[ES] La presente tesis doctoral titulada "Nuevas sondas, portadores y pro-fármacos dirigidos a células senescentes in vivo" se centra en el diseño, preparación, caracterización y evaluación de sondas basadas en fluoróforos funcionalizados o en nanopartículas, así como en el desarrollo de profármacos, aplicadas al campo de la senescencia celular. En el primer capítulo se introducen, a nivel general, los diferentes conceptos relacionados con el reconocimiento molecular y la detección de biomarcadores. Seguidamente se introducen conceptos básicos de senescencia celular y envejecimiento, así como el papel que juegan las células senescentes a nivel fisiológico, en enfermedades asociadas al envejecimiento celular y en el cáncer. Por último, se aborda también la creciente necesidad de desarrollar nuevas herramientas de diagnóstico y terapias centradas en la detección y tratamiento de dichas enfermedades. En el segundo capítulo se exponen los objetivos generales de la presente tesis doctoral, así como los objetivos concretos que son abordados en los diferentes capítulos experimentales. En el tercer capítulo se describe una nueva sonda molecular para la detección de senescencia in vivo. En concreto, se describe el diseño de una sonda de dos fotones basada en un fluoróforo de naftalimida conectada, mediante un éster metílico de L-histidina, con una galactosa acetilada que esta unida a uno de los átomos de nitrógeno aromático de la L-histidina a través de un enlace N-glicosídico hidrolizable (AHGa). La sonda inicial presenta una baja emsión pero en células senescentes se transforma en un fluoróforo con alto rendimiento cuantico que permite visualizar estas células debido a la hidrólisis del enlace N-glicosidico por la enzima ¿-galactosidasa sobreexpresada en este tipo de células. La sonda es capaz de detectar in vitro células de melanoma humano SK-Mel-103 tratadas con quimioterapia inductora de senescencia frente a células control. Adicionalmente, se validó la detección in vivo de senescencia en ratones con xenoinjertos tumorales tratados con quimioterapia inductora de senescencia. Basándonos en los resultados obtenidos en el capítulo tres, en el capítulo cuatro se describe un sistema similar cuyas características confieren al fluoróforo una mayor longitud de onda de excitación (HeckGal). La nueva sonda es capaz de detectar células senescentes debido a la sobreexpresión de la enzima ¿-galactosidasa asociada a senescencia en gran variedad de líneas celulares con diversos métodos de inducción de senescencia. Esta sonda se validó también in vivo en un modelo ortotópico de cáncer de mama de ratón tratado con quimioterapia inductora de senescencia, y en un modelo de ratón de fibrosis renal. Seguidamente, el capítulo cinco, se centra en un nuevo concepto de sondas moleculares no invasivas, que proporcionan una señal fácilmente legible a través de simples medidas de fluorescencia de la orina. Esta idea se llevó a cabo mediante la funcionalización de una sonda con grupos que le confieren características diuréticas (rápida eliminación renal) y el concepto se aplicó al diseño de una sonda para a la detección en orina de la carga senescente en diversos modelos. La sonda (Cy7Gal) está basada en la cianina-7 que es hidrolizada por la enzima ¿-galactosidasa en un fluoróforo altamente emisivo Cy7. Cy7Gal y Cy7 contienen restos de ácido sulfónico que aumentan su solubilidad en agua y desencadenan su rápida excreción por el sistema urinario. El grado de senescencia se cuantificó por medición directa de fluorescencia en orina en tres modelos de senescencia en ratones: (i) un modelo ortotópico de cáncer de mama en ratones BALB/cByJ con senescencia inducida por quimioterapia; (ii) ratones BALB / cByJ envejecidos de forma natural; y (iii) ratones con senescencia acelerada (SAMP8, del inglés Senescence Accelerated Mouse-Prone 8). Además, las imágenes IVIS ex vivo permite / [CA] La tesi doctoral titulada "Noves sondes, portadors i profàrmacs dirigits a cèl·lules senescents in vivo" se centra en el desenvolupament i avaluació de sondes basades en fluoròfors funcionalitzats o en nanopartícules, així com en el desenvolupament de profàrmacs, aplicades a el camp de la senescència cel·lular. Primer s'introdueixen els diferents conceptes relacionats amb el sensing i amb la sescencia cel·lular, abordant la necessitat de noves eines diagnòstiques i terapèutiques d'aquestes malalties. En els capítols 3:04 es descriuen una nova sonda molecular dos fotons per a la detecció de senescència in vivo en ratolins amb xenoempelts tumorals tractats amb quimioteràpia inductora de senescència, una altra sonda per a la detecció in vivo en un model ortotòpic de càncer de mama de ratolí tractat amb quimioteràpia inductora de senescència, i en un model de ratolí de fibrosi renal. El capítol 5, se centra en un nou concepte de sondes moleculars no invasives, que proporcionen un senyal fàcilment llegible a través de simples mesures de fluorescència de l'orina. Finalment, pel que fa a detecció de senescència cel·lular es refereix, es presenta en el capítol sis la detecció in vivo de senescència cel·lular mitjançant l'alliberament controlat de Nile Blue en nanopartícules de sílice mesoporoses funcionalitzades amb un galactohexasacárido. Un cop assolits els objectius planificats pel que fa a la diagnosi, en el capítol set es va abordar la millora d'un dels senolíticos més potents i àmpliament conegut en el camp de la senescència cel·lular que existeix a dia d'avui al mercat: el Navitoclax. / [EN] The doctoral thesis entitled "New probes, carriers and pro-drugs directed to senescent cells in vivo" focuses on the development and evaluation of probes based on functionalized fluorophores or nanoparticles, as well as on the development of prodrugs, applied to the field of cellular senescence. First, the different concepts related to sensing and cell sescence are introduced, addressing the need for new diagnostic and therapeutic tools for these diseases. Chapters three and four describe a new two-photon molecular probe for in vivo senescence detection in mice with tumor xenografts treated with senescence-inducing chemotherapy, another probe for in vivo detection in an orthotopic mouse breast cancer model. treated with senescence-inducing chemotherapy, and in a mouse model of renal fibrosis. Chapter five focuses on a new concept of non-invasive molecular probes, which provide an easily readable signal through simple measurements of urine fluorescence. Finally, regarding the detection of cellular senescence, chapter six presents the in vivo detection of cellular senescence through the controlled release of Nile Blue in mesoporous silica nanoparticles functionalized with a galactohexasaccharide. Once the planned objectives with regard to diagnosis had been achieved, chapter seven addressed the improvement of one of the most powerful and widely known senolytics in the field of cellular senescence that exists on the market today: Navitoclax. / The authors thank the financial support from the Spanish Government (projects MAT2015-64139-C4-1-R and AGL2015-70235-C2-2-R) and the Generalitat Valenciana (project PROMETEOII/2014/047). R.M laboratory members thank the financial support from the Spanish Government (project RTI2018-100910-B-C41) and the Generalitat Valenciana (project PROMETEO 2018/024). B.L-T. is grateful to the Spanish Ministry of Economy for their PhD grants (FPU15/02707). Work in the laboratory of MS was funded by the IRB and by grants from the Spanish Ministry of Economy co-funded by the European Regional Development Fund (ERDF) (SAF2013-48256-R), the European Research Council (ERC-2014-AdG/669622), and the “laCaixa” Foundation. D.M.-E. laboratory is supported by the Cancer Research UK (CRUK) Cambridge Centre Early Detection Programme, by a CRUK Early Detection OHSU Project Award (C62187/A26989), by a Medical Research Council (MRC) New Investigators Research Grant (NIRG, MR/R000530/1). Work in the laboratory of I.F. is supported by grants from the Spanish Government (SAF2017-86690-R), Instituto de Salud Carlos III (CIBERNED and RETIC Tercel), and Generalitat Valenciana (Prometeo 2017/030). / Lozano Torres, B. (2021). Novel probes, carriers and prodrugs to target senescent cells in vivo [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/172175

L’irradiation (IR) est utilisée dans le traitement de plusieurs cancers et désordres hématologiques, en particulier dans les protocoles de conditionnement précédents les transplantations de moelle osseuse. L’emploi de doses réduites d’IR semble favoriser le succès de la prise de greffe. Cette observation soulève un point de plus en plus discuté dans la littérature, soit l’importance de l’intégrité du microenvironnement pour la transplantation et le bon fonctionnement de l’hématopoïèse. L’IR induit la sénescence des cellules stromales de la moelle osseuse in vitro. Ce mécanisme de défense cellulaire entraînant un arrêt de prolifération permanent est également observé in vivo dans différents systèmes, mais n’a pas encore été étudié dans le contexte de la niche hématopoïétique. Les travaux présentés dans cette thèse ont pour objectif de déterminer si l’IR induit la sénescence des cellules stromales de la moelle osseuse et si une telle induction altère les fonctions hématopoïétiques. Nos résultats ont permis de démontrer pour la première fois qu’une IR corporelle totale induit effectivement la sénescence des cellules stromales de la moelle osseuse. En outre, cette altération du microenvironnement affecte la lymphopoïèse B de façon Ink4a/Arf-dépendante (1er article). De plus, les modifications systémiques qui résultent de l’IR compromettent l’homéostasie osseuse en augmentant la résorption de l’os, sans toutefois diminuer la formation de celui-ci (2e article). Ces données nous permettent de mieux comprendre les effets de la sénescence des cellules stromales de la moelle osseuse sur les fonctions hématopoïétiques. Par ailleurs, elles suggèrent que l’emploi de drogues et/ou de procédés n’induisant pas la sénescence des cellules stromales de l’os offrirait un meilleur pronostic à long terme pour les patients. / Ionizing radiation (IR) is used in the treatment of several cancers and hematological disorders, especially in conditioning regimens for bone marrow transplantation. Reduced doses of IR seem to favor the success of engraftment. This observation supports the growing evidences suggesting the importance of the microenvironment integrity for the success of bone marrow transplantation and hematopoiesis maintenance. IR induces senescence of bone marrow stromal cells in vitro. This defense mechanism which leads to a permanent cell growth arrest is also observed in different organs in vivo but has not yet been studied in the hematopoietic niche. The objectives of this doctoral thesis are to determine whether IR induces senescence of bone marrow stromal cells and whether such induction alters hematopoietic functions. Our results have demonstrated for the first time that total body IR actually induces the senescence of bone marrow stromal cells. Furthermore, this alteration of the microenvironment affects B lymphopoiesis in an Ink4a/Arf-dependent manner (paper #1). In addition, the systemic changes associated with IR compromise bone homeostasis by increasing bone resorption without reducing bone formation (paper #2). All together, these data enhance our knowledge related to the effects of IR-induced senescent bone marrow stromal cells on hematopoietic function. Moreover, our results suggest that using drugs and/or procedures inducing no senescent bone marrow stromal cells would provide a better long-term prognosis for patients.

Ce mémoire concerne la modélisation mathématique de l’érythropoïèse, à savoir le processus de production des érythrocytes (ou globules rouges) et sa régulation par l’érythropoïétine, une hormone de contrôle. Nous proposons une extension d’un modèle d’érythropoïèse tenant compte du vieillissement des cellules matures. D’abord, nous considérons un modèle structuré en maturité avec condition limite mouvante, dont la dynamique est capturée par des équations d’advection. Biologiquement, la condition limite mouvante signifie que la durée de vie maximale varie afin qu’il y ait toujours un flux constant de cellules éliminées. Par la suite, des hypothèses sur la biologie sont introduites pour simplifier ce modèle et le ramener à un système de trois équations différentielles à retard pour la population totale, la concentration d’hormones ainsi que la durée de vie maximale. Un système alternatif composé de deux équations avec deux retards constants est obtenu en supposant que la durée de vie maximale soit fixe. Enfin, un nouveau modèle est introduit, lequel comporte un taux de mortalité augmentant exponentiellement en fonction du niveau de maturité des érythrocytes. Une analyse de stabilité linéaire permet de détecter des bifurcations de Hopf simple et double émergeant des variations du gain dans la boucle de feedback et de paramètres associés à la fonction de survie. Des simulations numériques suggèrent aussi une perte de stabilité causée par des interactions entre deux modes linéaires et l’existence d’un tore de dimension deux dans l’espace de phase autour de la solution stationnaire. / This thesis addresses erythropoiesis mathematical modeling, which is the process of erythrocytes production and its regulation by erythropeitin. We propose an erythropoiesis model extension which includes aging of mature cells. First, we consider an age-structured model with moving boundary condition, whose dynamics are represented by advection equations. Biologically, the moving boundary condition means that the maximal lifespan varies to account for a constant degraded cells flux. Then, hypotheses are introduced to simplify and transform the model into a system of three delay differential equations for the total population, the hormone concentration and the maximal lifespan. An alternative model composed of two equations with two constant delays is obtained by supposing that the maximal lifespan is constant. Finally, a new model is introduced, which includes an exponential death rate depending on erythrocytes maturity level. A linear stability analysis allows to detect simple and double Hopf bifurcations emerging from variations of the gain in the feedback loop and from parameters associated to the survival function. Numerical simulations also suggest a loss of stability caused by interactions between two linear modes and the existence of a two dimensional torus in the phase space close to the stationary solution.

La sénescence réplicative est le phénomène associé à un arrêt de croissance permanent causé par le raccourcissement progressif des télomères à chaque division. Lorsqu’ils atteignent une longueur critique, les télomères perdent leur structure terminale protectrice en t-loop, ce qui révèle l’extrémité du chromosome et déclenche une Réponse aux dommages à l’ADN (RDA) p53-dépendante. Le nombre de télomères ouverts nécessaire à la mise en place de la sénescence n’est pas connu, mais plusieurs évidences suggèrent que la cellule pourrait en tolérer un certain nombre avant de s’arrêter définitivement. Dans ce projet, nous utilisons un dominant négatif de Tin2 (Tin2DN), un membre du complexe nucléo-protéique nommé le télosome qui stabilise la t-loop, pour démontrer que la dysfonction chromatinienne télomérique seule ne suffit pas à déclencher un arrêt de croissance permanent. Lorsqu’il est exprimé, Tin2DN induit la formation de foyers de dommages de 53BP1, la RDA ainsi qu’un arrêt de croissance transitoire. De façon surprenante, nous observons que les cellules qui ont subi ce premier arrêt de croissance ré-entrent dans le cycle cellulaire et se divisent, et ce malgré la présence de foci télomériques. Cette réentrée cause l’apparition de cassures secondaires ainsi qu’une accumulation d’instabilités génomiques, telles que des ponts chromosomiques ou des micro-noyaux. Cet échappement des points de blocages du cycle cellulaire pourrait être expliqué par notre observation que la dysfonction télomérique induite par Tin2DN n’active que très faiblement p53 et p21, et pratiquement pas la kinase chkChk2. Néanmoins, en inhibant directement l’activité de p53, nous n’observons plus aucun arrêt de croissance mais une accumulation de foci et d’instabilités génomiques, avec une forte occurrence de catastrophes mitotiques. L’ensemble de ces résultats propose un nouveau modèle d’entrée en sénescence réplicative : l’ouverture des télomères induits une faible RDA menant à un premier arrêt de prolifération transitoire p53-dépendant. Les cellules échappent à cet arrêt et se divisent, mais l’ouverture des télomères ayant causé des fusions chromosomiques, la division crée alors de nouvelles cassures doubles brins dans le génome qui déclencheront une forte RDA et un nouvel arrêt de croissance permanent, la sénescence réplicative. / Replicative senescence is the physiological permanent growth arrest caused by telomeres shortening, at each round of replication. Once they have reach a critical length, the telomeres lose their t-loop structure, revealing the chromosome extremity that triggers a p53-dependant DNA damage response (DDR) and leads to proliferation arrest. The number of shortened telomeres that are necessary to onset senescence is not known, but accumulating evidences suggest that the cell is able to tolerate a certain level of telomere uncapping before stopping its divisions. Here, we used an inducible dominant negative form of Tin2 (Tin2DN), a member of the shelterin complex that stabilizes the t-loop, to show that telomeres uncapping alone is not sufficient to induce a stable growth arrest. When expressed, Tin2DN leads to the openingverture of the t-loop, creating a DDR with the formation of 53BP1 DNA damage foci (DDF) and a transient growth arrest. Indeed, we observed that the cells were re-entering the cell cycle and dividing, despite their uncapped DDF harbouring telomeres. As telomere uncapping creates chromosome fusions, such division leads to the apparition of secondary DNA breaks, with an accumulation of genomic instabilities, such as chromosomes bridges or micronuclei. We observed that Tin2 DN-induced telomere uncapping leads to a very weak activation of p53 and p21, with almost no phosphorylation of chkChk2. Nevertheless, when we infected our cells with a shp53, the primary growth arrest did not occur, leading to an amplification of the damages, with strong signs of instability and mitotic catastrophe. Altogether, these results propose a new model for replicative senescence: telomere uncapping induces a weak DDR that leads to a transitory growth arrest. The cells divide with fused chromosomes, creating new randomly distributed double strand breaks that trigger a stronger DDR and a permanent growth arrest. In that model, replicative senescence is not directly induced by telomere uncapping, but by an amplification of DNA damages through mitotic catastrophe.

Il existe dans le règne animal une diversité incroyable de durées de vie allant de quelques jours pour les petits vers gastrotriches à plusieurs centaines d’années pour certains bivalves ou tortues terrestres. Cette étonnante diversité a depuis longtemps questionné les chercheurs en biologie. L’intérêt croissant pour le phénomène de vieillissement, notamment dû à l’augmentation de l’espérance de vie chez l’Homme, a conduit les chercheurs à essayer de comprendre les processus qui déterminent les patrons de longévité et de vieillissement. D’une part, les études biomédicales et biogérontologiques ont contribué à décrire nombres de mécanismes physiologiques et cellulaires à l’origine du vieillissement. Parmi ces mécanismes, le stress oxydant a été identifié comme jouant un rôle majeur, à travers l’accumulation au cours de la vie des dégâts générés par la production de radicaux libres lors d’activités métaboliques aérobies. D’autre part, le développement de théories évolutives du vieillissement a contribué à comprendre l’origine ultime du vieillissement et l’évolution de la diversité des traits d’histoire de vie. Cependant, ces approches, bien que complémentaires, sont longtemps restées imperméables et les travaux intégrant les mécanismes physiologiques tels que le stress oxydant dans une perspective évolutive n’ont connu que de récents développements. Dans cette thèse, nous avons étudié comment des mécanismes tels que le stress oxydant et ses coûts associés lors d’évènements comme la reproduction ou la réponse immunitaire pouvaient jouer un rôle dans l’évolution des patrons de vieillissement chez les oiseaux et les mammifères (i) en étudiant le rôle des antioxydants comme ressources clés dans les compromis adaptatifs entre reproduction et survie en fonction de l’âge, (ii) en étudiant les conséquences à long terme de l’environnement périnatal, (iii) en étudiant le lien entre réponse inflammatoire et patrons de vieillissement et de longévité contrastée entre oiseaux et mammifères, (iv) en s’intéressant plus particulièrement aux mécanismes de régulation immunitaire, soulignant leur rôle crucial pour la fitness des hôtes, et notamment tard dans la vie. Nos résultats soulignent l’importance des contraintes physiologiques liées à la limitation en ressources clés (antioxydants) ou aux dégâts engendrés lors d’activités coûteuses et destructrices et sur les patrons de vieillissements à l’échelle intra et inter-spécifique. / There is an incredible diversity of lifespan in the animal kingdom ranging from a few days for small gastrotrichs worms to several hundred of years for some bivalves or tortoises. This amazing diversity has long questioned biology researchers. The growing interest in the phenomenon of aging, mainly due to the increase in life expectancy in humans, has questioned researchers on processes that determine patterns of longevity and ageing. On the one hand, biomedical and biogerontological studies helped describe numerous cellular and physiological mechanisms related to aging. Among these mechanisms, oxidative stress has been identified as playing a major role, through life-time accumulation of damage generated by production of metabolic free radicals. On the other hand, the development of evolutionary theories of aging has contributed to understanding ultimate origins of ageing and of the diversity of life history traits. However, these approaches, although complementary, have long remained separated and works that integrate physiological mechanisms such as oxidative stress in an evolutionary perspective have known only recent developments. In this thesis, we studied how mechanisms such as oxidative stress and its associated costs produced during reproduction or immune response could play a role in the evolution of patterns of ageing in birds and mammals by (i) studying the role of antioxidants as key resources involved in adaptive trade-offs between reproduction and survival through age, (ii) studying the long-term effects of the early environment, (iii) studying the relationship between inflammatory response and contrasted patterns of ageing and longevity between birds and mammals, (iv) focusing particularly on immune regulatory mechanisms, emphasizing their crucial role in fitness of hosts, especially late in life. Overall, our results highlight the importance of physiological constraints in terms of key resources limitation (i.e. antioxidants) or damage caused during costly and destructive activities and on intra-and inter-specific patterns of ageing.

Le cancer de la prostate est la forme de cancer la plus fréquente et la troisième cause de décès par cancer chez l’homme dans les sociétés occidentales. Alors que la plupart des cancers de la prostate localisés sont éradiqués chirurgicalement, la plupart des tumeurs métastatiques répondant initialement aux thérapies par privation d’androgènes deviennent résistantes au traitement, causant généralement le décès du patient. Les gènes suppresseurs de tumeur PTEN et p53 étant fréquemment mutés dans les cancers de la prostate métastatiques et résistants à la castration, le laboratoire d’accueil a généré des modèles murins dans lesquels Pten et/ou Trp53 sont sélectivement invalidés à l’âge adulte dans les cellules épithéliales prostatiques dans le but de déterminer les évènements clés conduisant à la progression du cancer de la prostate. Notre étude révèle que l’invalidation de PTEN stimule la prolifération des cellules épithéliales prostatiques et conduit à des néoplasmes prostatiques intraépithéliaux en quelques mois. Cette hyper-prolifération induit un stress réplicatif et une réponse aux dommages de l’ADN qui va conduire à un arrêt progressif de la croissance cellulaire et une entrée en sénescence. Les cellules sénescentes sécrètent de nombreuses cytokines et de chimiokines, et peuvent accumuler des mutations contribuant ainsi à la progression de la tumeur. Il est notable qu’en l’absence de Trp53, les épithéliums prostatiques dépourvus de Pten développent des néoplasmes prostatiques intraépithéliaux entrant en sénescence. Cependant, la formation d’adénocarcinomes est accélérée et des tumeurs sarcomatoïdes pouvant générer à long terme des métastases apparaissent. En l’absence de Pten, certaines cellules épithéliales prostatiques perdent leur identité moléculaire en exprimant des marqueurs caractéristiques de cellules souches et différenciation neuroendocrinienne. Nous avons également mis en évidence des cellules épithéliales prostatiques déficientes en PTEN et p53 résistantes à la castration exprimant à la fois des marqueurs de cellules basales et luminales. En conclusion, nos travaux ont permis une avancée dans la compréhension des mécanismes conduisant à des formes incurables de cancer de la prostate. Les traitements actuels ayant des effets secondaires importants et pouvant générer des résistances, le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques permettant l’élimination des cellules sénescentes mais aussi des cellules épithéliales prostatiques exprimant des marqueurs de cellules basales et luminales dans les lésions précancéreuses représente des perspectives intéressantes pour traiter le cancer de la prostate. / Prostate cancer (PCa) is a leading cause of male cancer death worldwide. While most locally PCa are curable, metastatic tumors initially respond to androgen deprivation therapy but ultimately relapse to castration-resistant prostate cancer (CRPC), which is a lethal disease. Since the tumor suppressor genes PTEN and p53 are frequently mutated in metastatic and CRPC, the host laboratory generated mouse models in which Pten and/or Trp53 are selectively ablated in adult prostatic epithelial cells (PECs) in order to unravel the key events leading to prostate cancer progression. Our study reveals that Pten ablation stimulates PECs proliferation forming prostatic intraepithelial neoplasia (PIN) within a few months. This hyper-proliferation induces replicative stress and a DNA damage response (DDR), which in turn leads to a progressive growth arrest with characteristics of cell senescence. As senescent cells secrete a large number of cytokines and chemokines, and can accumulate other mutations, they might contribute to tumor progression. Importantly, in the absence of Trp53, most Pten-null PECs develop PINs that enter senescence. However partial loss of PECs identity is detected as we show enhanced stemness and focal neuroendocrine differentiation of luminal Pten-null PECs. In some cases, adenocarcinoma and sarcomatoid tumors are formed, and more than one-third of the latter develop metastases. Strikingly, we also show formation of a castrate-resistant cell entity of both Pten and Pten/Trp53-null PECs sharing luminal and basal markers. Taken together, as current treaments lead to side effects and resistance, the development of therapeutic strategies to eliminate senescent cells/and or PECs expressing luminal and basal/stem progenitor in pre- cancerous lesions represents promising option for prostate cancer treatment.

Salinity is a challenge for crop productivity. Hence, plants exposed to saline environments reduce their vegetative and reproductive growth due to adverse effects of specific ions on metabolism and water relations. In order to cope with salinity, plants display physiological mechanisms based on three main aspects: i) source-sink relationships, ii) resource allocation and iii) alterations in endogenous hormone levels. The roles of developmental and hormonal mechanisms in salt response were investigated here. We employed mutants and transgenic tomato plants affecting different aspects of plant development and hormone response in the same genetic background (cultivar Micro-Tom). The following genotypes were used: Galapagos dwarf (Gdw), Lanata (Ln), lutescent (l), single flower truss (sft), sft heterozygous (sft/+), diageotropica (dgt), entire (e), Never ripe (Nr), epinastic (epi), procera (pro), notabilis (not), anti sense Chloroplastic carotenoid cleavage dioxygenase 7 (35S::asCCD7) and Salicylate hydroxylase (35S::nahG). Among the developmental genotypes studied, sft and l, involved in flower induction and senescence, respectively, were less affected when exposed to salt stress. Although l is considered deleterious due to its precocious senescence, it presented greater shoot biomass and leaf area during salinity. The heterozygous sft/+, whose high productivity was recently linked to an improved vegetative-to-reproductive balance, changed this balance and lowered its yield more than the control MT upon salt treatment. In the analysis of genotypes affecting hormonal status/signaling four kinds of salt responses among the genotypes were observed: i) High shoot growth in spite of high Na:K ratio presented by the strigolactone deficient and high branching CCD7 transgene; ii) High shoot growth and reduced accumulation of Na in tissues (probably due to dilution) presented by the auxin constitutive response e mutant; iii) The opposite response observed in \"ii\" presented by the low auxin sensitivity dgt mutant and iv) growth inhibition combined with reduced levels of Na and higher accumulation of K presented by the not mutant, which produces less ABA. Taken together, the results presented here points to novel developmental mechanisms, such as the promotion of moderate senescence and vegetative growth, and hormonal imbalances to be explored in the pursuing of crops resistant to salt stress. / A salinidade é um desafio para a produtividade agrícola, uma vez que plantas expostas à salinidade tem o crescimento vegetativo e reprodutivo reduzido devido aos efeitos adversos de íons específicos no metabolismo e nas relações hídricas. A fim de lidar com a salinidade, as plantas desempenham mecanismos fisiológicos baseados em três principais características: i) relações fonte-dreno; ii) alocação de reservas e iii) alterações nos níveis endógenos de hormônios. Nesse trabalho, investigamos a relação entre os processos de desenvolvimento e de regulação hormonal com a resposta à salinidade. Para tanto foram usados genótipos de tomateiro com alteração em diferentes vias de desenvolvimento e de produção ou sinalização de hormônios vegetais. Os seguintes genótipos foram usados: Galapagos dwarf (Gdw), Lanata (Ln), lutescent (l), single flower truss (sft), sft heterozygous (sft/+), diageotropica (dgt), entire (e), Never ripe (Nr), epinastic (epi), procera (pro), notabilis (not), anti sense Dioxigenase cloroplastídica de carotenoide 7 (35S::asCCD7) e Salicilato hidroxilase (35S::nahG). Entre os genótipos de desenvolvimento estudados, sft e l, relacionados à menor indução floral e senescência respectivamente, foram os menos afetados quando expostos à salinidade. O genótipo l acumulou maior biomassa e área foliar, apesar de ser considerado deletério devido à senescência precoce. As plantas heterozigotas, sft/+, cuja maior produtividade foi recentemente relacionada a um melhor balanço vegetativo/reprodutivo, alteraram esse balanço sob salinidade e reduziram sua produtividade mais que o controle MT sob estresse salino. Na análise dos genótipos com alteração hormonais foram observados quatro tipos de respostas à salinidade: i) elevado crescimento da parte aérea, apesar da razão Na:K ser alta no genótipo CCD7 cujo transgene induz deficiência de estrigolactona e excessiva ramificação; ii) elevado crescimento e acúmulo reduzido de Na nos tecidos (devido provavelmente a diluição) apresentada pelo mutante de resposta constitutiva a auxina e; iii) o oposto da resposta anterior foi apresentado pelo mutante pouco sensível à auxina , dgt; iv) inibição do crescimento combinado com nível reduzido de Na e alto acúmulo de K apresentada pelo mutante not que produz menos ácido abscísico. Considerados em conjunto, os resultados apresentaram temas para novos mecanismos de desenvolvimento, como a promoção moderada de senescência e do crescimento vegetativo além dos desbalanços hormonais, para serem explorados na busca de culturas resistentes ao estresse salino.

A biodiversidade de plantas brasileiras é uma fonte muito rica de moléculas bioativas, dentro da proposta da busca por novas drogas antitumorais, avaliamos neste estudo o potencial antiproliferativo do composto 7-epi-clusianona. Foram utilizadas duas linhagens celulares derivadas de tumor de mama humana, Hs 578T e MCF-7, cultivadas em monocamada e como esferoides. O IC50 após 48 horas de tratamento das células é de 20 μM para Hs 578T e 6 μM para MCF-7. A análise do ciclo celular mostrou que o composto é capaz de reter as células em fase G1/G0 em ambas as linhagens em 2D, mas não em 3D. O composto é capaz de induzir as células a senescência celular, como mostrado pelo ensaio de detecção de β-galactosidase. Esses dados indicam que o composto 7-epi-clusianona é uma molécula promissora, que demonstrou potencial antitumoral em células de tumor de mama. A cultura tridimensional se mostrou mais resistente ao tratamento com 7-epi-clusianona, portanto estudos mais abrangentes são necessários para melhor entendimento dos efeitos do composto sobre esse tipo de cultura. / Brazilian flora is considered one of the most diverse in the world and natural products are some of the important sources of new antitumoral compounds. The aim of this study was to evaluate the antiproliferative potential of 7-epi-clusianone. Two cell lines derived from human breast tumor were used, Hs 578T and MCF-7, cultured in monolayer and as spheroids. The IC50 after 48 hours of treatment is 20 μM to Hs 578T cells and 6 μM to MCF-7 cells. Cell cycle analysis showed induction of cell cycle arrest in G1/S phase in cells cultured in monolayers, but not in spheroids. The amount of cells in senescence after the treatment with 7-epi-clusianone is higher than the control group, as seen by the senescence β-galactosidase staining assay. These data suggest that 7-epi-clusianone is a promising molecule against breast cancer cells. We show that 3D culture was more resistant to treatment than 2D culture, therefore more comprehensive studies are needed to better understand the effects of 7-epi-clusianone on this kind of culture.

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The ability of plants to sense and respond to environmental and endogenous signals is essential to their growth and development. As part of these diverse cellular functions, ubiquitin-mediated proteolysis has emerged to be an important process involved in how plant signalling pathways can be regulated in response to such cues. Of the three enzymes involved in linking ubiquitin to protein targets, E3 ubiquitin ligases are of interest as they confer substrate specificity during this ubiquitination process. The overall focal point of this research is on plant U-box (PUB) E3 ubiquitin ligases, a family that has undergone a large gene expansion possibly attributable to the regulation of biological processes unique to the plant life cycle. In Arabidopsis there are 64 predicted PUBs, many for which biological roles have yet to be determined. And as research continues to uncover PUB functions, the functional diversity in the gene family will likely expand. Specifically the focus of this research is on characterizing two ARM repeat-containing PUBs – AtPUB18 and AtPUB19. General analysis of pub18 and pub19 T-DNA insertion lines for growth defects did not yield distinct altered phenotypes. Closer inspection of selected lines showed independent gene assortment phenotypes that, with further inordinately convoluted pursuit, proved to have an AtPUB18/19-unrelated outcome. The availability of Arabidopsis microarray databases provided exploratory expression profiling as a starting point to elucidate PUB function. AtPUB19 and closely related AtPUB18 are notable for their increased expression during abiotic stresses. While condition-directed germination assays showed a decreased sensitivity to salt and ABA for pub18 pub19 double insertion lines, no related change in susceptibility to these or other abiotic stress treatments were seen with condition-directed root growth assays. Thus, this preliminary work has begun to reveal insight into the complex abiotic stress-related roles AtPUB18 and AtPUB19 have during mediation of environmental stress acclimation in Arabidopsis.