Le récepteur à l'inositol 1,4,5-trisphosphate (IP[indice inférieur 3]R) est un canal calcique jouant un rôle prépondérant dans le contrôle du calcium à l'intérieur des cellules non-excitables. Il existe trois sous-types d'IP[indice inférieur 3]R qui sont encodés par des gènes différents. L'objectif de mon travail était d'évaluer la régulation des IP[indice inférieur 3]Rs par différents mécanismes extrinsèque et intrinsèque. Avec une approche in vitro , nous avons montré que l'IP[indice inférieur 3]R-3 est un substrat de la protéine kinase dépendante de l'AMPc (PKA). Avec une approche de"backphosphorylation", nous avons également montré que la PKA phosphoryle de manière endogène l'IP[indice inférieur 3]R-3 dans les cellules RINm5F intactes. Avec des études de liaison, nous avons montré que la PKA augmente l'affinité de l'IP[indice inférieur 3]R-3. La mesure des relâches de Ca[indice supérieur 2+] induites par l'IP[indice inférieur 3] sur des cellules perméabilisées a aussi révélé que la PKA augmente l'affinité apparente de l'IP[indice inférieur 3]R-3. Enfin, dans des cellules RINm5F intactes, la PKA a potentié la relâche de Ca[indice supérieur 2+] induite par le carbachol et le facteur de croissance épidermique, deux agonistes qui activent la phospholipases C par des mécanismes différents. Ces résultats ont révélé une étape de convergence où la voie de signalisation de l'AMPc et la voie de signalisation du Ca[indice supérieur 2+] interagissent pour moduler différentes fonctions au sein d'une seule et même cellule face à des stimuli externes. Les différents domaines des IP[indice inférieur 3]Rs ont des rôles particuliers dans le contrôle fin de l'homéostasie calcique intracellulaire. Nous avons montré qu'un mutant tronqué de l'IP[indice inférieur 3]R-2 (CTR2), qui ne comporte que les 2 derniers domaines transmembranaires et la queue C-terminale, se comporte comme un canal calcique constitutivement actif. Les cellules exprimant le CTR2 ont moins de Ca[indice supérieur 2+] dans leurs réserves intracellulaire [sic], relâchent moins de Ca[indice supérieur 2+] en réponse aux agonistes et montrent une entrée capacitative de Ca[indice supérieur 2+] en conditions basales. Ces résultats suggèrent qu'en absence d'une régulation intrinsèque par sa portion N-terminale, l'IP[indice inférieur 3]R-2 se comporte comme un canal calcique ouvert. L'ensemble de mon travail met en évidence un mécanisme extrinsèque (PKA) et un mécanisme intrinsèque (N-terminal) de régulation de l'activité des IP[indice inférieur 3]Rs.

The complete role of inositol signaling in plants and humans is still elusive. The plant Arabidopsis thaliana contains fifteen predicted inositol polyphosphate 5- phosphatases (5PTases, E.C. 3.1.3.36) that have the potential to remove a 5-phosphate from various inositol second messenger substrates. To examine the substrate specificity of one of these Arabidopsis thaliana 5PTases (At5PTases), recombinant At5PTase1 was obtained from a Drosophila melanogaster expression system and analyzed biochemically. This analysis revealed that At5PTase1 has the ability to catalyze the hydrolysis of four potential inositol second messenger substrates. To determine whether At5PTase1 can be used to alter the signal transduction pathway of the major drought-sensing hormone abscisic acid (ABA), plants ectopically expressing At5PTase1 under the control of a constitutive promoter were characterized. This characterization revealed that plants ectopically expressing At5PTase1 had an altered response to ABA. These plants have stomata that are insensitive to ABA, and have lower basal and ABA-induced inositol (1,4,5)-trisphosphate [Ins(1,4,5)P₃] levels. In addition, At5PTase1 mRNA and protein levels are transiently regulated by ABA. These data strongly suggest that At5PTase1 can act as a signal terminator of ABA signal transduction. Like the Arabidopsis At5PTase1, a human 5PTase, Ocrl, has the ability to catalyze the hydrolysis of a 5-phosphate from several inositol-containing substrates. The loss of functional Ocrl protein results in a rare genetic disorder known as Lowe oculocerebrorenal syndrome. To gather information concerning the specificity determinants of the Ocrl protein, a structure-function analysis of Ocrl was conducted using a vibrational technique, difference Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy. Upon the introduction of Ins(1,4,5)P₃ substrate, structural changes in carboxylic acid and histidine residues were observed. The net result of changes in these residues indicates that upon Ins(1,4,5)P₃ introduction, a carboxylic acid-containing residue is protonated, and a histidine residue is deprotonated. This interpretation supports the idea that the deprotonation of the histidine residue is concomitant with the coordination of a divalent cation upon Ins(1,4,5)P₃ introduction. This work allows for the proposal of a new model for the role of the active site histidine of OCRL. / Ph. D.

The intracellular second messenger InsP₃ is a vital molecule in the regulation of Ca²⁺ signalling. Ca²⁺ mediates a wide range of cellular activities from fertilisation and cell differentiation through to apoptoisis. Using X-ray crystal structure data and molecular modelling, a series of novel InsP₃ analogues were designed as selective InsP₃R-antagonists. Two novel synthetic routes have been developed for the synthesis of these analogues. The first route uses a Ferrier-II rearrangement to provide enantiopure inositol intermediates, whereas, the second route employs a diastereomeric resolution to obtain the enantiopure inositols. The successful synthesis of InsP₃ and a series of 5-position modified analogues are reported herein.

No description available.

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