receptor (MC2R) allowing its functional expression but the function of MRAP2 was unknown and delimiting its function has been the main objective of this doctoral thesis. Results demonstrated that sea bass MC2R also requires the interaction with MRAP1 in order to be activated by the adrenocorticotropic hormone (ACTH), reaching therefore its functional expression. We also demonstrated that glucocorticoids are able to inhibit MC2R expression in the interrenal tissue suggesting the existence of a negative feedback with potential relevance in the stress adaptation. The MPRA2 has no effects on MC2R activity, but as we demonstrate, the MRAP2a, but not MRAP2b, in able to transform the MC4R, a canonical melanocyte- stimulating hormone (MSH) receptor expressed in the brain, into an ACTH receptor. ACTH is released form the pituitary in response to stressful stimuli integrated in the hypothalamus. On the other hand, MC4R is mainly involved in the central control of food intake and energy balance. Therefore, the MC4R pharmacological profile after interaction with MRAP2a provides a molecular mechanism for the integration of stress information into the central circuits controlling energy balance. That means, molecular basis for the stress-food intake interaction. This pharmacological modification seems to be specific for MC4R since the interaction of MRAP2a with MC5R or MC1R does not provide ACTH sensitivity to the receptor. However, MC1R-MRAP2a interaction induces a decrease in the sensibility of the receptor to MSH. Finally, we have characterized the central and peripheral response of zebrafish to acute stress by evaluating the expression levels of several components of the melanocortin system thus demonstrating the sensibility of this system to stressful agents. / [CA] El sistema de melanocortines és un sistema hormonal, autocrí, paracrí i endocrí compost per agonistes (hormones), receptors i paradóxicament, per antagonistes del mateix sistema. A aquests components del sistema se'ls ha addicionat recentement les seues proteïnes accesòries, les quals conformen un noa punt de regulació conegut. L'activitat d'aquest sistema hormonal està relacionada amb diverses funcions fisiològiques que inclouen principalment: el control de la pigmentació, la regulació del balanç energètic i la regulació de la resposta a l'estrès. Els experiments realitzats al laboratori on he desenvolupat la meua tesi doctoral, van ser pioners en la descripció de les proteïnes accesòries dels receptors de melanocortines (MRAPs) en peixos. Durant l'experimentació se va demostrar l'existència de dues proteïnes accesòries en el genoma del peix zebra (MRAP1 y MRAP2), la segona de les quals està duplicada en aquesta espècie (MRAP2a y MRAP2b), model que ha sigut utilitzat en l'experimentació presentada. La MRAP1 interacciona amb el receptor 2 de melanocortines (MC2R) per a permetre la seua expressió funcional, però la funció de les MRAP2s era desconeguda i acotar la seua funció ha sigut el principal objectiu de la tesi doctoral. Els resultats presentats demostren que el MC2R del llobarro també requeireix de la interacció amb MRAP1 per a poder respondre a la hormona adrenocorticotropa (ACTH), adquirint així la seua expressió funcional. A més a més, demostrem que els glucocorticoides son capaços d'inhibir l'expressió del MC2R a les glàndules interrenals, la qual cosa suposa un mecanisme de retroalimentació amb possible relevància en l'adaptació a l'estrès. Per la seua part les MRAP2 no tenen efectes sobre l'activitat del MC2R, però com demostrem a la tesi doctoral, la MRAP2a, però no la MRPA2b, és capaç de convertir al MC4R, un receptor canònic de la hormona estimuladora dels melanocitos (MSH) expressat en el cervell, en un receptor de ACTH. La ACTH es allibera des de la hipòfisi com a resposta a estímuls hipotalàmics que integren informació relativa a condicions estressants. Mentres que el MC4R està fonamentalment implicat en el control central de la regulació de la ingesta. Per tant, la modificació del perfil farmacològic del MC4R tras interacció amb MRAP2a atorga un mecanisme molecular per la integració de la informació de l'estrès sobre els circuits centrals que controlen la ingesta. És a dir, atorga una base molecular directa per a les relacions estrès-ingesta. Aquest canvi del perfil farmacològic no s'observa tras la interacció amb el MC1R ni amb el MC5R, encara que la interacció MC1R-MRAP2a provoca una disminució de la sensibilitat del receptor a la MSH. Finalment, hem caracteritzat la resposta central i perifèrica del peix zebra a l'estrès agut avaluant els nivels d'expressió de diversos components del sistema de melanocortines i demostrant la sensibilitat d'aquest sistema als elements estressants. / La realización de esta tesis doctoral ha sido posible gracias a la obtención de una beca predoctoral FPI (BES-2011-048425) y gracias a la financiación obtenida del proyecto “Participación de las proteínas accesorias de los receptores de melanocortinas (MRAPS) en la regulación de la respuesta al estrés en peces (AGL2010-22247-C03-01)” del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades. Así como otros proyectos de investigación obtenidos por mi director de tesis doctoral entre los cuales destacan: Mejora de la producción en acuicultura mediante herramientas de biotecnología” (Aquagenomics) (CSD2007-00002) e “Implicación del sistema de melanocortinas en la regulación del crecimiento de peces: estudio de las interacciones estrés-ingesta (MELANOGROWTH) AGL2013-46448-C3-3-R, Proyectos I+D+I, RETOS. / Cortés Barrera, RA. (2020). Implicación de la MRAP2s en el sistema de melanocortinas de peces usando como modelos a la lubina europea y el pez cebra [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/147861 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] La proteína quinasa GCN2 es una proteína conservada en todos los eucariotas implicada en el control de la traducción en condiciones de estrés. Está considerada un punto clave en el control de la homeostasis celular y un sensor de distintas condiciones de estrés. El estrés que inició su caracterización en levaduras y células animales es el ayuno de aminoácidos, pero recientemente se ha observado activación de este sistema ante multitud de estreses tanto bióticos como abióticos. El sistema GCN se ha descrito ampliamente en Saccharomyces cerevisiae: GCN2 se une a las proteínas GCN1 y GCN20, permitiendo la activación de la quinasa en situaciones de ayuno de aminoácidos. GCN2 se activa por tRNA no cargados, y posteriormente fosforila al factor de traducción eIF2¿, lo que conlleva una reducción de la síntesis global de proteínas, pero también una mayor traducción de mRNA específicos, como los que codifican a GCN4. Este factor de transcripción regulará la expresión de nuevos genes, lo que permite que la célula pueda iniciar una respuesta de adaptación al estrés. En plantas se desconoce con detalle como el sistema GCN contribuye a mitigar el estrés y controlar la homeostasis. Las tres proteínas conocidas de este sistema tienen homólogos en Arabidopsis. Diversos estudios indican que el mecanismo de actuación de GCN2 en plantas presenta muchas incógnitas. Mientras que la quinasa GCN2 de plantas se activa bajo diferentes situaciones de estrés, la participación de los homólogos de GCN1 y GCN20 en estos procesos es controvertida, y recientemente se ha propuesto un nuevo papel para GCN1 en la traducción, independiente de GCN2. El homólogo de GCN1 en plantas está implicado en la inmunidad innata y adquirida y sus líneas mutantes presentan fenotipos muy diferentes a los de las líneas mutantes en GCN2. La relación funcional entre estos dos genes sigue siendo difícil de definir en plantas. En esta tesis, demostramos que, aunque los genes GCN1 y GCN2 de Arabidopsis son necesarios para mediar la fosforilación de eIF2¿ tras tratamientos con glifosato, inhibidor de la biosíntesis de aminoácidos aromáticos, los mutantes de pérdida de función de ambas líneas desarrollan distintos fenotipos de raíz y cloroplasto. Los experimentos de microscopía electrónica revelan que los mutantes en GCN1, pero no en GCN2, se ven afectados en la biogénesis de cloroplastos, lo que explica el fenotipo macroscópico observado previamente para estos mutantes. Los mutantes en GCN1 presentan una compleja reprogramación transcripcional que afecta, entre otros, a las respuestas relacionadas con los mecanismos de defensa, fotosíntesis y al correcto plegamiento de las proteínas. Por otro lado, mostramos que ninguno de los cinco genes homólogos a GCN20 en Arabidopsis en necesario para la fosforilación de eIF2¿. Además, los fenotipos bajo estrés abiótico de plantas mutantes en los mismos, y el desarrollo de sus cloroplastos, sugiere que GCN20 está funcionalmente relacionado con GCN1, pero no con GCN2, algo que se confirma ya que los mutantes gcn1 y gcn20 comparten una reprogramación transcripcional similar, afectando a la fotosíntesis y a las respuestas frente al estrés. Identificamos la proteína quinasa GCN2 como un componente celular que fomenta la acción del glifosato en Arabidopsis. Los estudios comparativos que utilizan plántulas mutantes de pérdida de función de GCN2 muestran que el programa molecular que la planta despliega después del tratamiento con el herbicida no está teniendo lugar. Además, las plantas adultas gcn2 muestran una menor inhibición de la fotosíntesis, y acumulan menos ácido siquímico que las de tipo silvestre después del tratamiento con glifosato. Algo similar ocurre tras el tratamiento con luz ultravioleta UV-B, donde mutantes de pérdida de función son más resistentes. La activación de GCN2 ante este estrés es independiente del fotorreceptor UV-B (UVR8) y de sus componentes de señalización aguas abajo y de la vía de señalización de estrés de las MAP quinasas. / [EN] The GCN2 protein kinase is a conserved protein in all eukaryotes involved in translation control under stress conditions. It is considered a key point in the control of cellular homeostasis and a sensor for a wide variety of stress conditions. Aminoacid fasting was the stress that started its characterization in yeast and animal, but recently activation of this system has been observed in both biotic and abiotic stresses. The GCN system has been extensively described in Saccharomyces cerevisiae: GCN2 binds to GCN1 and GCN20 proteins, allowing kinase activation in aminoacid fasting situations. GCN2 is activated by uncharged tRNAs, and subsequently phosphorylates the translation factor eIF2¿, leading to a reduction in overall protein synthesis, but also a greater translation of specific mRNAs, such as those encoding GCN4. This transcription factor will regulate the expression of new genes, allowing the cell to initiate an adaptive response to stress. In plants, it is not deeply known how the GCN system helps to alleviate stress and control homeostasis. All three known proteins in this system have homologs in Arabidopsis. Some studies indicate that the mechanism of action of GCN2 in plants presents many gaps. While plant GCN2 kinase is activated under different stress situations, the involvement of GCN1 and GCN20 homologs in these processes is controversial, and recently it has been proposed a new role for GCN1 in translation, independent from GCN2. The GCN1 homolog in plants is involved in innate and acquired immunity and its mutant lines present very different phenotypes from those of the GCN2 mutant lines. The functional relationship between these two genes is difficult to define in plants. In this thesis, we prove that, although the Arabidopsis GCN1 and GCN2 genes are necessary to mediate in the phosphorylation of eIF2¿ after treatments with glyphosate, an inhibitor of aromatic aminoacid biosynthesis, the loss of function mutants of both lines develop different phenotypes of root and chloroplast. Electron microscopy experiments reveal that the mutants in GCN1, but not in GCN2, are affected in chloroplast biogenesis, which explains the macroscopic phenotype previously observed for these mutants. The mutants in GCN1 present a complex transcriptional reprogramming that affects, among others, the responses related to defense mechanisms, photosynthesis and the correct folding of proteins. On the other hand, we show that none of the five GCN20 homologous genes in Arabidopsis is necessary for the phosphorylation of eIF2¿. Furthermore, the phenotypes under abiotic stress of mutant plants in them, and the development of their chloroplasts, suggest that GCN20 is functionally related to GCN1, but not to GCN2, which is confirmed because the gcn1 and gcn20 mutants share a similar transcriptional reprogramming and affects photosynthesis and stress responses. We identify the GCN2 protein kinase as a cellular component that promotes the action of glyphosate in Arabidopsis. Comparative studies using GCN2 loss-of-function mutant seedlings show that the molecular program that the plant develops after the treatment with the herbicide is not taking place. Furthermore, adult gcn2 plants show less inhibition of photosynthesis, and accumulate less shikimic acid than wild-type ones after glyphosate treatment. Something similar happens after treatment with UV-B ultraviolet light, where loss-of-function mutants are more resistant. Activation of GCN2 in the face of this stress is independent of the UV-B photoreceptor and its downstream signaling components and the stress signaling pathway of MAP kinases. / [CA] La proteína quinasa GCN2 és una proteïna conservada en tots els organismes eucariotes implicada en el control de la traducció en condicions d'estrés. Està considerada un punt clau en el control de l'homeòstasis cel.lular i es un sensor de diferents i variades condicions d'estrés. L' estrés que va iniciar la seua caracterització en llevats i cèl.lules animals és el dejuni d' aminoàcids, però recentment s'ha observat l'activació d'aquest sistema davant de multitud d'estressos tant biòtics com abiòtics. El sistema GCN ha segut descrit ampliament en Saccharomyces cerevisiae: GCN2 s'uneix a les proteïnes GCN1 y GCN20, permitint l'activació de la quinasa en situacions de dejuni d'aminoàcids. GCN2 s'activa per tRNA no carregats, i posteriorment fosforila el factor de traducció eIF2¿, donant lloc a una reducció de la síntesi global de proteïnes, però també una major traducció de mRNA específics, com els que codifiquen a GCN4. Aquest factor de transcripció regularà l'expressió de nous gens, el que permet que la cèl·lula puga iniciar una resposta d'adaptació a l'estrés. En plantes es desconeix amb detall com el sistema GCN contribueix a mitigar l'estrés i controlar l'homeòstasi. Les tres proteïnes conegudes d'aquest sistema tenen homòlegs en Arabidopsis. Diversos estudis indiquen que el mecanismo d'actuació de GCN2 en plantes presenta moltes incògnites. Mentres que la quinasa GCN2 de plantes es activada en diferents situacions d'estrés, la participació dels homòlegs de GCN1 i GCN20 en aquests processos és controvertida, i recentment s'ha proposat un nou paper per a GCN1 en la traducció, independent de GCN2. L'homòleg de GCN1 en plantes està implicat en la inmunidad innata i adquirida i les seues línies mutants presenten fenotips molt diferents als de les línies mutants en GCN2. La relació funcional entre estos dos gens continua sent difícil de definir en plantes. En esta tesi, demostrem que, encara que els gens GCN1 i GCN2 d' Arabidopsis són necessaris per a donar lloc a la fosforilació d'eIF2¿ després de ser tractada amb glifosato, inhibidor de la biosíntesi d' aminoàcids aromàtics, els mutants de pèrdua de funció d'ambes línies desenvolupen distints fenotips d'arrel i cloroplast. Els experiments de microscòpia electrònica revelen que els mutants en GCN1, però no en GCN2, es veuen afectats en la biogènesis de cloroplastos, el que explica el fenotip macroscòpic observat prèviament per a estos mutants. Els mutants en GCN1 presenten una complexa reprogramació transcripcional que afecta, entre d'altres, a les respostes relacionadaes amb els mecanismes de defensa, fotosíntesi i al correcte plegament de les proteïnes. D'altra banda, demostrem que ningun dels cinc gens homòlegs a GCN20 en Arabidopsis és necessari per a la fosforilació d' eIF2¿. Ademés, els fenotips baix estrés abiòtic de plantes mutants en ells mateix, i el desenvolupament dels seus cloroplasts, sugereixen que GCN20 està funcionalment relacionat amb GCN1, però no amb GCN2, cosa que es confirma ja que els mutants gcn1 i gcn20 compartixen una reprogramació transcripcional similar, afectant a la fotosíntesi i les respostes davant l'estrés. Identifiquem la proteïna quinasa GCN2 com un component cel.lular que fomenta l'acció del glifosato en Arabidopsis. Els estudis comparatius que utilitzen plántules mutants de pèrdua de funció de GCN2 mostren que el programa mol.lecular que la planta desplega després del tractament amb herbicida no está ocorreguent. Ademés, les plantes adultes gcn2 presenten una menor inhibició de la fotosíntesi, i acumulen menys àcid siquímic que les de tipus silvestre després de ser tractades amb glifosato. S'obté un resultat semblant després del tractament amb llum ultravioleta UV-B, on els mutants de pèrdua funció són més resistents. La activación de GCN2 ante este estrés es independiente del fotorreceptor UV-B (UVR8) y de sus componentes de señalización aguas abajo y de la vía de señalización de estrés de las MAP quinasas. / Faus Ferrer, MI. (2020). Caracterización del sistema GCN en plantas mediante la utilización de mutantes de pérdida de función [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/153809 / Compendio

[EN] Eukaryotic cells adapt to environmental changes ("stress") through signal transduction pathways which coordinate complex adaptive responses. Mitochondria are able to respond to different external stimuli in a dynamic manner. In previous studies, mitochondria were shown to play an important role in adaptation to hyperosmotic stress and defects in many mitochondrial functions cause sensitivity to this stress. In the present work, we investigate novel mechanisms of mitochondrial adaptation in response to stress. First of all, the role of the mitochondrial pyruvate carrier complex (MPC) in this adaptation was analyzed. This carrier is composed by three proteins in yeast: Mpc1, Mpc2 and Mpc3. MPC3 is upregulated upon salt stress and during a diauxic shift, which leads to an increase in Mpc3 protein abundance. HOG pathway, implicated in osmostress response, is needed for the efficient induction of MPC3 transcription. Our analysis suggests that amino acid biosynthesis, respiration rate and oxidative stress tolerance are regulated by changes in the Mpc protein composition of the mitochondria. In this way, Mpc2 is most abundant under fermentative non stress conditions and important for amino acid biosynthesis, while Mpc3 is the most abundant family member upon salt stress or when high respiration rates are required. In addition, Mpc3 stimulates respiration and enhances tolerance to oxidative stress. Therefore, our results identify that the regulated mitochondrial pyruvate uptake via different Mpc proteins might be an important determinant of respiration rate and stress resistance. Secondly, since pyruvate flux to mitochondria is modified according to environmental conditions, here we study also possible changes in electron transport chain complex subunits. We found that a switch to partially or completely respiratory energy sources causes selective degradation of respiratory complex I and III subunits. Moreover, this degradation was also observed when there was a specific organelle damage caused by valinomycin, to maintain cell homeostasis. Interestingly, the loss of Atg32 function only partially affected the respiratory complex specific degradation, while the Atg11 protein was absolutely required in this process. Fission and fusion machinery proteins (Fzo1 and Fis1) and some mitochondrial proteases (Yme1, Pim1 and Afg3) also have a role in the valinomycin-mediated mitophagy. This process might start by Atg11 accumulation in foci close to the mitochondria shortly after valinomycin treatment. In this work, we describe for the first time a specific mechanism of mitophagy mediated by damage in yeast, which opposes to the concept of a generalized degradation of the organelle. / [ES] Las células eucariotas responden a cambios en su entorno ("estrés") a través de rutas de transmisión de señales que coordinan respuestas adaptativas muy complejas. Las mitocondrias son orgánulos muy dinámicos capaces de responder a diversos estímulos externos. En estudios anteriores, se demostró que la mitocondria tiene un papel en la adaptación a estrés hiperosmótico, ya que los mutantes con defectos en diversos componentes mitocondriales muestran mayor sensibilidad a este estrés. En este trabajo, se ha investigado nuevos mecanismos de adaptación de la actividad mitocondrial en respuesta a estrés. Por una parte, se ha estudiado el papel del complejo transportador de piruvato mitocondrial (MPC) en esta adaptación. Este transportador está conformado por tres proteínas en levadura: Mpc1, Mpc2 y Mpc3. El gen MPC3 sufre una fuerte inducción transcripcional en condiciones de estrés osmótico y cambio diáuxico, que se traduce en un aumento de la cantidad de proteína Mpc3. Esta regulación se vio que dependía de la ruta HOG, implicada en la respuesta a estrés osmótico, y no ocurría en Mpc1 y Mpc2. Se comprobó, además, que los cambios en la composición de MPC en la mitocondria regulaban la biosíntesis de aminoácidos, la capacidad respiratoria y la tolerancia a estrés oxidativo de la célula. De esta forma, Mpc2 es la proteína más abundante en condiciones fermentativas sin estrés y es necesaria para la biosíntesis de aminoácidos; mientras que Mpc3 es el miembro más abundante ante estrés salino o cuando se requiere una elevada tasa respiratoria. Además, Mpc3 estimula la respiración y aumenta la tolerancia a estrés oxidativo. Por tanto, nuestros resultados identifican que la entrada de piruvato en la mitocondria y su posterior uso están regulados por la composición específica de las subunidades del transportador y determina la tasa respiratoria y la resistencia a estrés. Por otra parte, dado que el flujo de piruvato a la mitocondria se modificaba en función de las condiciones ambientales, se quiso estudiar qué ocurría en los complejos de la cadena de transporte de electrones en estas condiciones. Se observó que los complejos I y III se degradaban ante elevadas tasas respiratorias, al parecer como un mecanismo de reciclaje. Además, ante un daño mitocondrial específico utilizando valinomicina, también existía una degradación específica de los complejos respiratorios I y III, para mantener la homeostasis celular. Este proceso es dependiente de Atg11, e independiente de Atg32. También parecen implicadas proteínas de la maquinaria de dinámica mitocondrial (Fzo1 y Fis1) y algunas proteasas mitocondriales (Yme1, Pim1 y Afg3). El inicio de este proceso parece producirse ante la aparición de foci de Atg11 cercanos a la mitocondria. Se describe por primera vez en levadura un mecanismo específico de mitofagia inducida por daño, que contrasta con el concepto de degradación generalizada del orgánulo. / [CA] Les cèl·lules eucariotes responen a canvis al seu entorn ("estrès") a través de rutes de transmissió de senyals que coordinen respostes adaptatives molt complexes. Les mitocòndries són orgànuls molt dinàmics capaços de respondre a diversos estímuls externs. A estudis previs, es va demostrar que la mitocòndria té un paper en l'adaptació a estrès hiperosmòtic, ja què els mutants amb defectes en diversos components mitocondrials mostren major sensibilitat a aquest estrès. A aquest treball, s'ha analitzat nous mecanismes d'adaptació de l'activitat mitocondrial en resposta a estrès. Per una banda, s'ha estudiat el paper del complex transportador de piruvat mitocondrial (MPC) a aquesta adaptació. Aquest transportador està conformat per tres proteïnes en llevat: Mpc1, Mpc2 i Mpc3. El gen MPC3 pateix una forta inducció transcripcional en condicions d'estrès osmòtic i canvi diàuxic, que es tradueix en un augment de la quantitat de proteïna Mpc3. Aquesta regulació depèn de la ruta HOG, implicada en la resposta a estrès osmòtic, i no tenia lloc en Mpc1 i Mpc2. A més, es va comprovar que els canvis en la composició de MPC a la mitocòndria regulaven la biosíntesi de aminoàcids, la capacitat respiratòria i la tolerància a estrès oxidatiu de la cèl·lula. D'aquesta manera, Mpc2 és la proteïna més abundant en condicions fermentatives en absència d'estrès, mentre que Mpc3 és el membre més abundant davant d'estrès salí o quan és necessària una elevada taxa respiratòria. A més, Mpc3 estimula la respiració i augmenta la resistència a estrès oxidatiu. Per tant, els nostres resultats identifiquen que l'entrada de piruvat a la mitocòndria i el seu posterior ús estan regulats per la composició específica de les subunitats del transportador i determina la taxa respiratòria i la resistència a estrès. Per altra banda, com el flux de piruvat a la mitocòndria es modifica en funció de les condicions ambientals, es va voler estudiar què succeïa als complexes de la cadena de transport electrònic a aquestes condicions. Es va observar que els complexes I i III es degradaven davant d'elevades taxes respiratòries, com a mecanisme de reciclatge. A més, davant d'un dany mitocondrial específic utilitzant valinomicina, també existia una degradació específica dels complexes respiratoris I i III, per a mantenir l'homeòstasi cel·lular. Aquest procés és depenent d'Atg11, però independent d'Atg32. També semblen implicades proteïnes de la maquinària de dinàmica mitocondrial (Fzo1 i Fis1) i algunes proteases mitocondrials (Yme1, Afg3 i Pim1). L'inici d'aquest procés sembla produir-se per l'aparició de foci d'Atg11 propers a la mitocòndria. Per primera volta, es descriu en llevat un mecanisme específic de mitofagia induïda per dany, que contrasta amb el concepte de degradació generalitzada de l'orgànul. / Timón Gómez, A. (2016). MECANISMOS DE ADAPTACIÓN DE LA ACTIVIDAD MITOCONDRIAL EN RESPUESTA A ESTRÉS [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/64873

[EN] The knowledge of the key genes which crucially affect the development and stress tolerance of plants is a very important task and indispensable for both, the basic and the applied research. The screening of populations of mutagenized plants permits the identification of mutants and, starting with their analysis, the identification of the genes responsible for a certain trait. Compared to alternative methods (e.g. chemical or physical mutagens) the insertional mutagenesis using T-DNA offers the additional advantage of labeling the altered gene with a piece of known sequence that will facilitate its identification and cloning. On the other hand, the tomato is one of the world¿s economically most important vegetables which over the last few years also gained the status of a model organism for certain traits. In order to identify the relevant genes involved in the response of plants to abiotic stresses and processes related to the vegetative and reproductive development, our laboratory performs in collaboration with Dr. Lozano¿s (University of Almería) and Dr- Bolarín¿s (CEBAS-Murcia) groups a project of insertional mutagenesis in tomato and related wild species, among them Solanum pennellii. The present PhD-thesis is embedded in this context and aims to create a collection of transgenic plants of S. pennellii, design new methods helpful for evaluating the tolerance to salt stress, the identification of traits related to water or salt stress and screen several lines of S. lycopersicum which were pre-selected for showing different aberrations that could be related to the tolerance to abiotic stresses. By tackling these tasks it was possible to obtain the following results. After obtaining more than two thousand diploid transgenic lines of S. pennellii, 887 of them were screened with the different systems developed for detecting mutant plants. Two of the methods designed were based on in vitro culture and one for the short-term evaluation in vivo. With the latter one a total of 68 tomato lines were screened and among them a mutant with alterations in its development which could be interesting for its relation to abiotic stress tolerance identified. In the collection of S. pennellii several plants showing phenotypes with different alterations were detected. Three of them received an advanced examination and it was possible to identify and clone the affected gene in one case. The detected mutants as much as the developed technologies are of great value for deepening the understanding of the processes related to abiotic stress tolerance in a crop with the outstanding importance of the tomato. / [ES] El conocimiento de los genes clave que afectan al desarrollo de las plantas y su tolerancia a estreses abióticos es un aspecto muy importante, tanto desde un punto de vista básico como aplicado. El escrutinio de poblaciones de plantas mutagenizadas permite la identificación de mutantes y, a partir de ellos, conocer los genes responsables de un carácter concreto. Cuando se compara con otras alternativas metodológicas (mutágenos químicos o físicos) la mutagénesis insercional con T-DNA aporta una ventaja adicional, ya que si el gen queda etiquetado por un fragmento de ADN de secuencia conocida su identificación y clonación es más sencilla. Por otro lado, el tomate es una de las especies con mayor importancia económica a nivel mundial que, en los últimos tiempos, se ha considerado también como especie modelo para el estudio de determinados caracteres. Para lograr la identificación de genes clave en la respuesta de las plantas a los estreses de tipo abiótico y en procesos del desarrollo tanto vegetativo como reproductivo, en nuestro laboratorio se está abordando, en colaboración con los grupos del Dr. Lozano (Universidad de Almería) y de la Dra. Bolarín (CEBAS - Murcia), un proyecto de mutagénesis insercional con tomate y especies silvestres relacionadas, entre ellas Solanum pennellii. La tesis doctoral presente se enmarca en este contexto y tiene como objetivos la creación de una colección de plantas transgénicas de S. pennellii, el diseño de nuevos métodos aptos para evaluar la tolerancia al estrés salino, la identificación de caracteres relacionados con el estrés hídrico o salino y el escrutinio de algunas líneas de S. lycopersicum pre-seleccionadas por mostrar diferentes alteraciones que puedan estar relacionadas con la tolerancia a estreses de tipo abiótico. Tras abordar estos objetivos se han obtenido los siguientes resultados. Tras obtener más de dos mil líneas transgénicas diploides de Solanum pennellii se han evaluado 887 líneas con los diferentes sistemas de identificación de mutantes diseñados. Dos de los métodos de evaluación diseñados se basaron en el cultivo in vitro y uno en un sistema de cultivo in vivo a corto plazo. Además, con esta última metodología se evaluaron 68 líneas de tomate entre las que se identificó un mutante de desarrollo de elevado interés por su relación con la tolerancia a estreses abióticos. Entre las líneas de Solanum pennellii analizadas se han identificado fenotipos con distintas alteraciones. En tres de estas líneas se llevó a cabo una evaluación más avanzada llegando a identificar y clonar el gen afectado en una de ellas. Tanto los mutantes identificados como las metodologías desarrolladas son de gran valor para seguir profundizando en los procesos relacionados con la tolerancia a estreses abióticos en una especie tan importante como el tomate. / [CA] El coneixement dels gens clau que afecten al desenvolupament de les plantes i la seua tolerància a estressos abiòtics és un aspecte molt important, des d'un punt de vista bàsic com a aplicat. L'escrutini de poblacions mutagenitzades de plantes permet la identificació de mutants i a partir d'ells conèixer els gens d'un caràcter concret. Quan es compara amb altres alternatives metodològiques (mutàgens físics o químics) la mutagènesi amb T-DNA aporta un avantatge addicional, ja que al tindre el gen un fragment etiquetat pel T-DNA de seqüència coneguda la seua identificació i clonació és més senzilla. D'altra banda, la tomaca és una de las espècies de major importància econòmica a nivell mundial que, en els últims temps, s'ha considerat també una espècie model per a l'estudi de determinats caràcters. Per a aconseguir la identificació de gens clau en la resposta de les plantes a estressos abiòtics i processos de desenvolupament tant vegetatiu com reproductiu, en el nostre laboratori s'està abordant amb col·laboració amb els grups del Dr. Lozano (Universitat d'Almeria) i la Dra. Bolarín (CEBAS-Murcia), un projecte de mutagènesi insercional amb tomaca i espècies silvestres relacionades, entre elles Solanum pennellii. La tesi doctoral s'emmarca en aquest context i té com a objectius la creació d'una col·lecció de plantes transgèniques de Solanum pennellii, el disseny de nous mètodes aptes per a avaluar la tolerància a l'estrès salí, la identificació de caràcters relacionats amb l'estrès hídric i salí, l'escrutini d'algunes línies de S. lycopersicum pre-seleccionades per mostrar diferents alteracions que puguen estar relacionades amb la tolerància a estressos de tipus abiòtic. En abordar estos objectius s'han obtingut els següents resultats. Després d'obtindre més de dos mil línies transgèniques diploides de Solanum pennellii s'han avaluat 821 línies amb els diferents sistemes d'identificació de mutants dissenyats. Dos dels mètodes d'avaluació dissenyats es basaren en el cultiu in vitro i un en un sistema de cultiu in vivo a curt termini. A més, amb aquesta última metodologia s'avaluaren 68 línies de tomaca entre les quals s'identificà un mutant de desenvolupament d'elevat interès per la seua relació amb la tolerància a estressos abiòtics. Entre les línies de Solanum pennellii analitzades s'han identificat fenotipus amb diferents alteracions. En tres d'estes línies es va dura a terme una avaluació més avançada arribant a identificar el gen afectat en una de les línies. Tant els mutants identificats com les metodologies desenvolupades són de gran valor per a seguir aprofundint en els processos relacionats amb la tolerància a estressos abiòtics en una espècie tan important como la tomaca. / Schleicher, P. (2017). Mutagenesis insercional en tomate y Solanum pennellii: Identificación de mutantes en inserción alterados en el desarrollo y la tolerancia a la salinidad [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/81860

Memory is an adaptive tool for survival. It is critical to remember events accurately in order to learn and interact with our surroundings. In that regard, noradrenaline and corticosterone stress hormones have been proven to improve memory but also disrupt it depending on the instant that these hormones levels rise in the brain (during information encoding, consolidating or retrieval). A less investigated aspect would be how these two stress hormones influence memory accuracy. Over time, episodic-like memories are transformed into more semantic ones, which become less dependent on the hippocampus and more dependent on cortical regions like the medial pre-frontal cortex (mPFC). The purpose of this study was to investigate the effect of yohimbine (α2-noradrenergic receptor antagonist that increases noradrenaline levels) and corticosterone in memory accuracy in a low-arousing episodic-like memory task (Object in Context), as well as related changes in mice mPFC activity. Male C57BL/6J mice were exposed to a set of two identical objects in one context for 5 min, immediately followed by exposure to another set of two identical objects in a second context. Immediately after the training they received intraperitoneal injection of either yohimbine, corticosterone or vehicle. On the 24-h retention test, mice were placed back into one of the training contexts with two objects, one copy from each set of identical objects used during training. Thus, although both objects were familiar, one of the objects had not previously been encountered in that particular context. Hence, if the animal generated an accurate memory for the association between an object and its context, it would spend significantly more time exploring the object that was not previously experienced in that context. Our findings indicated that both yohimbine and corticosterone enhanced memory accuracy. Moreover, yohimbine increased the number of c-Fos-expressing non-GABAergic cells in cingulate area 1 and prelimbic cortex of mice mPFC. By contrast, corticosterone showed no changes in GABAergic or non-GABAergic activity in the mPFC compared to vehicle. These findings suggest that glucocorticoids-related memory enhancement would be associated to a distinct brain activity that was not addressed in this study. / La memoria es fundamental para la supervivencia. Recordar un evento con precisión es de gran importancia para aprender e interactuar con nuestro entorno. En ese sentido, se ha observado que las hormonas del estrés noradrenalina y corticosterona pueden mejorar, pero también, deteriorar, la memoria dependiendo del momento de alza hormonal (durante la codificación, consolidación o recuperación de la memoria). Sin embargo, un área menos investigada es cómo estas dos hormonas influyen en la precisión del recuerdo. Con el tiempo, los recuerdos episódicos se transforman en recuerdos más semánticos volviéndose menos dependientes del hipocampo y más dependientes de regiones corticales como la corteza prefrontal medial (CPFm). En este estudio, se quiso investigar el efecto de la yohimbina (antagonista del receptor α2-noradrenérgico que aumenta los niveles de noradrenalina) y la corticosterona en la precisión del recuerdo en una tarea de memoria episódica de baja activación emocional (“Objeto en Contexto”). Asimismo, se quiso observar los cambios en la actividad de la CPFm, asociados a la tarea y al tratamiento farmacológico. Así, ratones macho C57BL/6J fueron expuestos a un set de dos objetos idénticos en un contexto durante 5 minutos, seguido inmediatamente por la exposición a otro set de dos objetos idénticos en un segundo contexto. Después del entrenamiento, los animales recibieron una inyección intraperitoneal de yohimbina, corticosterona o vehículo. En la prueba de recuperación del recuerdo, 24 h después del entrenamiento, se volvieron a colocar a los ratones en uno de los contextos de entrenamiento con una copia de cada set de los objetos idénticos que fueron utilizados previamente. Por lo tanto, aunque ambos objetos eran familiares, uno de ellos no se había encontrado previamente en ese contexto particular. Por consiguiente, si el animal generaba una memoria precisa para la asociación entre un objeto y su contexto, pasaría significativamente más tiempo explorando el objeto que no fue encontrado previamente en ese contexto. Los hallazgos indicaron que tanto la yohimbina como la corticosterona mejoraron la precisión del recuerdo. Adicionalmente, la yohimbina aumentó el número de células no GABAérgicas que expresaron c-Fos en el área cingulada 1 y la corteza prelímbica. Por el contrario, la corticosterona no mostró cambios en la actividad GABAérgica o no GABAérgica en la CPFm en comparación con el vehículo. Estos hallazgos sugieren que la mejora de memoria asociada a los glucocorticoides estaría vinculada a actividad cerebral distinta a la abordada en este estudio.