Despite extensive studies on Weddell seals (Leptonychotes weddellii) in McMurdo Sound since the 1960s, uncertainty still remains regarding female foraging habits during the lactation period. Based on their large body mass at the start of lactation and large relative mass loss at the end, the current hypothesis is that Weddell seals fast or feed to a neglible extent during lactation. However, this hypothesis has not been fully tested to date, as evidence for foraging is indirect and is based primarily on dive behaviour. The work presented in this thesis describes the development of a new dietary method, the biomarker method, and its application for studying the foraging behaviour of female Weddell seals during lactation. Biomarkers were used to (1) monitor the onset of feeding in individual animals, and (2) determine what prey females were feeding on using characteristic/taxon-specific biomarker patterns. Proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H NMR) and liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) assays were developed to detect and quantify dietary biomarkers in biological samples, mainly tissues, serum and plasma. Trimethylamine N-oxide, arsenobetaine, dimethylsulfoniopropionate, homarine and glycine betaine were first measured in thirty-three prey and potential prey species of Weddell seals collected from the Ross Sea and McMurdo Sound regions of Antarctica. These same compounds were then measured in the plasma of twelve female Weddell seals over the lactation period at the Hutton Cliffs seal colony, McMurdo Sound in 2006. Time-depth recorders monitored seal dive activity over the same period. The data obtained from both NMR and LC-MS/MS assays showed that biomarkers in Antarctic species varied both in content and concentration. The compound homarine, which occurs primarily in cephalopods, is suitable for distinguishing between major food groups of known prey of Weddell seals (i.e., fishes versus cephalopods). DMSP, a compound that occurs primarily in fish common in McMurdo Sound (e.g., Trematomus bernacchii and Pagothenia borchgrevinki) but not in significant amounts in Dissostichus mawsoni or Pleuragramma antarcticum, two main prey items for Weddell seals, may also be a suitable biomarker for distinguishing between major and minor prey types. The detection of plasma TMAO, AsB and homarine indicated that 75% of Weddell seals studied fed during lactation. The presence of these three compounds indicates the seals were preying upon a combination of fish and cephalopods. Two lactating females started foraging as early as 9 to 12 days postpartum and elevated biomarker levels were concurrent with increased dive activity. The onset of foraging and dive behaviour amongst individuals was highly variable; however, the results suggests that the number of females who feed during lactation may be more prevalent and initiated at an earlier stage than previously thought. This may have implications for future reproductive success given effects of climate change on sea ice abundance and resource availability. Overall, the work presented in this thesis provides new insights into the foraging behaviour of female Weddell seals during lactation and has added to the current knowledge of the biomarker distribution within the Antarctic ecosystem.

Während bei Prokaryonten, Pflanzen und Pilzen der Transport von Zuckern über Membranen mit Hilfe von Disaccharid-Transportern erfolgt, ist bei Tieren, vor allem Säugern, nach der allgemein anerkannten Vorstellung nur der Transport von Monosacchariden bekannt. Die vorliegende Dissertation, in der ScrT, ein bislang unerforschtes Protein aus der Fruchtfliege Drosophila melanogaster untersucht und charakterisiert wurde, beinhaltet Daten, die diese Vorstellung in Frage stellen.Die Expression von ScrT in Hefestämmen ermöglichte das Wachstum auf einem Minimalmedium, das als einzige C-Quelle Saccharose enthält, und Tests mit radioaktiv (14C) markierter Saccharose belegten, dass Hefestämme, die das untersuchte Protein heterolog exprimieren, Transportaktivität für dieses Disaccharid aufweisen.Die mittels Immunhistochemie ermittelte in vivo-Lokalisation von ScrT führte zu unterschiedlichen Resultaten. Zum einen waren in den adulten Fruchtfliegen deutliche Signale im Mitteldarm zu erkennen. Zum anderen wurden vesikuläre Strukturen in Follikelzellen der Ovarien gefärbt. Diese offenbar Melanin enthaltenden Strukturen fanden sich auch im Chorion der abgelegten Embryonen. Somit scheint es sich bei diesen Vesikeln um Melanosomen oder funktionell analoge Organellen zu handeln, in deren Membran das untersuchte Protein lokalisiert ist und die sekretorisch bei der Bildung des Chorions an dieses abgegeben werden. Die Lokalisierung von ScrT in den Follikelzellen wurde mittels in situ-Hybridisierung bestätigt.Den vorliegenden Daten zufolge dürfte ScrT unter anderem den Eintritt von Saccharose in Melanosomen regulieren, wo das chemisch relativ inerte Disaccharid als kompatibler Osmolyt fungieren und das osmotische Gleichgewicht während der Polymerisation von Melanin ausbalancieren könnte. Im Einklang mit dieser Hypothese steht auch, dass Mutationen in MATP, dem menschlichen Ortholog von ScrT, zu einer bislang wenig erforschten Form des Albinismus (OCA4) führen.

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

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A L- asparaginase é uma enzima aplicada no tratamento de Leucemia Linfoide Aguda, que atua na hidrólise da L- asparagina, privando a célula tumoral de um aminoácido essencial para o seu crescimento. A L- asparaginase, como outros biofármacos, deve ser estável, manter sua atividade específica e formar poucos agregados. A fim de manter a integridade do biofármaco, são utilizados adjuvantes nas formulações farmacêuticas, e dentre os mais importantes estão os osmólitos. Essas moléculas protegem a estrutura nativa da proteína, sendo capazes de interferir na formação de agregados e garantir a estabilidade proteica. O presente trabalho teve o objetivo de estudar o efeito dos osmólitos sacarose, sorbitol, arginina e glicina na atividade específica, estabilidade, cinética e caracterização de agregados na solução de L- asparaginase II de Erwinia chrysanthemi. Os resultados mostraram que a maioria dos osmólitos testados aumentou a atividade específica e a estabilidade da enzima, o que pode estar relacionado com o aumento da velocidade máxima e do kcat observados no ensaio cinético realizado com sacarose e sorbitol. Um perfil diferente de agregados foi encontrado para cada tipo de osmólito. A presença de sacarose ou sorbitol resultou na menor quantidade de agregados na faixa de, respectivamente, 100 a 200 e 200 a 300 nm em relação a enzima sem osmólito. Por outro lado, aumento no número total de agregados e presença de moléculas de alto peso molecular (300 a 500 nm) foram observados nas soluções enzimáticas contendo, respectivamente, glicina e arginina. Dessa forma, os resultados obtidos neste trabalho poderão auxiliar na produção e escolha da formulação de biofármacos, e, consequentemente, melhorar o tratamento medicamentoso de pacientes. / L L-Asparaginase is an enzyme applied in the treatment of Acute Lymphoblastic Leukemia, which acts on the hydrolysis of L- asparagine, depriving the tumor cell of an essential amino acid for its growth. L-asparaginase, as other biopharmaceuticals, must be stable, maintain its specific activity and form few aggregates. In order to maintain the integrity of the biopharmaceutical, adjuvants are used in the pharmaceutical formulations, and among the most importants adjuvants are the osmolytes. These molecules protect the native structure of the protein, being able of interfering in the formation of aggregates and guarantee protein stability. The present work had the objective of studying the effect of the osmolytes sucrose, sorbitol, arginine and glycine in the specific activity, stability, kinetic and aggregates characterization, in L- asparaginase II solution of Erwinia chrysanthemi. The results showed that the majority of the tested osmolytes increased the specific activity of the enzyme and its stability, which may be related to the augment of maximum velocity and kcat observed in the kinetic assay performed with sucrose and sorbitol. A different profile of aggregates was found for each type of osmolyte. The presence of sucrose or sorbitol resulted in the least amount of aggregates in the range of, respectively, 100-200 and 200-300nm in relation to the enzyme without osmolyte. On the other hand, increase in the total number of aggregates and the presence of high molecular weight molecules (300 to 500 nm) were observed in the enzymatic solutions containing, respectively, glycine and arginine. Thus, the results obtained in this work may help in the production and choice of the formulation of biopharmaceuticals and, consequently, improve the drug treatment of patients.

A L- asparaginase é uma enzima aplicada no tratamento de Leucemia Linfoide Aguda, que atua na hidrólise da L- asparagina, privando a célula tumoral de um aminoácido essencial para o seu crescimento. A L- asparaginase, como outros biofármacos, deve ser estável, manter sua atividade específica e formar poucos agregados. A fim de manter a integridade do biofármaco, são utilizados adjuvantes nas formulações farmacêuticas, e dentre os mais importantes estão os osmólitos. Essas moléculas protegem a estrutura nativa da proteína, sendo capazes de interferir na formação de agregados e garantir a estabilidade proteica. O presente trabalho teve o objetivo de estudar o efeito dos osmólitos sacarose, sorbitol, arginina e glicina na atividade específica, estabilidade, cinética e caracterização de agregados na solução de L- asparaginase II de Erwinia chrysanthemi. Os resultados mostraram que a maioria dos osmólitos testados aumentou a atividade específica e a estabilidade da enzima, o que pode estar relacionado com o aumento da velocidade máxima e do kcat observados no ensaio cinético realizado com sacarose e sorbitol. Um perfil diferente de agregados foi encontrado para cada tipo de osmólito. A presença de sacarose ou sorbitol resultou na menor quantidade de agregados na faixa de, respectivamente, 100 a 200 e 200 a 300 nm em relação a enzima sem osmólito. Por outro lado, aumento no número total de agregados e presença de moléculas de alto peso molecular (300 a 500 nm) foram observados nas soluções enzimáticas contendo, respectivamente, glicina e arginina. Dessa forma, os resultados obtidos neste trabalho poderão auxiliar na produção e escolha da formulação de biofármacos, e, consequentemente, melhorar o tratamento medicamentoso de pacientes. / L L-Asparaginase is an enzyme applied in the treatment of Acute Lymphoblastic Leukemia, which acts on the hydrolysis of L- asparagine, depriving the tumor cell of an essential amino acid for its growth. L-asparaginase, as other biopharmaceuticals, must be stable, maintain its specific activity and form few aggregates. In order to maintain the integrity of the biopharmaceutical, adjuvants are used in the pharmaceutical formulations, and among the most importants adjuvants are the osmolytes. These molecules protect the native structure of the protein, being able of interfering in the formation of aggregates and guarantee protein stability. The present work had the objective of studying the effect of the osmolytes sucrose, sorbitol, arginine and glycine in the specific activity, stability, kinetic and aggregates characterization, in L- asparaginase II solution of Erwinia chrysanthemi. The results showed that the majority of the tested osmolytes increased the specific activity of the enzyme and its stability, which may be related to the augment of maximum velocity and kcat observed in the kinetic assay performed with sucrose and sorbitol. A different profile of aggregates was found for each type of osmolyte. The presence of sucrose or sorbitol resulted in the least amount of aggregates in the range of, respectively, 100-200 and 200-300nm in relation to the enzyme without osmolyte. On the other hand, increase in the total number of aggregates and the presence of high molecular weight molecules (300 to 500 nm) were observed in the enzymatic solutions containing, respectively, glycine and arginine. Thus, the results obtained in this work may help in the production and choice of the formulation of biopharmaceuticals and, consequently, improve the drug treatment of patients.

Tesis por compendio / [EN] Abstract Introduction Salinity and drought are the most important environmental stress conditions reducing crop yields worldwide and limiting the distribution of wild plants in nature. Soil salinity, especially secondary salinity caused by anthropogenic practices, such as prolonged irrigation, lead to substantial agricultural yield losses, especially in arid and semiarid regions. Drought, caused by reduced water content in the soil, occurs due to disorders in nature's water cycle, chiefly when evapotranspiration exceeds precipitation in a certain area, to the point where soil water reserves can no longer support plant growth. Drought and salt stress trigger the activation of a series of basic stress mechanisms that includes among others, the control of ion transport, exclusion and compartmentalization, as well as the accumulation of compatible solutes ('osmolytes'), and the activation of antioxidant systems. These mechanisms are conserved in all plants, stress tolerant and sensitive alike, and don't necessarily confer tolerance. To decipher those mechanisms and have a better understanding on the contribution of different stress responses to the stress tolerance of a given species, we have carried out comparative studies on the responses to drought and salinity in a number of genetically related taxa with different tolerance potentials. Methodology The experimental approach was mostly based on i) establishing the relative tolerance to water and salt stress in the studied species from their distribution in nature (in the case of wild species) and through the relative inhibition of growth in the presence of stress, and ii) correlating changes in the levels of biochemical 'stress markers' associated to specific response pathways (ion transport, osmolyte accumulation¿) upon stress treatments, with the already established relative tolerance to stress. This strategy proved to be appropriate to distinguish mere general responses to stress from those mechanisms relevant for stress tolerance of the investigated species and cultivars. The work also sheds light on other aspects affected by salt stress, specifically regarding germination and reproductive success or anatomical changes in salt-stressed plants. The expression patterns of the gene NHX1, encoding a vacuolar Na+/H+ antiporter were also studied in the Plantago taxa, as a first step in the full characterisation of this ion transporter, that appears to play an important role in the mechanisms of salt tolerance in this genus. Conclusion The results obtained in this work contribute to a better understanding of general stress tolerance mechanisms in plants, and provides clear insights into the mechanisms conferring tolerance, specifically, to drought and salt stress in some wild species and crops. This work also shed more light on the highly efficient responses to stress in halophytes, plants that could be viewed as nature's answer to the aforementioned adverse environmental conditions via evolution and adaptation. Halophytes can therefore be considered as a suitable source - underutilized at present, in our opinion - of knowledge, genetic resources and biotechnological tools for the needed improvement of stress tolerance in crops. / [ES] Resumen Introducción La salinidad y la sequía son las condiciones de estrés ambiental más importantes, que reducen los rendimientos de los cultivos en todo el mundo y que limitan la distribución de las plantas silvestres en la naturaleza. La salinidad del suelo, especialmente la salinización secundaria causada por prácticas antropogénicas, como la irrigación prolongada, conducen a pérdidas importantes de rendimiento agrícola, especialmente en las regiones áridas y semiáridas. La sequía, provocada por la reducción de contenido de agua en el suelo, se produce debido a alteraciones en el ciclo del agua en la naturaleza, principalmente cuando la evapotranspiración excede la precipitación en un área determinada, hasta el punto que las reservas de agua del suelo ya no pueden soportar el crecimiento de la planta. La sequía y el estrés salino desencadenan la activación de una serie de mecanismos básicos de respuesta, que incluyen entre otros el control del transporte, la exclusión y la compartimentación de iones, así como la acumulación de solutos compatibles ('osmolitos'), y la activación de sistemas antioxidantes. Estos mecanismos están conservados en todas las plantas, tolerantes y sensibles a estrés por igual, y no confieren necesariamente tolerancia. Para descifrar estos mecanismos y conseguir una mejor comprensión de la contribución de diferentes respuestas a estrés a la tolerancia al estrés en una especie dada, hemos llevado a cabo estudios comparativos sobre las respuestas a la sequía y la salinidad, en un número de taxones relacionados genéticamente con diferentes potenciales de tolerancia. Metodología El enfoque experimental se basó principalmente en i) establecer la tolerancia relativa al estrés hídrico y al estrés salino en las especies estudiadas, a partir de su distribución en la naturaleza (en el caso de especies silvestres) y atendiendo a la inhibición relativa de su crecimiento en presencia de estrés, y ii) correlacionar cambios en los niveles de 'marcadores bioquímicos de estrés' asociados a vías específicas de respuesta (transporte de iones, acumulación de osmolitos ...) inducidos por los tratamientos de estrés, con la tolerancia relativa a estrés de las plantas, previamente establecido. Esta estrategia ha resultado ser apropiada para distinguir meras respuestas generales a estrés de los mecanismos relevantes para la tolerancia a estrés de las especies y cultivares investigados. El trabajo también arroja luz sobre otros aspectos afectados por el estrés salino, específicamente en relación con la germinación y el éxito reproductivo, o cambios anatómicos en las plantas tratadas con sal. También se estudiaron los patrones de expresión del gen NHX1, que codifica un antiportador vacuolar Na+/H+, en las especies de Plantago, como un primer paso en la caracterización completa de este transportador de iones, que parece desempeñar un papel importante en los mecanismos de tolerancia a sal en este género. Conclusión Los resultados obtenidos en este trabajo contribuyen a una mejor comprensión de los mecanismos generales de tolerancia al estrés en plantas, y proporcionan ideas claras sobre los mecanismos que confieren tolerancia, en concreto, a la sequía y al estrés salino, en algunas especies silvestres y cultivadas. Este trabajo también arroja más luz sobre las respuestas a estrés altamente eficientes en halófitas, plantas que podrían ser vistas como la respuesta de la naturaleza a las condiciones ambientales adversas antes mencionadas, a través de la evolución y la adaptación. Por lo tanto, las halófitas pueden ser consideradas como una fuente adecuada - infrautilizada en la actualidad, en nuestra opinión - de conocimiento, recursos genéticos y herramientas biotecnológicas para la necesaria mejora de la tolerancia al estrés en plantas cultivadas. / [CA] Resum Introducció La salinitat i la sequera són les condicions d'estrès ambiental més importants, que redueixen els rendiments dels cultius a tot el món i que limiten la distribució de les plantes silvestres en la naturalesa. La salinitat del sòl, especialment la salinització secundària causada per pràctiques antropogèniques, com la irrigació perllongada, condueixen a pèrdues importants de rendiment agrícola, especialment en les regions àrides i semiàrides. La sequera, provocada per la reducció de contingut d'aigua en el sòl, es produeix a causa d'alteracions en el cicle de l'aigua en la naturalesa, principalment quan la evapotranspiració excedeix la precipitació en un àrea determinada, fins al punt que les reserves d'aigua del sòl ja no poden suportar el creixement de la planta. La sequera i l'estrès salí desencadenen l'activació d'una sèrie de mecanismes bàsics de resposta, que inclouen entre uns altres el control del transport, l'exclusió i la compartimentació d'ions, així com l'acumulació de soluts compatibles ('osmolits'), i l'activació de sistemes antioxidants. Aquests mecanismes estan conservats en totes les plantes, tolerants i sensibles a estrès per igual, i no confereixen necessàriament tolerància. Per a desxifrar aquests mecanismes i aconseguir una millor comprensió de la contribució de diferents respostes a estrès a la tolerància a l'estrès en una espècie donada, hem dut a terme estudis comparatius sobre les respostes a la sequera i la salinitat, en un nombre de taxons relacionats genèticament amb diferents potencials de tolerància. Metodologia L'enfocament experimental es va basar principalment en i) establir la tolerància relativa a l'estrès hídric i a l'estrès salí en les espècies estudiades, a partir de la seua distribució en la naturalesa (en el cas d'espècies silvestres) i atenent a la inhibició relativa de el seu creixement en presència d'estrès, i ii) correlacionar canvis en els nivells de 'marcadors bioquímics d'estrès' associats a vies específiques de resposta (transport d'ions, acumulació d'osmolits ...) induïts pels tractaments d'estrès, amb la tolerància relativa a estrès de les plantes, prèviament establert. Aquesta estratègia ha resultat ser apropiada per a distingir meres respostes generals a estrès dels mecanismes rellevants per a la tolerància a estrès de les espècies i conreus investigats. El treball també llança llum sobre altres aspectes afectats per l'estrès salí, específicament en relació amb la germinació i l'èxit reproductiu, o canvis anatòmics en les plantes tractades amb sal. També es van estudiar els patrons d'expressió del gen NHX1, que codifica un anti-portador vacuolar Na+/H+, en les espècies de Plantago, com un primer pas en la caracterització completa d'aquest transportador d'ions, que sembla exercir un paper important en els mecanismes de tolerància a sal en aquest gènere. Conclusió Els resultats obtinguts en aquest treball contribueixen a una millor comprensió dels mecanismes generals de tolerància a l'estrès en plantes, i proporcionen idees clares sobre els mecanismes que confereixen tolerància, en concret, a la sequera i a l'estrès salí, en algunes espècies silvestres i conreades. Aquest treball també llança més llum sobre les respostes a estrès altament eficients en halòfites, plantes que podrien ser vistes com la resposta de la naturalesa a les condicions ambientals adverses abans esmentades, a través de l'evolució i l'adaptació. Per tant, les halòfites poden ser considerades com una font adequada - infrautilitzada en l'actualitat, en la nostra opinió - de coneixement, recursos genètics i eines biotecnològiques per a la necessària millora de la tolerància a l'estrès en plantes conreades. / Al Hassan, M. (2016). Comparative analyses of plant responses to drought and salt stress in related taxa: A useful approach to study stress tolerance mechanisms [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61985 / Compendio

Einleitung: Mit der vorliegenden Studie wurden zum ersten Mal beim Menschen die Auswirkungen von Dehydration (Dehy) und anschließender Rehydratation (Rehy) auf cerebrale volumenregulatorische Metabolite (myo-Inosit (mI), N-Azetylaspartat+N-Azetylaspartylglutamat (tNAA), Kreatin (Cr), Glyzerophosphocholin+Phosphocholin (Cho) und Glutamat+Glutamin (Glx)) sowie auf Flüssigkeitsverschiebungen untersucht. Methoden: 14 Radsportler (26.6 (22.7/29.8) Jahre, Median und 25./75. Perzentile) wurden mittels 1H-Spektroskopie (1H-MRS) in der okzipitoparietalen grauen Substanz (GM) und parietalen weißen Substanz rechts (WMR) und links (WML) untersucht (GE Signa Horizon 3T94; PRESS: TE 30ms, TR 6000ms, VOI 8ml). Die Messungen erfolgten vor, direkt nach Dehy und nach Rehy (180min, Zufuhr von 150\% der verlorenen Körpermasse (KM)). Zusätzlich wurde durch T2-Relaxationsmessungen der Atrophieindex alpha (Verhältnis cerebrales Gewebewasser (HW) zu Liquor (CSF)) bestimmt. Resultate: Die KM der Probanden reduzierte sich durch Dehy um 3.7 (3.4/4.1)% und stieg durch Rehy wieder um 4.5 (3.7/5.3)% an (Wilcoxon: p / Introduction: In the present study the influence of Dehy on cerebral volume regulatory metabolites (myo-Inositol (mI), N-Acetyl-aspartata+N-Acetyl-aspartyl-glutamate (tNAA), Creatine (Cr), Glycerophosphocholine+Phosphocholine (Cho) and Glutamate+Glutamine (Glx)) and fluid shifts has been investigated for the first time in humans. Methods: 14 cyclists (26.6 (22.7/29.8) y, median and 25./75. percentile) have been examined with proton NMR spectroscopy in the occipito-parietal gray matter (GM) and the right (WMR) and left (WML) parietal with matter (GE Signa Horizon 3T94; PRESS: TE 30ms, TR 6000ms, VOI 8ml). Spectra were acquired before, immediately after Dehy and after rehydration (Rehy). Rehy took place during 180min and 150% of lost body weight (BW) was substituted. Additionally the atrophy index alpha (ratio between cerebral water and liquor) was assessed (T2 signal decay as a function of echo time). Results: BW of volunteers has been decreased 3.7 (3.4/4.1)% after Dehy and increased 4.5 (3.7/5.3)% after Rehy (Wilcoxon: p