Interés del estudio: El virus de la rotura del color de la flor del Pelargonium (Pelargonium flower break virus, PFBV) (género Carmovirus, familia Tombusviridae) constituye uno de patógenos virales más frecuentes en geranio, una planta ornamental de gran interés para la industria floral. En los últimos años se ha registrado un aumento progresivo de las infecciones causadas por este patógeno, con un porcentaje de incidencia superior al 80% en regiones de Europa occidental y en algunas áreas de España. La información acerca de las relaciones estructura-función en las proteínas de este virus era prácticamente inexistente al inicio de este trabajo y bastante limitada para las proteínas equivalentes de muchos virus relacionados, de modo que la aportación de datos adicionales en este campo puede ser de gran utilidad para entender mejor el establecimiento de la infección y los mecanismos de interacción con el huésped de este virus y de otros equivalentes. Objetivos: Durante el desarrollo de esta Tesis Doctoral se han llevado a cabo análisis de las relaciones estructura-función de las proteínas que codifica el PFBV, centrándonos en aquellos productos virales con características atípicas o cuya función no está del todo clara dentro del grupo al cual pertenece el virus. Con ello se ha pretendido aportar nuevos datos al conocimiento del patógeno y, en general, del grupo al que pertenece. Elementos de la metodología a destacar: La realización de esta Tesis ha permitido la publicación de varios artículos de divulgación científica, aprobados por comités que han avalado convenientemente el uso de las metodologías empleadas. Resultados logrados: Con este trabajo se ha establecido la etapa del ciclo infeccioso en la que se encuentran involucradas las distintas proteínas del PFBV y se han analizado relaciones estructura-función en dichos productos. Asimismo, se han determinado algunas propiedades relevantes de proteínas implicadas en la replicación, así como de aquellas que asisten / Martínez Turiño, S. (2012). ANÁLISIS FUNCIONAL DE PROTEÍNAS CODIFICADAS POR EL VIRUS DE LA ROTURA DEL COLOR DE LA FLOR DEL PELARGONIUM [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16807

[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

Orientador: Ivan de Godoy Maia / Banca: Jiri Boreck / Banca: Carolina Munari Rodrogues / Banca: Douglas Silva Domingues / Banca: Edvaldo Amaral Aparecido da Silva / Resumo: As proteínas desacopladoras (UCPs) são proteínas especializadas no transporte mitocondrial que dissipam o gradiente eletroquímico de prótons gerados na respiração. Essas proteínas desempenham um papel na manutenção da função mitocondrial e sua importância como componente da tolerância celular ao estresse oxidativo tem sido demonstrada em diversos estudos realizados tanto in vitro com em in vivo. No presente estudo, foram realizados dois estudos empregando UCPs de plantas. Numa primeira abordagem foi realizada uma análise do transcriptoma de plantas transgênicas de tabaco que superexpressam o gene AtUCP1 de Arabidopsis thaliana utilizando a técnica de RNA-Seq. Para o RNA-Seq foi gerado de mais de um milhão de reads com 150 pb em média para cada biblioteca testada. A partir desses reads, um conjunto de aproximadamente 34.000 contigs foi obtido. Após as análises foi possível identificar um total de 816 genes diferencialmente expressos entre as linhagens transgênicas e o controle selvagem, sendo 239 genes induzidos (p≤0,001) e 577 reprimidos (p≤0,001). Em paralelo, uma análise de expressão gênica foi empreendida utilizando mutantes de inserção de arabidopsis para os genes AtUCP1-3, dois deles caracterizados no presente estudo (atucp2 e atucp3), com o objetivo de verificar a funcionalidade e redundância entre essas isoformas. Segundo os resultados obtidos, uma possível compensação só foi observada no mutante atucp3 no qual os genes AtUCP1 e AtUCP2 foram induzidos tanto em condições fisiológicas normais como em condições de estresse salino e osmótico / Abstract: Mitochondrial inner membrane uncoupling proteins (UCP) dissipate the proton electrochemical gradient established by the respiratory chain, thus affecting the yield of ATP synthesis. These proteins play a role in maintaining mitochondrial function and their importance as cellular oxidative stress tolerance component has been demonstrated in several studies performed in vitro and in vivo. In this study, the functional role of plant UCPs was investigated. In a first approach, a transcriptomic analysis of tobacco plants overexpressing the AtUCP1 gene of Arabidopsis thaliana was performed using RNA-seq analysis. The RNA-sequencing generated over a million of reads with 150 base pair on average for each library. From these reads, a set of approximately 34,000 contigs was obtained. A total of 816 differentially expressed genes between transgenic lines and wild-type control was identified. Amongst them, 239 were up-regulated (p≤0,001) and 577 were down-regulated (p≤0,001). In parallel, a gene expression analysis was performed using Arabidopsis insertion mutants for the AtUCP1-3 genes, two of them (atucp2 and atucp3) being characterized in this study. The main purpose was to verify the functionality and the existence of redundancy between the target genes. According to the obtained results, a compensatory expression was observed only in the atucp3 background, in which the AtUCP1 and AtUCP2 genes were induced both in normal physiological conditions and under salt and osmotic stresses / Doutor

La proteína Alex3 forma parte de la familia de genes exclusiva de los mamíferos euterios Armcx, caracterizada por presentar una alta expresión en el SNC, por encontrarse localizada en clúster en el cromosoma X y porque se originaron a partir de la retrotransposición del gen Armc10 y una rápida duplicación en tándem en una evolución temprana de los mamíferos euterios. Las proteínas Armcx/Armc10 poseen primariamente una localización subcelular bimodal, encontrándose asociadas a la membrana externa mitocondrial y en el núcleo celular, localización que concuerda con sus secuencias proteicas que poseen putativos dominios de localización en estos compartimentos. La sobreexpresión de las proteínas Armcx/Armc10 produce una profunda alteración de la red mitocondrial, demostrando que esta familia de proteínas juega un papel importante en la regulación de la dinámica y agregación mitocondrial y al menos, la sobreexpresión de la proteína Alex3, no induce cambios en los parámetros bio-energéticos mitocondriales, tales como el consumo de oxígeno, el potencial de membrana, el contenido de DNA mitocondrial, la actividad de la citocromo c oxidasa o la recaptación de Ca2+, ni alteran el balance de fisión/fusión mitocondrial. Tanto la sobreexpresión como el silenciamiento de las proteínas Alex3 y Armc10 en neuronas hipocampales se ha visto alteran la distribución y transporte mitocondrial. Las proteínas Alex3 y Armc10 interaccionan con el complejo Kinesina/Miro/Trak2, regulador del transporte mitocondrial, lo cual sugiere que esta familia de proteínas regularían el transporte y dinámica mitocondrial a través de este complejo de proteínas. La interacción de Alex3 con este complejo también se ha visto es dependiente de los niveles de Ca2+, reduciéndose la interacción de estas proteínas cuando los niveles de Ca2+ son elevados. Por otra parte, la vía de señalización asociada a proteínas Wnt se ha visto induce la degradación de la proteína Alex3 por un proceso independiente del proteosoma. Esta degradación no depende de los componentes de la vía canónica Dishevelled, GSK3-β y β-catenina ni de los componentes no canónicos JNK, CAMKII y calcineurina, habiéndose demostrado que la PKC y la CK2 juegan un papel principal en el control y degradación de los niveles de la proteína Alex3 de forma dependiente e independiente de las vías de señalización de Wnt. De manera similar, la depleción de los niveles intracelulares de Ca2+ también reproduce la degradación de Alex3. Además, la degradación de Alex3 a través de las vías de señalización asociadas a las proteínas Wnt revierte los fenotipos de agregación mitocondrial inducidos por la sobreexpresión de Alex3 y es evitado por la activación de la PKC, lo que sugiere que las proteínas Wnt podrían jugar un papel en el control de la dinámica mitocondrial mediante la regulación de las proteínas Armcx. / Alex3 protein belongs to the eutherian specific family of genes Armcx, characterized by a high expression on the CNS, to be localized in a cluster on the X chromosome and to be originated by retrotransposition of Armc10 gene in a fast duplication in tandem. The Armcx/Armc10 proteins have a primary bimodal localization, both in nucleus and mitochondria as indicate their putative domains. Overexpression of Armcx/Armc10 proteins causes a profound alteration on the mitochondrial net showing that this family of proteins plays an important role in the regulation of the mitochondrial dynamics and at least, the overexpression of Alex3 protein neither change the bioenergetic parameters of mitochondria such as respiration, mitochondrial DNA content or calcium uptake nor alters the mitochondrial fusion/fission rate. Both the overexpression and knock-down of Alex3 and Armc10 proteins in hippocampal neurons alters the mitochondrial distribution and transport. Alex3 and Armc10 interact with the Kinesin/Miro/Trak2 mitochondrial transport regulator complex, suggesting that the Armcx protein family regulates mitochondrial dynamics through this complex. Moreover the interaction of Alex3 with this complex is dependent of calcium levels, diminishing the interaction when calcium levels are high. On the other hand, the Wnt signalling pathway induces the degradation of Alex3 protein in a proteosome independent process. This degradation is independent of the Wnt canonical and non-canonical members Dishevelled, GSK3β, β-catenin, JNK, calcineurin and CAMKII, but showing that the PKC and CKII members play a principal role in the control and degradation of Alex3 protein levels dependently and independently of Wnt pathways. Moreover, Alex3 degradation through Wnt signalling pathways, reverts the mitochondrial aggregation phenotypes and is avoided by PKC activation, suggesting that Wnt proteins can play a role in the control of mitochondrial dynamics through the regulation of Armcx proteins.

Els mitocondris són orgànuls citoplasmàtics que tenen un paper fonamental en múltiples processos biològics com l’oxidació de substrats i la producció d’ATP, la senyalització cel•lular, l’apoptosi, el control del cicle cel•lular i l’homeòstasi del calci. Els mitocondris són orgànuls dinàmics, que pateixen canvis de morfologia regulats per processos de fusió i de fissió. Existeix un equilibri entre ambdós processos que és indispensable per a la correcta funció mitocondrial. Les proteïnes que participen directament en la fusió mitocondrial en mamífers són les mitofusines (Mfn1 i Mfn2), localitzades a la membrana mitocondrial externa i OPA1, situada a la membrana mitocondrial interna. Diferents estudis han demostrat que la proteïna Mfn2, a més de promoure la fusió dels mitocondris, també està implicada en la interacció entre els mitocondris i el reticle endoplasmàtic i que participa en la regulació del cicle cel•lular i del metabolisme mitocondrial. Per altra banda, l’expressió de Mfn2 es troba disminuïda en múscul esquelètic en situacions de resistència a la insulina, com l’obesitat o la diabetis de tipus 2, que a la vegada es caracteritzen per una alterada activitat mitocondrial. En base a aquestes observacions, l’objectiu principal de la present tesi doctoral ha estat estudiar els efectes de la modulació de l’expressió de Mfn2 sobre el metabolisme i la bioenergètica mitocondrial en múscul esquelètic. Amb aquest propòsit hem expressat una forma truncada de Mfn2 (hMfn2Δ614-757) o bé hem reprimit l’expressió de Mfn2 endògena en el model cel•lular C2C12 i en múscul esquelètic de ratolí. Per dur a terme aquest objectiu hem generat 3 models de ratolí diferents: el model d’expressió transitòria de la forma hMfn2Δ614-757; el model de repressió transitòria de Mfn2 i el ratolí knockdown de Mfn2. Els dos primers models han estat generats mitjançant la tècnica de l’electrotransferència d’ADN en múscul esquelètic. La sobreexpressió de la forma hMfn2Δ614-757 en cèl•lules C2C12 diferenciades incrementa el consum d’oxigen mitocondrial en situació basal i també en desacoblar la cadena de transport d’electrons de la síntesi d’ATP, suggerint una major capacitat respiratòria dels miotubs que expressen la hMfn2Δ614-757. En múscul esquelètic de ratolí, l’expressió d’aquesta forma de Mfn2 causa una estimulació de la taxa d’oxidació de glucosa així com un increment de la Respiratory Control Ratio (RCR). La inducció del metabolisme mitocondrial observada en sobreexpressar la forma hMfn2Δ614-757 no és deguda a un augment de la massa mitocondrial, sinó a un increment en l’expressió i l’activitat d’alguns dels complexes de la cadena respiratòria mitocondrial. La repressió de Mfn2 en miotubs C2C12 produeix un increment en la respiració no associada a la producció d’ATP o proton leak i una disminució en el potencial de membrana mitocondrial. Aquests resultats indiquen que la repressió de Mfn2 provoca el desacoblament de la cadena de transport d’electrons i la síntesi d’ATP, suggerint una disminució de l’eficiència de la fosforilació oxidativa. Els músculs dels ratolins knockdown de Mfn2 presenten una reducció de la taxa d’oxidació de glucosa i de la Respiratory Control Ratio. A més, la repressió de Mfn2 disminueix l’activitat del complex IV de la cadena respiratòria. En conjunt aquests resultats suggereixen que la disminució de l’expressió de Mfn2 origina una disfunció del sistema de transport electrònic mitocondrial. També cal remarcar que els ratolins knockdown de Mfn2 presenten una major susceptibilitat a desenvolupar resistència a la insulina en resposta a l’envelliment o a una dieta rica en greixos. La disfunció mitocondrial i l’augment en la producció d’espècies reactives d’oxigen (ROS) observats en el múscul esquelètic d’aquests ratolins podrien explicar aquesta major susceptibilitat. / Mitochondria are cellular organelles that play a fundamental role in many cellular functions, such as substrates oxidation, ATP production, apoptosis and calcium economy. Mitochondria are dynamic organelles that can fuse and divide; the balance between both processes is crucial for a correct mitochondrial function. The most relevant proteins described to date involved in the regulation of mitochondrial fusion are mitofusins 1 and 2 (Mfn1 and Mfn2, respectively) and OPA1. Substantial data indicates that Mfn2 is also a key regulator of cell cycle and mitochondrial metabolism. On the other hand, Mfn2 expression is reduced in skeletal muscle of obese subjects and type 2 diabetic patients, situations characterized by altered mitochondrial activity. Based on these observations, the main objective of this thesis was the study of the metabolic role of Mfn2 in skeletal muscle. We have studied the metabolic effects caused by the manipulation of Mfn2 expression in mice skeletal muscle in vivo. By means of DNA electrotransfer technologies, we have expressed a truncated Mfn2 mutant in skeletal muscle and we have also repressed endogenous Mfn2 expression with microRNAs. We have also generated a skeletal muscle Mfn2 knockout mouse model (Mfn2 KO). The expression of truncated Mfn2 mutant in tibialis stimulated glucose oxidation and increased the Respiratory Control Ratio (RCR). It also increased the expression of subunits Cox4 of OXPHOS complex IV and Atp5a1 of complex V. We observed these metabolic effects in absence of changes in mitochondrial content. The repression of Mfn2 in mice skeletal muscle caused a marked reduction in the expression of subunit Cox4 of OXPHOS complex IV, accompanied with a 20% of decrease in COX activity. In this case we neither observed differences in mitochondrial content. Skeletal muscle from Mfn2 KO mice showed a decrease in glucose oxidation and in the RCR. In addition, Mfn2 KO mice showed a higher susceptibility to develop insulin resistance in response to aging or a high fat diet. Mitochondrial dysfunction and the increased ROS production observed in skeletal muscle of these mice could explain this higher susceptibility.

Made available in DSpace on 2015-05-14T16:53:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-10-01Bitstream added on 2015-05-14T16:59:00Z : No. of bitstreams: 1 000822315.pdf: 2572073 bytes, checksum: 28c07c8704c57c478b3bb4d84bef72f3 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / As proteínas desacopladoras (UCPs) são proteínas especializadas no transporte mitocondrial que dissipam o gradiente eletroquímico de prótons gerados na respiração. Essas proteínas desempenham um papel na manutenção da função mitocondrial e sua importância como componente da tolerância celular ao estresse oxidativo tem sido demonstrada em diversos estudos realizados tanto in vitro com em in vivo. No presente estudo, foram realizados dois estudos empregando UCPs de plantas. Numa primeira abordagem foi realizada uma análise do transcriptoma de plantas transgênicas de tabaco que superexpressam o gene AtUCP1 de Arabidopsis thaliana utilizando a técnica de RNA-Seq. Para o RNA-Seq foi gerado de mais de um milhão de reads com 150 pb em média para cada biblioteca testada. A partir desses reads, um conjunto de aproximadamente 34.000 contigs foi obtido. Após as análises foi possível identificar um total de 816 genes diferencialmente expressos entre as linhagens transgênicas e o controle selvagem, sendo 239 genes induzidos (p≤0,001) e 577 reprimidos (p≤0,001). Em paralelo, uma análise de expressão gênica foi empreendida utilizando mutantes de inserção de arabidopsis para os genes AtUCP1-3, dois deles caracterizados no presente estudo (atucp2 e atucp3), com o objetivo de verificar a funcionalidade e redundância entre essas isoformas. Segundo os resultados obtidos, uma possível compensação só foi observada no mutante atucp3 no qual os genes AtUCP1 e AtUCP2 foram induzidos tanto em condições fisiológicas normais como em condições de estresse salino e osmótico / Mitochondrial inner membrane uncoupling proteins (UCP) dissipate the proton electrochemical gradient established by the respiratory chain, thus affecting the yield of ATP synthesis. These proteins play a role in maintaining mitochondrial function and their importance as cellular oxidative stress tolerance component has been demonstrated in several studies performed in vitro and in vivo. In this study, the functional role of plant UCPs was investigated. In a first approach, a transcriptomic analysis of tobacco plants overexpressing the AtUCP1 gene of Arabidopsis thaliana was performed using RNA-seq analysis. The RNA-sequencing generated over a million of reads with 150 base pair on average for each library. From these reads, a set of approximately 34,000 contigs was obtained. A total of 816 differentially expressed genes between transgenic lines and wild-type control was identified. Amongst them, 239 were up-regulated (p≤0,001) and 577 were down-regulated (p≤0,001). In parallel, a gene expression analysis was performed using Arabidopsis insertion mutants for the AtUCP1-3 genes, two of them (atucp2 and atucp3) being characterized in this study. The main purpose was to verify the functionality and the existence of redundancy between the target genes. According to the obtained results, a compensatory expression was observed only in the atucp3 background, in which the AtUCP1 and AtUCP2 genes were induced both in normal physiological conditions and under salt and osmotic stresses

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:36:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 314133 bytes, checksum: 1d6a5d1c68ecfce7803cec5192e08e88 (MD5) Previous issue date: 2006-06-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Tolerance to salt stress was studied in maize seedlings (Zea mays L.) cultivars AGN 3150, BR 106, BR 201, BR 206 and SHS 4040, grown in Hoagland s nutrient solution. Treatments with NaCl 50 and 100 mM led to a decrease in the biomass production and to an increase in the relative electrolyte leakage in the roots and shoots in all cultivars. However, the largest decrease in growth and electrolyte leakage were shown by cultivar BR 106 and the smallest ones by cultivar AGN 3150, lead them to be considered as the most sensitive and the most tolerant to salt stress, respectively. The effect of NaCl 100 mM was investigated by considering some components of the antioxidative metabolism and mitochondrial respiration in roots of the seedlings. The tolerant cultivar showed increased activities of the enzymes superoxide dismutase (SOD), ascorbate peroxidase (APX) and glutathione redutase (GR), as well as increase in ascorbate/dehydroascorbate ratio. The sensitive cultivar showed reduction in catalases (CAT) and GR activities as well as in ascorbate/dehydroascorbate ratio. The lipid peroxidation degree increased in roots and isolated mitochondria, only in the sensitive cultivar. In mitochondria isolated from the tolerant cultivar, NaCl treatment promoted an increase in the state 4 respiration rate and in the alternative pathway capacity. Additionally, salinity promoted a decrease in ADP/O and respiratory control ratios, indicating a lower coupling, likely due to an increase in alternative oxidase (AOX) activity. In sensitive cultivar, total respiration activity and the ADP/O ratio were strongly decreased, however the capacity of the alternative pathway was not altered. The NaCl treatment promoted decrease in the uncoupling protein (UCP) activity in the tolerant cultivar, but an increase it in the sensitive one occurred. These results suggest that the tolerant cultivar exhibits a larger efficiency in the reactive oxygen intermediates scavenging, as compared to the sensitive one. In addition, the high tolerance of cultivar AGN 3150 to the salt stress could be related to its high AOX capacity. A possible contribution of the UCP could not be confirmed from the results observed. / A sensibilidade ao estresse salino foi avaliada em plântulas de milho (Zea mays L.) das cultivares AGN 3150, BR 106, BR 201, BR 206 e SHS 4040, cultivadas em solução nutritiva de Hoagland. Os tratamentos com 50 e 100 mM de NaCl reduziram a produção de biomassa e aumentaram o extravasamento relativo de eletrólitos nas raízes e nas partes aéreas de todas as cultivares estudadas. Porém, os maiores valores de redução no crescimento e de extravasamento de eletrólitos foram apresentados pela cultivar BR 106 e os menores valores observados na cultivar AGN 3150. Portanto, entre as cultivares avaliadas, estas duas foram consideradas, respectivamente, como a mais sensível e a mais tolerante ao estresse salino. Verificou-se, então, o efeito do tratamento com 100 mM de NaCl sobre alguns componentes do metabolismo antioxidativo e sobre a respiração mitocondrial nas raízes de plântulas dessas duas cultivares. A cultivar tolerante apresentou aumento nas atividades das enzimas dismutase do superóxido (SOD), peroxidase do ascorbato (APX) e redutase da glutationa (GR), bem como aumento na razão ascorbato/desidroascorbato. A cultivar sensível apresentou redução na atividade das catalases (CAT) e GR, e também da razão ascorbato/desidroascorbato. O grau de peroxidação de lipídeos aumentou nas raízes e nas mitocôndrias isoladas, apenas na cultivar sensível. Nas mitocôndrias isoladas da cultivar tolerante, o tratamento com NaCl resultou em aumento na taxa respiratória no estado 4 e na capacidade da rota alternativa. Além disso, houve redução nas razões ADP/O e de controle respiratório, indicando um menor grau de acoplamento, possivelmente resultante da maior atividade da oxidase alternativa (AOX) na cultivar tolerante. Na cultivar sensível, a atividade respiratória total e a razão ADP/O foram fortemente reduzidas, porém a participação percentual da rota alternativa não foi alterada. O tratamento com NaCl resultou em redução na atividade da proteína desacopladora (UCP) na cultivar tolerante e em aumento desta atividade na cultivar sensível. Pelos dados obtidos, a maior tolerância da cultivar AGN 3150 está relacionada à sua maior eficiência na remoção de intermediários reativos de oxigênio, além da maior possibilidade de desvio de elétrons pela sua rota alternativa na cadeia respiratória. Entretanto, a contribuição da UCP nos mecanismos de tolerância à salinidade dessa cultivar não foi evidenciada.

Orientador: Ione Salgado / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-18T17:34:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Frungillo_Lucas_M.pdf: 2003193 bytes, checksum: 004553c47da2f38ee16eaf4e64b34cda (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Embora o radical óxido nítrico (NO) seja um importante sinalizador em plantas, pouco se conhece sobre os mecanismos que controlam sua homeostase na célula. Acreditase que a enzima S-nitrosoglutationa redutase (GSNOR) tenha um papel relevante no metabolismo de S-nitrosotióis (SNO), e consequentemente na homeostase do NO, através do catabolismo da S-nitrosoglutationa (GSNO). Apesar de a mitocôndria ser um importante alvo do NO, o papel da GSNOR na funcionalidade de mitocôndrias vegetais ainda não foi descrito. Este trabalho teve como objetivo caracterizar mitocôndrias isoladas a partir de cultura celular liquida de Arabidopsis thaliana transgênicas com maior (L1) e menor (L5) expressão da GSNOR em relação ao tipo selvagem. O conteúdo de S-nitrosotióis e peróxido de hidrogênio e a emissão de NO, determinados espectrofotometricamente e fluorimetricamente com DAF-2, respectivamente, foram comparados entre células nas fases de crescimento linear (5 dias de cultivo) e estacionária (10 dias de cultivo; estresse nutricional). O consumo de oxigênio e a degradação de NO por mitocôndrias isoladas nas diferentes fases de cultivo celular foram determinados com eletrodos específicos. Na fase linear o L1 apresentou menor (81%) e o L5 maior (162%) conteúdo de S-nitrosotióis, em relação ao tipo selvagem. Na fase estacionária o conteúdo de S-nitrosotióis foi reduzido e o padrão foi invertido. A emissão de NO pelas células após 5 dias de cultivo foi maior no L5 e não diferiu estatisticamente entre o L1 e o selvagem. Após 10 dias de cultivo os três genótipos apresentaram incremento na emissão de NO, porém o L5 apresentou menor emissão que os outros genótipos. Após 5 dias de cultivo microcalos dos transgênicos L1 e L5 apresentaram menor conteúdo de peróxido de hidrogênio que o tipo selvagem. Porém, em uma condição de estresse nutricional o conteúdo de peróxido de hidrogênio foi estatisticamente igual para todos os genótipos. Ensaios com mitocôndrias isoladas mostraram que o transgênico L1 foi o único incapaz de aumentar a atividade da oxidase alternativa (AOX) e teve as atividades do complexo I e da NADH desidrogenase externa inibidas na situação de estresse. O L5 apresentou maior atividade da NADH desidrogenase externa de modo constitutivo e da proteína desacopladora (UCP) no décimo dia. Ainda, na situação de estresse a capacidade de degradação de NO foi aumentada nos transgênicos L1 e L5. Entretanto, o L5 apresentou maior resistência à inibição da respiração provocada pelo NO, provavelmente devido a maior atividade da AOX. O conjunto dos resultados sugere um importante papel da GSNOR em controlar as alterações funcionais de mitocôndrias de A. thaliana mediadas por NO / Abstract: Although the radical nitric oxide (NO) is an important sign in plants, little is known about the mechanisms that control it's homeostasis in cell. It is believed that the enzyme Snitrosoglutathione reductase (GSNOR) has an important role in the metabolism of Snitrosothiols (SNO), and consequently of NO homeostasis through catabolism of Snitrosoglutathione (GSNO). Although mitochondria are an important target of NO, the role of GSNOR on plant mitochondria functionality has not been described yet. This study aimed to characterize mitochondria isolated from liquid cell culture of transgenic Arabidopsis thaliana with higher (L1) and lower (L5) GSNOR expression relative to wild type. The content of S-nitrosothiols and hydrogen peroxide and the NO emissions, determined spectrophotometrically and fluorimetric with DAF-2, respectively, were compared between cells in the linear (5 days culture) and stationary (10 days culture, nutritional stress) growth phases. Oxygen uptake and NO degradation by mitochondria isolated at different stages of cell culture were determined with specific electrodes. In the linear phase L1 showed lower (81%) and L5 increased (162%) content of S-nitrosothiols compared to wild type. At stationary phase S-nitrosothiols contents has been reduced and the pattern was reversed. The emission of NO by the cells after 5 days of culture was higher in L5 and do not statistically different between the L1 and wild type. At 10 days culture the genotypes showed an increase in the NO emission, but L5 showed lower emissions than the other genotypes. At 5 culture transgenic lines L1 and L5 showed a lower content of hydrogen peroxide than the wild type. However, in a condition of nutritional stress, the content of hydrogen peroxide was statistically the same for all genotypes. Tests with isolated mitochondria showed that transgenic L1 was the only one unable to increase the activity of alternative oxidase (AOX) and had the activities of complex I and NADH dehydrogenase at stress. The L5 showed a constitutive higher activity of the external NADH dehydrogenase and uncoupling protein (UCP) activity at the tenth day. Furthermore, NO degradation capability by mitochondria at nutritional stress situation of NO was increased in transgenic L1 and L5. However, L5 mitochondria showed greater resistance to respiration inhibition caused by NO, probably due to increased activity of AOX. The overall results suggest an important GSNOR role in controlling the mitochondria functional changes of A. thaliana mediated by NO / Mestrado / Bioquimica / Mestre em Biologia Funcional e Molecular

[ES] La lesión por isquemia-reperfusión (I/R) hepática (IRI) es una causa importante de mortalidad y morbilidad en la resección hepática y el trasplante de hígado. Durante la hipoxia, el hígado permanece sin oxígeno, cambiando su metabolismo y parando la síntesis de ATP. Paradójicamente, el restablecimiento del flujo de oxígeno causa más daño, activando el sistema inmunitario que generará una gran cantidad de especies reactivas de oxígeno (ROS) causando daño celular y tisular. La ciclooxigenasa-2 (COX-2) es una enzima clave en la biosíntesis de prostaglandinas y su importancia en la IRI es controvertida. La PGE2, prostaglandina E2, es el principal producto de la COX-2, y participa en la mediación de procesos patológicos como la inflamación, la fiebre y el dolor. El uso de AINEs, inhibidores específicos de la COX, apunta a un efecto beneficioso en la resolución del proceso inflamatorio, pero cada vez más estudios apoyan el papel antiinflamatorio de la COX-2. De hecho, estudios previos han demostrado que la sobreexpresión de COX-2 en hepatocitos protege a los ratones de la apoptosis y el estrés celular, además de reducir la respuesta inflamatoria en diferentes modelos de enfermedad hepática. En esta tesis doctoral, se utilizó un ratón transgénico que sobreexpresa COX-2 en los hepatocitos (h-COX-2 Tg) para dilucidar el papel y la implicación de la COX-2 en la IRI. Los animales de tipo silvestre (Wt) y h-COX-2 Tg fueron sometidos a 90 min de isquemia, seguidos de 4 o 24 h de reperfusión. Comparando los animales h-COX-2 Tg con sus hermanos Wt, el daño celular y tisular se atenúa tras la IRI. Entre las distintas vías modificadas, la cascada inflamatoria está menos activada, con menor liberación de citoquinas pro-inflamatorias, menor reclutamiento hepático, e infiltración de neutrófilos. Las vías de necrosis y apoptosis también se atenúan así como se reduce del estrés del retículo endoplásmico, y aumenta la autofagia. La respuesta antioxidante se potencia en el contexto de la sobreexpresión de COX-2 y la producción total de ROS es menor, lo que contribuye a un menor daño tisular. Cuando los animales Wt se someten un pre-condicionamiento (PC), la COX-2 endógena se induce a niveles más altos que sin PC, mostrando menos daño, una inflamación atenuada, y una respuesta antioxidante mejorada. Además, se muestra que el papel de la COX-2 en esta protección es específico, ya que su inhibición con DFU revierte los efectos observados e iguala el daño causado a los animales Wt. Las mitocondrias son actores centrales en la fisiopatología de la IRI. En este sentido, la función mitocondrial está preservada en los hígados que sobreexpresan COX-2, con un potencial de membrana mitocondrial conservado y una tasa respiratoria preservada. Estos efectos pueden explicarse por una estabilización de las crestas mitocondriales, invaginaciones de la membrana mitocondrial interna (IMM) que se mantienen mediante interacciones de varias isoformas de la proteína OPA1. Su procesamiento está mediado por proteasas, como OMA1. En ratones h-COX-2 Tg hay un menor procesamiento de OPA1, que se correlaciona con una actividad atenuada de OMA1. Por otro lado, se realizó un estudio retrospectivo en pacientes que habían sido sometidos a un trasplante hepático. Se analizaron los niveles de PGE2 y se correlacionaron con las funciones hepáticas tras el trasplante. Este análisis muestra que la presencia de PGE2 en el plasma de los pacientes receptores se correlaciona con un mejor pronóstico, mientras que unos niveles más bajos de PGE2 se asocian con una disfunción precoz del injerto. Todos estos resultados presentan a la COX-2 como un nuevo actor en la protección del hígado tras I/R, mostrando un papel antiinflamatorio y antioxidante, así como reduciendo el daño mitocondrial, el estrés celular y la muerte celular. Además, se demuestra cómo las prostaglandinas derivadas de la COX-2 en condiciones fisiológicas pueden desempeñar un papel protector en casos de trasplante hepático. / [CA] La lesió per isquèmia-reperfusió (I/R) hepàtica (IRI) és una causa important de mortalitat i morbiditat en la resecció hepàtica i el trasplantament de fetge. Durant la hipòxia, el fetge roman sense oxigen, canviant el seu metabolisme i aturant la síntesi d'ATP. Paradoxalment, el restabliment del flux d'oxigen causa més danys, activant el sistema immunitari que genera una gran quantitat d'espècies reactives d'oxigen (ROS) causant dany cel·lular i tissular. La ciclooxigenasa-2 (COX-2) és un enzim clau en la biosíntesi de prostaglandines i la seva importància a l'IRI és controvertida. La PGE2, prostaglandina E2, és el principal producte de la COX-2, i participa en la mediació de processos patològics com la inflamació i la febre. Mentre que l'ús d'AINEs, inhibidors específics de la COX-2, apunta a un efecte beneficiós en la resolució del procés inflamatori, cada cop més estudis donen suport a un paper antiinflamatori de la COX-2. De fet, estudis previs han demostrat que la sobreexpressió de COX-2 en hepatòcits protegeix els ratolins de l'apoptosi i l'estrès cel·lular, a més de reduir la resposta inflamatòria, en diferents models de malaltia hepàtica. En aquesta tesi, s'ha utilitzat un ratolí transgènic que sobreexpressa la COX-2 en els hepatòcits (h-COX-2 Tg) per dilucidar el paper i la implicació de la COX-2 a l'IRI. Els animals de tipus silvestre (Wt) i h-COX-2 Tg van ser sotmesos a 90 min d'isquèmia, seguits de 4 o 24 h de reperfusió. Comparant els animals h-COX-2 Tg amb els seus germans Wt, el dany cel·lular i tissular s'atenua després de l'IRI. Entre les diferents vies modificades, la cascada inflamatòria està menys activada, s'alliberen menys citocines proinflamatòries , hi ha un menor reclutament hepàtic i menor infiltració de neutròfils. Les vies de necrosi i apoptosi també s'atenuen, així com es redueix l'estrès del reticle endoplasmàtic, i l'autofàgia augmenta. La resposta antioxidant es potencia i la producció total de ROS també és menor, fet que contribueix a un menor dany tissular. Quan els animals Wt se sotmeten a un precondicionament (PC), la COX-2 endògena s'indueix a nivells més alts que sense PC, i aquests fetges mostren menys dany, una inflamació atenuada i una resposta antioxidant millorada. A més, es mostra que el paper de la COX-2 en aquesta protecció és específic, ja que la seva inhibició amb DFU, reverteix els efectes observats i iguala el dany causat als animals Wt. Els mitocondris són actors centrals en la fisiopatologia de l'IRI. En aquest sentit, la funció mitocondrial és preservada als fetges que sobreexpressen COX-2, com es pot demostrar per un potencial de membrana mitocondrial conservat i una taxa respiratòria preservada. Aquests efectes es poden explicar per una estabilització de les crestes mitocondrials, invaginacions de la membrana mitocondrial interna (IMM) que es mantenen mitjançant interaccions de diverses isoformes d'OPA1, una proteïna de la IMM. El seu processament està mediat per proteasas, com OMA1. En ratolins h-COX-2 Tg hi ha un menor processament d'OPA1, que es correlaciona amb una activitat atenuada d'OMA1, mostrant una estabilització de les crestes. D'altra banda, es va fer un estudi retrospectiu amb pacients que havien estat sotmesos a un trasplantament hepàtic. Es van analitzar els nivells de PGE2 i es van correlacionar amb les funcions hepàtiques després del trasplantament. Aquesta anàlisi mostra que la presència de PGE2 en el plasma dels pacients receptors es correlaciona amb un millor pronòstic, mentre que uns nivells més baixos de PGE2 s'associen amb una disfunció precoç de l'empelt. Tots aquests resultats presenten a la COX-2 com un nou actor en la protecció del fetge després d'I/R, mostrant un paper antiinflamatori i antioxidant, així com reduint la lesió mitocondrial, l'estrès cel·lular i la mort cel·lular. A més, es demostra com les prostaglandines derivades de la COX-2 en condicions fisiològiques poden exercir un paper protector en casos de trasplantament hepàtic. / [EN] Hepatic ischemia-reperfusion (I/R) injury (IRI) is a major cause of mortality and morbidity in liver resection and liver transplantation. During the hypoxia, the liver remains without oxygen supply, shifting its metabolism and stopping the ATP synthesis. Paradoxically, the restoration of oxygen flow causes the most damage with an activation of the immune system that will generate a burst of reactive species of oxygen (ROS) that will cause cell and tissue damage. Cyclooxygenase-2 (COX-2) is a key enzyme in prostaglandin biosynthesis and its importance in IRI is controversial. PGE2, prostaglandin E2, is the main product of COX-2, and is mainly involved in mediating pathological processes such as inflammation, fever and pain. While the use of NSAIDs, specific COX inhibitors, points to a beneficial effect in the resolution of the inflammatory process, several studies support the idea of an anti-inflammatory role of COX-2. In fact, previous studies have shown that COX-2 overexpression in hepatocytes protects mice from apoptosis and cellular stress, as well as reducing the inflammatory response, in different liver disease models. In this PhD thesis, a hepatocyte-specific COX-2 transgenic mouse (h-COX-2 Tg) was used to elucidate the role and involvement of COX-2 in IRI. Wild type (Wt) and h-COX-2 Tg animals were subjected to 90 min of ischemia, followed by 4 or 24 h of reperfusion. Comparing h-COX-2 Tg animals with their Wt littermates, cellular and tissue damage resulting from IRI is attenuated. Among these pathways, the inflammatory cascade is less activated, with less pro-inflammatory cytokine release, less hepatic recruitment and neutrophil infiltration. Necrosis and apoptosis pathways are also attenuated such as reduced endoplasmic reticulum stress, and increased autophagy. The antioxidant response appears to be enhanced in the context of COX-2 overexpression and total ROS production is also lower, contributing to less tissue damage. When Wt animals are subjected to preconditioning (PC), endogenous COX-2 is induced at higher levels than without PC, and these livers show less damage, attenuated inflammation, and an enhanced antioxidant response. Furthermore, the role of COX-2 in this observed protection has been shown to be specific, as its inhibition with DFU, reverses the observed effects, and matched the damage caused to Wt animals. Mitochondria are central players in the pathophysiology of IRI. In this regard, mitochondrial function is preserved in COX-2-overexpressing livers, as can be demonstrated by a conserved mitochondrial membrane potential and a preserved respiratory rate. These results can be explained by a stabilisation of mitochondrial cristae, invaginations of the inner mitochondrial membrane (IMM) that maintained through interactions of various isoforms of OPA1. Its processing is mediated by proteases, such as OMA1, which acts under certain stimuli. In h-COX-2 Tg mice, there is a reduced OPA1 processing that correlates with attenuated OMA1 activity, showing a stabilisation of cristae in the context of COX-2 overexpression after I/R. On the other hand, a retrospective study was conducted in patients who had undergone liver transplantation. In this part of the study, PGE2 levels were analysed and correlated with liver functions after transplantation. This analysis shows that the presence of PGE2 in the plasma of recipients correlates with a better prognosis, while lower PGE2 levels are associated with early graft dysfunction. All these results present COX-2 as a new player in liver protection after I/R, showing an anti-inflammatory and antioxidant role, as well as reducing mitochondrial damage, cell stress and cell death. Furthermore, it is shown how COX-2-derived prostaglandins under physiological conditions can play a protective role in cases of liver transplant. / This work has been carried out with the financial support of the Spanish Ministry of Science and Innovation (SAF2016-75004R and PID2019-108977RB-100), the CIBERehd (Centro de Investigaciones Biomédicas En Red de Enfermedades Hepáticas y Digestivas) and the COST Action (CA15203 - Mitochondrial mapping: Evolution - Age - Gender - Lifestyle - Environment (MITOEAGLE)). Marina Fuertes Agudo benefited from a pre-doctoral FPI contract (BES-2017- 081928) associated with the SAF2016-75004R project. She spent 3 months in the laboratory of Dr. Pau Sancho Bru at the Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi I Sunyer (IDIBAPS, Barcelona, Spain) funded by a short stay grant awarded by the CIBERehd and 3 months in the laboratory of Dr. Anne Dubart Kupperschmitt and Dr. Jean Charles Duclos Vallée at the Institut Nationale de la Santé et la Recherche Médicale (INSERM, Villejuif, France) funded by a short stay grant awarded by the European Molecular Biology Organisation (EMBO, SEG_9771). / Fuertes Agudo, M. (2023). Role of Cyclooxygenase-2 in Ischemia-Reperfusion Injury in the Liver [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/196602

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.