Thesis (Ph.D.)--University of Alabama at Birmingham, 2009. / Title from PDF title page (viewed on Feb. 3, 2010). Includes bibliographical references.

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The response patterns of human stretch receptors in the finger extensor muscles of the forearm were studied using the microneurography technique. Single-unit recordings were obtained from one-hundred and twenty-four afferents. A procedure was developed to classify the units in muscle spindle primary afferents, secondary afferents, and Golgi tendong organ afferents. The procedure allows an objective and reproducible classification on the basis of the afferents’ responses to a series of tests which individually are non-conclusive. It was demonstrated that maximal twitch contractions can be elicited in the finger extensor muscles of the forearm, without causing undue discomfort to the subjects, or hazarding the single-unit recording. The response of the units to this test allowed, in most cases but not always, a separation in muscle spindle and tendon organ afferents. Thus the test was not adequate for an unequivocal classification. Three discrete response parameters were extracted from ramp-and-hold stretches, viz. the presence or absence of an initial burst and a deceleration response, and prompt silencing at slow muscle shortening. The distributions of the parameters were significantly different among the three unit types. These parameters which were pair-wise independent constituted a set of considerable discriminative power. It was shown that human muscle spindles have about the same static position sensitivity to fractional muscle stretch as previously found in animals. Stretch sensitization was demonstrated by rapid, repeated stretches of the muscle which enhanced the réponse to subsequent slow stretches of muscle spindles. Sensitization was different with primary and secondary muscle spindle afferents whereas Golgi tendon organ afferents never displayed stretch sensitization. One-to-one driving with small-amplitude sinusoidal stretches superimposed on ramp-and- hold stretches was almost exclusively seen with primary muscle spindle afferents, whereas secondaries seldom and tendon organ afferents never displayed driving. The afferent responses during slowly increasing isometric contractions and rapid relaxations were analysed. An increased discharge rate on relaxation was common among spindle afferents whereas it was never seen in tendon organs afferents. Two separate groups of spindles afferents were found with regard to fusimotor recruitment. The largest group was recruited at rather low and variable contractile forces whereas the smaller group was not recruited at all. The proportions of the three unit types, spindle primary, spindle secondary, and Golgi tendon organ afferents were estimated from a preliminary classification and the distribution of the eight response features were analyzed for each class of afferents. On the basis of these estimates and the response pattern of the individual unit Bayes’ theorem was used to calculate the probabilities that the unit was a spindle primary, a spindle secondary, or a tendon organ afferent. Estimates indicate that about 19 out of 20 muscle afferents are correctly classified when all eight features are analyzed. / <p>Diss. (sammanfattning) Umeå : Umeå universitet, 1988, härtill 6 uppsatser.</p> / digitalisering@umu

Protein trafficking between the endoplasmic reticulum (ER) and Golgi complex is regulated by the activity of ADP-ribosylation factors (Arfs). Arf activation by guanine nucleotide exchange factors (GEFs) leads to the recruitment of the coatomer protein COPI and vesicle formation. By using fluorescently-tagged proteins in live cells, we have been able to identify novel functions for Arfs and the Arf-GEF GBF1 at the ER-Golgi intermediate compartment (ERGIC) and mitotic Golgi clusters. We first focused on Arf function at the ERGIC after observing both class I (Arf1) and class II (Arfs 4 and 5) Arfs at this structure. We discovered that class II Arfs remain bound to ERGIC membranes independently of GBF1 activity following treatment with brefeldin A (BFA). Further characterization of the class II Arfs using additional pharmacological agents such as Exo1 and inactive mutant forms of Arf4 demonstrated that the class II Arfs associate with the ERGIC membrane via receptors distinct from GBF1. Our work suggests that GBF1 accumulation on membranes in the presence of BFA is due to loss of Arfs from the membrane rather than the formation of an abortive complex with Arf and GBF1. Next, while studying GBF1 in live cells, we unexpectedly observed GBF1 localizing to large fragmented structures during mitosis. We identified these structures as mitotic Golgi fragments that are positive for GBF1 and COPI throughout mitosis. Again using live cells treated with BFA and Exo1, we demonstrated that GBF1 concentrates on these mitotic fragments suggesting that they are derived from Golgi membranes. By colocalization studies and fluorescence recovery after photobleaching, we demonstrated that these mitotic fragments maintain a cis-to-trans subcompartmental Golgi polarization and membrane dynamics of GBF1 similar to interphase cells. Interestingly, inactivation of GBF1 and loss of COPI from the membranes of the mitotic Golgi fragments did not delay progressing through mitosis. Our results from our second project indicate for the first time that the mitotic Golgi clusters are bona fide Golgi structures that exist throughout mitosis with a functional COPI machinery.

Thesis (Ph. D.)--Lunds universitet, 2005. / Title from title screen. Description based on contents viewed May 20, 2005. Includes bibliographical references (p. [36]-[48]).

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Les microtubules (MTs) sont importants pour des processus cellulaires majeurs comme la polarisation, le trafic membranaire, la division cellulaire ainsi que pour l'architecture intracellulaire. En retour, les organites influencent l'organisation et la dynamique des MTs. Mon projet de thèse vise à élucider les interactions fonctionnelles existantes entre les MTs et la sécrétion en adoptant une approche quantitative et systématique. En synchronisant le trafic de différents cargos grâce au système RUSH (Retention Using Selective Hooks) et à une dépolymérisation complète des MTs, nous avons montré que les MTs ne sont pas strictement nécessaires à la sécrétion des cargos. D'une manière générale nous avons observé que le trafic intracellulaire est ralenti mais toujours possible en présence d'un appareil de Golgi dispersé. Nous avons caractérisé deux populations d'éléments golgiens. Elles sont présentes peu après la dépolymérisation des MTs et sont différentes en terme de composition et de capacité de sécrétion. Nos résultats montrent qu'une maturation fonctionnelle des éléments golgiens est nécessaire pour le trafic post-golgien, basée sur l'acquisition de certains facteurs golgiens non identifiés à ce jour. Dans une deuxième partie, nous nous sommes intéressés à l'exocytose au niveau de la membrane plasmique. Nous avons observé une sécrétion préférentielle des protéines à proximité des adhésions focales. Différentes techniques de biologie cellulaire nous ont permis de caractériser cet adressage préférentiel vers les sites d'adhésion de la cellule. Nous avons également corrélé les forces exercées par la cellule sur le substrat avec la direction du transport antérograde. / Microtubules (MTs) are important for major cellular processes like cell polarization, intracellular trafficking, cell division, intracellular architecture. Organelles influence back the MTs organization and dynamics. The goal of my project was to study the involvement of MTs in the intracellular trafficking. Thanks to the Retention Using Selective Hooks (RUSH) system to synchronize the trafficking of cargos and with an efficient way to depolymerize MTs, we showed that MTs were not strictly essential to secretion of cargos. More generally, we showed that intracellular trafficking is slowed down but still possible in the presence of a dispersed Golgi apparatus. Moreover, we characterized two populations of Golgi elements in cells without MTs that are different in terms of secretion ability and composition. Our results demonstrated that functional maturation of Golgi elements is needed to ensure post-Golgi trafficking and that MTs driven post-Golgi transport is not strictly required. Besides working on intracellular trafficking without MTs, we conducted a study on the exocytosis at the plasma membrane. By using an antibody coating on coverslips to immobilize secreted cargos, we visualized the first step of arrival at the plasma membrane. We observed a directed and polarized secretion close to focal adhesions that we characterized by different cell biology technics and microscopy (spinning disk, TIRF…). We highlighted a close relationship between forces exerted by the cell on its substrate and the directionality of the anterograde transport by using patterning and Traction Force Microscopy (TFM).

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Single-stranded positive-sense RNA viruses commonly rearrange host cell organelle membranes into neo-organelles which are involved in virus replication and assembly. These organelles serve to concentrate viral and host factors as well as to conceal viral RNA replication activities from host cell surveillance. To date, many virus-induced membrane rearrangements have been studied by targeted electron tomographic (ET) imaging of specific viral structures at timepoints of known interest. However, the broad cellular context within which these membrane modifications occur and how they change over time are not well understood. A question spanning many virus families is the morphological mechanism of formation of membrane rearrangements. Additionally, it is largely unknown how the membrane modifications affect the morphology of the organelle of origin. In this study, we address specific questions about virus-derived organelles induced by two positive-sense RNA viruses: the coronavirus mouse hepatitis virus (MHV) and the alphavirus Venezuelan equine encephalitis virus (VEEV). Utilizing serial sectioning and montage imaging for ET, volumes representing approximately 10% of virus-infected cells were imaged and detailed organelle analysis was performed. Using MHV-infected cells, we demonstrate that coronavirus-induced double-membrane vesicles (DMVs) are formed by budding from the endoplasmic reticulum (ER) and are trafficked to lysosomes for degradation. The ER remains largely morphologically normal early in infection despite the presence of hundreds of DMVs; however, late in infection, virus envelopment in the ER lumen leads to loss of cisternal morphology. For the alphavirus VEEV, we analyze the structure and origin of virus-derived cytopathic vacuoles II (CPVII). We identify four distinct morphological forms of CPVII and provide evidence that all four forms are derived from the Golgi apparatus. Additionally, a protocol is outlined for a newly-developed method for improved cell ultrastructure during genetically-encoded peroxidase tagging of membrane-proteins. This method is also amenable to ET. Overall, this work provides morphological cellular context for virus-induced membrane rearrangements from two families of positive-sense RNA viruses. Analysis of virus-host cell interactions from this large-scale ultrastructural perspective has the potential to lead to new approaches and strategies to combat current and future viral diseases.<br>

Apyrasen (NTPDasen) sind Nukleosidtri- und diphosphat spaltende Enzyme. Bisher konnten Apyrasen in allen untersuchten Pro- und Eukaryonten nachgewiesen werden. Im Gegensatz zu tierischen Organismen, in denen Apyrasen gut untersucht sind und eine Rolle in der Nukleotid-vermittelten Signaltransduktion spielen, ist in Pflanzen weit weniger bekannt. In dem Modellorganismus A. thaliana wurden bisher zwei Apyrasen – AtAPY1 und AtAPY2 – als funktionell beschrieben. Durch Knockoutstudien konnte gezeigt werden, dass beide Apyrasen redundant sind. Der Doppelknockout der AtAPY1 und AtAPY2 ist im Gegensatz zum Einzelknockout einer Apyrase letal. Auf Grund von Vorarbeiten wurde die AtAPY1 extrazellulär im Apoplasten vermutet, wo sie eine Rolle im ATP-Signalweg spielen könnte. In der vorliegenden Arbeit sollte die Apyrase 1 (AtAPY1) biochemisch charakterisiert und subzellulär lokalisiert werden. Die Aufklärung der biochemischen Eigenschaften und der subzellullären Lokalisation der AtAPY1 würde entscheidend mithelfen, die Funktion der Apyrasen in Pflanzen aufzuklären. Für die biochemische Charakterisierung wie der Bestimmung des pH-Optimums und des Substratspektrums der AtAPY1 war die Reinigung einer aktiven AtAPY1 notwendig. Da eine Überexpression einer aktiven AtAPY1 in E. coli nicht möglich war, wurde zur biochemischen Charakterisierung die AtAPY1 mit verschiedenen Systemen in vitro translatiert. Bei Verwendung von Retikulozytenextrakten konnte die AtAPY1 in vitro translatiert werden, zeigte aber in den Aktivitätstests keine Aktivität. Auf Grund ihrer enzymatischen Aktivität und Struktur scheint die AtAPY1 inhibierend auf verschiedene Expressionssysteme zu wirken, was die Gewinnung von aktiver AtAPY1 stark limitiert. In einem weiteren Ansatz wurde die AtAPY1-GFP nativ aus transgenen A. thaliana mittels anti-GFP markierter Matrix gereinigen. Die Reinigung der AtAPY1-GFP aus dem Gesamtproteinextrakt war erfolgreich und die immobilisierte AtAPY1-GFP zeigte eine Apyraseaktivität. Eine anschließende Elution des Proteins von der Matrix war allerdings zu stringent und führte zum vollständigen Aktivitätsverlust. Für die subzelluläre Lokalisation wurden Apyraseeinzelknockouts in Vorarbeiten mit zwei unabhängigen Konstrukten transformiert: zum einen wurde die Atapy1 C-terminal mit dem SNAP-Tag fusioniert und unter ihrem nativen Promotorbereich exprimiert, zum anderen erfolgte eine Überexpression der AtAPY1-GFP unter dem konstitutiven CaMV 35S-Promotor. Die komplementierten Pflanzen zeigten keine phänotypischen Unterschiede im Vergleich zum Wildtyp. Durch Immunfluoreszenz und in vivo Mikroskopie konnte die AtAPY1 in vesikelartigen Strukturen, jedoch nicht in der Plasmamembran oder extrazellulären Matrix nachgewiesen werden. Um die detektierten Strukturen einem Organell zuzuordnen, wurden Co-Lokalisationsstudien durchgeführt. Für Co-Lokalisation wurden die AtAPY1-GFP Pflanzen mit Markerproteinen transformiert oder mit den entsprechenden transgenen Pflanzen gekreuzt. Zum Nachweis der AtAPY1-GFP im sekretorischen Weg oder endozytotischen Vesikeln wurden transgene AtAPY1-GFP Pflanzen mit RabE1d-YFP transformiert, was jedoch keine Co-Lokalisation zeigte. Anschließend erfolgten Kreuzungen mit transgenen Pflanzen, die die Golgi-Markerproteine Membrin 12, Syntaxin of plants 32 oder Golgi transport protein 1-Homolog exprimierten. Mit allen drei Kreuzungen konnte eine Co-Lokalisation der AtAPY1-GFP mit dem entsprechenden Markerprotein im Golgi gezeigt werden. Durch eine zusätzliche Behandlung der AtAPY1-GFP Pflanzen mit dem Membranfarbstoff FM4-64, welcher das trans-Golgi-Netzwerk aber nicht den Golgi-Apparat anfärbt und dem fungiziden Toxin Brefeldin A, welches zur Bildung von BFA-Kompartimenten durch die Fusion des trans-Golgi-Netzwerks mit Endosomen und Teilen des trans-Golgi-Apparates führt, konnte die AtAPY1-GFP dem Golgi-Apparat zugewiesen werden. Weiterhin wurde untersucht, ob die AtAPY1 löslich oder membrangebunden im Golgi-Apparat vorliegt. Um zwischen löslichen, peripheren und integralen Membranproteinen zu unterscheiden, wurde das mikrosomale Pellet mit verschiedenen Detergenzien und Salzen behandelt. Hohe Salz- (2 M NaCl) und alkalische Bedingungen (0,2 M Na2CO3) führten zur Ablösung peripherer Proteine von der Membran. Harnstoff (4 M) und das anionische Detergenz SDS (0,2 %) führten zur Denaturierung von Proteinen und zum Nachweis integraler Proteine. Es konnte gezeigt werden, dass die AtAPY1-GFP ein integrales Membranprotein ist, da sie ausschließlich in den mit SDS und Harnstoff behandelten Fraktionen im Überstand mittels Western Blot nachgewiesen werden konnte. Die genaue Funktion der AtAPY1 im Golgi-Apparat ist noch ungeklärt, da der Fokus der bisherigen Apyraseforschung von einer Lokalisation der AtAPY1 in der Plasmamembran ausging und frühere Ergebnisse in neuem Kontext diskutiert werden müssen.