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Osmotic Avoidance in Caenorhabditis elegans: Synaptic Function of Two Genes, Orthologues of Human NRXN1 and NLGN1, as Candidates for Autism

Neurexins and neuroligins are cell adhesion molecules present in excitatory and inhibitory synapses, and they are required for correct neuron network ...

Survival of irradiated spores from Fusarium oxysporum with ultraviolet radiation (UV) was increased following exposition to visible light, indicating that this phytopathogenic fungus has a mechanism of photoreactivation able to counteract the lethal effects of UV. A genomic sequence containing the complete photolyase gene (phr1) from F. oxysporum was isolated by heterologous hybridisation with the Neurospora crassa photolyase gene. The F. oxysporum phr1 cDNA was isolated and expressed in a photolyase deficient Escherichia coli strain. The complementation of the photoreactivation deficiency of this E. coli mutant by phr1 cDNA demonstrated that the photolyase gene from F. oxysporum encodes a functional protein. The F. oxysporum PHR1 protein has a domain characteristic of photolyases from fungi (Trichoderma harziaium, N. crassa, Magnaporthe grisea, Saccharomyces cerevisiae) to bacteria (E. coli), and clusters in the photolyases phylogenetic tree with fungal photolyases. The F. oxysporum phr1 gene was inducible by visible light. The phr1 expression was also detected in presence of alpha-tomatine, a glycoalkaloid from tomato damaging cell membranes, suggesting that phr1 is induced by this cellular stress.

The photolyase gene from the plant pathogen Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici is induced by visible light and alpha-tomatine from tomato plant.

Die Photolyase-Gens von der Pflanze Erreger Fusarium oxysporum f.. sp. lycopersici durch sichtbares Licht und alpha-Tomatin von Tomatenpflanze induziert.

DNA polymerase eta belongs to the Y-family of DNA polymerases, enzymes that are able to synthesize past template lesions that block replication fork progression. This polymerase accurately bypasses UV-associated cis-syn cyclobutane thymine dimers in vitro and therefore may contributes to resistance against sunlight in vivo, both ameliorating survival and decreasing the level of mutagenesis. We cloned and sequenced a cDNA from Arabidopsis thaliana which encodes a protein containing several sequence motifs characteristics of Pol eta homologues, including a highly conserved sequence reported to be present in the active site of the Y-family DNA polymerases. The gene, named AtPOLH, contains 14 exons and 13 introns and is expressed in different plant tissues. A strain from Saccharomyces cerevisiae, deficient in Pol eta activity, was transformed with a yeast expression plasmid containing the AtPOLH cDNA. The rate of survival to UV irradiation in the transformed mutant increased to similar values of the wild type yeast strain, showing that AtPOLH encodes a functional protein. In addition, when AtPOLH is expressed in Escherichia coli, a change in the mutational spectra is detected when bacteria are irradiated with UV light. This observation might indicate that AtPOLH could compete with DNA polymerase V and then bypass cyclobutane pyrimidine dimers incorporating two adenylates.

Analysis of UV-induced mutation spectra in Escherichia coli by DNA polymerase eta from Arabidopsis thaliana.

DNA-Polymerase Eta geh&ouml;rt zu der Y-Familie von DNA-Polymerasen, Enzyme, die sind in der Lage, vorbei an Vorlage L&auml;sionen zu synthetisieren, die Replikation Gabel Fortschreiten zu blockieren. Diese Polymerase genau umgeht UV-assoziierte Cis-Syn Cyclobutan Thymin-Dimere in Vitro und tr&auml;gt somit kann zum Widerstand gegen Sonnenlicht in vivo sowohl Betrachtung &uuml;berleben und Verringerung der H&ouml;he der Mutagenese. Wir kloniert und sequenziert eine cDNA von Arabidopsis Thaliana das kodiert ein Protein, enth&auml;lt mehrere Sequenz Motive Merkmale der Pol Eta Homologen, einschlie&szlig;lich einer hoch konservierten Sequenz berichtet in der aktiven Site der Y-Familie DNA-Polymerasen vorhanden sein. Das Gen, benannt AtPOLH, enth&auml;lt 14 Exons und Introns 13 und dr&uuml;ckt sich in verschiedenen pflanzlichen Geweben. Ein Stamm von Saccharomyces Cerevisiae, einen Mangel an Pol Eta T&auml;tigkeit, wurde mit einem Hefe-Ausdruck-Plasmid, enth&auml;lt das AtPOLH cDNA umgewandelt. Der Kurs des &Uuml;berlebens zu UV-Bestrahlung in der transformierten Mutant ist auf &auml;hnliche Werte von den Wildtyp-Hefestamm, zeigen, dass AtPOLH eine funktionelle Protein codiert. Wenn AtPOLH in Escherichia coli ausgedr&uuml;ckt wird, ist dar&uuml;ber hinaus eine &Auml;nderung in den mutagenen Spektren erkannt, wenn Bakterien mit UV-Licht bestrahlt werden. Diese Beobachtung kann darauf hinweisen, AtPOLH mit DNA-Polymerase V mithalten k&ouml;nne und dann umgehen Cyclobutan-Pyrimidin-Dimer mit zwei Adenylates.

Analyse von UV-induzierte Mutation Spektren in Escherichia coli DNA Polymerase ETA aus Arabidopsis Thaliana.

Cellular DNA is continually exposed to a large variety of external and internal DNA-damaging agents. Although lesions can be removed by different repair processes, damages often remain in the DNA during replication, and specialized DNA polymerases are needed to perform translesion synthesis past damaged sites. These enzymes, in contrast to replicative polymerases, operate at low processivity and fidelity. DNA polymerase eta and Rev 1 are two proteins found in eukaryotes that are involved in translesion replication past specific DNA damages. In Arabidopsis, DNA polymerase eta and Rev 1 are encoded by AtPOLH and AtREV1 genes, respectively. The beta-glucuronidase gene product under the control of AtPOLH and AtREV1 gene promoters was used to determine their expression in different tissues. The GUS assay showed a ubiquitous expression of the reporter gene in all tissues and during the complete life cycle. In addition, quantitative real-time RT-PCR confirmed the ubiquitous expression of AtPOLH and AtREV1, and showed that the average expression of AtREV1 was approximately five times higher than AtPOLH. Transcription of both genes did not increase in the presence of visible light or after UV irradiation.

Ubiquitous expression of two translesion synthesis DNA polymerase genes in Arabidopsis.

Zellulare DNA ist st&auml;ndig einer Vielzahl von externen und internen DNA-sch&auml;digenden Arbeitsstoffe ausgesetzt. Obwohl L&auml;sionen durch verschiedene Reparaturprozesse entfernt werden k&ouml;nnen, oft bleiben Sch&auml;den in der DNA, w&auml;hrend der Replikation und spezielle DNA-Polymerasen sind erforderlich, um Translesion Synthese vorbei an besch&auml;digten Seiten durchf&uuml;hren. Diese Enzyme, im Gegensatz zu replicative Polymerasen arbeiten mit niedrigen Processivity und Treue. DNA-Polymerase Eta und Rev-1 sind zwei Proteine gefunden in Eukaryoten, die bei der Replikation der Translesion vorbei an spezifische DNA-Sch&auml;den beteiligt sind. In Arabidopsis DNA-Polymerase Eta und Rev. 1 AtPOLH und AtREV1-gen, bzw. kodiert werden. Die Beta-Glukuronidase-Genprodukt unter der Kontrolle der AtPOLH und AtREV1-gen-Promotoren wurde verwendet, um ihren Ausdruck in verschiedenen Geweben zu bestimmen. Der GUS-Test zeigte einen allgegenw&auml;rtigen Ausdruck im Reporter-gen in allen Geweben und w&auml;hrend des kompletten Lebenszyklus. Zus&auml;tzlich quantitativer Real-Time RT-PCR best&auml;tigt den allgegenw&auml;rtigen Ausdruck von AtPOLH und AtREV1, und zeigte, dass der durchschnittliche Ausdruck AtREV1 etwa f&uuml;nfmal h&ouml;her als AtPOLH. Transkription der beiden Gene nicht zu erh&ouml;hen in Anwesenheit von sichtbarem Licht oder nach UV-Bestrahlung.

Allgegenw&auml;rtige Ausdruck zwei Translesion Synthese DNA Polymerase Gene in Arabidopsis.

Plants are continually exposed to external and internal DNA-damaging agents. Although lesions can be removed by different repair processes, damages often remain in the DNA during replication. Synthesis of template damages requires the replacement of replicative enzymes by translesion synthesis polymerases, which are able to perform DNA synthesis opposite specific lesions. These proteins, in contrast to replicative polymerases, operate at low processivity and fidelity. DNA polymerase eta and Rev 1 are two proteins found in eukaryotes that are involved in translesion DNA synthesis. In Arabidopsis, DNA polymerase eta and Rev 1 are encoded by AtPOLH and AtREV1 genes, respectively. Transgenic plants over-expressing AtPOLH showed increased resistance to ultraviolet light. Only plants with moderate AtREV1 over-expression were obtained, indicating that this enzyme could be toxic at high levels. Transgenic plants that over-expressed or disrupted AtREV1 showed reduced germination percentage, but the former exhibited a higher stem growth rate than the wild type during development.

Two translesion synthesis DNA polymerase genes, AtPOLH and AtREV1, are involved in development and UV light resistance in Arabidopsis.

Pflanzen sind st&auml;ndig externe und interne DNA-sch&auml;digenden Arbeitsstoffe ausgesetzt. Obwohl L&auml;sionen durch verschiedene Reparaturprozesse entfernt werden k&ouml;nnen, bleiben oft die Sch&auml;den in der DNA w&auml;hrend der Replikation. Synthese von Vorlage Sch&auml;den erfordert die Ersetzung von replicative Enzymen durch Translesion Synthese Polymerasen, die DNA-Synthese gegen&uuml;ber bestimmten L&auml;sionen f&uuml;hren k&ouml;nnen. Diese Proteine, im Gegensatz zu replicative Polymerasen arbeiten mit niedrigen Processivity und Treue. DNA-Polymerase Eta und Rev-1 sind zwei Proteine gefunden in Eukaryoten, die in Translesion DNA-Synthese beteiligt sind. In Arabidopsis DNA-Polymerase Eta und Rev. 1 AtPOLH und AtREV1-gen, bzw. kodiert werden. Transgene Pflanzen over-expressing AtPOLH zeigte erh&ouml;hte Resistenz gegen UV-Licht. Nur Pflanzen mit moderaten AtREV1-&Uuml;berexpression wurden erzielt, die darauf hinweist, dass dieses Enzym auf hohem Niveau giftig sein k&ouml;nnte. Transgene Pflanzen, die over-expressed oder AtREV1 gest&ouml;rt zeigte reduzierte Keimung Prozentsatz, aber erstere stellte eine h&ouml;here Wachstumsrate der Vorbau als der Wildtyp w&auml;hrend der Entwicklung.

Zwei Translesion Synthese DNA Polymerase Gene, AtPOLH und AtREV1, sind in Entwicklung und UV-Licht-Best&auml;ndigkeit in Arabidopsis eingebunden.

Bipolar disorder is a severe mental disease of unknown etiology that affects about 1% of the population. It is characterized by mood changes, alternating episodes of mania with depression. The current experimental and epidemiological data suggest that bipolar disorder represents a group of disorders with similar symptoms caused by the combination of genetic and environmental factors. Genetic analysis has identified several genes whose dysfunction might predispose to the disorder, although most of the results have not been confirmed in other studies.

[MicroRNAs in bipolar disorder: diagnostic and therapeutic applications].

Bipolare St&ouml;rung ist eine schwerwiegende psychische Erkrankung unbekannter Ursache, die etwa 1 % der Bev&ouml;lkerung betrifft. Es zeichnet sich durch Stimmungsschwankungen, abwechselnde Episoden der Manie mit Depressionen. Die aktuellen experimentellen und epidemiologischen Daten deuten darauf hin, dass der bipolaren St&ouml;rung repr&auml;sentiert eine Gruppe von Erkrankungen mit &auml;hnlichen Symptomen, die durch die Kombination von genetischen und umweltbedingten Faktoren verursacht. Genetische Analyse hat mehrere Gene, die auf eine St&ouml;rung, deren Dysfunktion pr&auml;disponieren m&ouml;glicherweise identifiziert, obwohl die meisten Ergebnisse in anderen Studien nicht best&auml;tigt worden sind.

[MicroRNAs in bipolare St&ouml;rung: diagnostische und therapeutische Anwendungen].

The nematode Caenorhabditis elegans has a very well-defined and genetically tractable nervous system which offers an effective model to explore basic mechanistic pathways that might be underpin complex human neurological diseases. Here, the role C. elegans is playing in understanding two neurodegenerative conditions, Parkinson's and Alzheimer's disease (AD), and a complex neurological condition, autism, is used as an exemplar of the utility of this model system. C. elegans is an imperfect model of Parkinson's disease because it lacks orthologues of the human disease-related genes PARK1 and LRRK2 which are linked to the autosomal dominant form of this disease. Despite this fact, the nematode is a good model because it allows transgenic expression of these human genes and the study of the impact on dopaminergic neurons in several genetic backgrounds and environmental conditions. For AD, C. elegans has orthologues of the amyloid precursor protein and both human presenilins, PS1 and PS2. In addition, many of the neurotoxic properties linked with AÎ² amyloid and tau peptides can be studied in the nematode. Autism spectrum disorder is a complex neurodevelopmental disorder characterised by impairments in human social interaction, difficulties in communication, and restrictive and repetitive behaviours. Establishing C. elegans as a model for this complex behavioural disorder is difficult; however, abnormalities in neuronal synaptic communication are implicated in the aetiology of the disorder. Numerous studies have associated autism with mutations in several genes involved in excitatory and inhibitory synapses in the mammalian brain, including neuroligin, neurexin and shank, for which there are C. elegans orthologues. Thus, several molecular pathways and behavioural phenotypes in C. elegans have been related to autism. In general, the nematode offers a series of advantages that combined with knowledge from other animal models and human research, provides a powerful complementary experimental approach for understanding the molecular mechanisms and underlying aetiology of complex neurological diseases.

Caenorhabditis elegans as an experimental tool for the study of complex neurological diseases: Parkinson's disease, Alzheimer's disease and autism spectrum disorder.

Der Fadenwurm Caenorhabditis Elegans hat ein sehr durchdachte und genetisch steuerbar Nervensystem bietet ein wirksames Modell zum grundlegende mechanistische Wege zu erforschen, die m&ouml;glicherweise untermauern komplexe menschliche neurologische Erkrankungen. Hier spielt die Rolle C. Elegans zwei neurodegenerativen Erkrankungen, Parkinson und Alzheimer-Krankheit (AD), zu verstehen und eine komplexe neurologische Erkrankung, Autismus, als ein Exemplar des Dienstprogramms dieses Modell-Systems verwendet wird. C. Elegans ist ein unvollkommenes Modell der Parkinson-Krankheit, weil es Orthologues von krankheitsbezogenen Gene PARK1 und LRRK2 fehlt, die mit der autosomal-dominante Form dieser Krankheit zusammenh&auml;ngen. Trotz dieser Tatsache ist die Fadenw&uuml;rmer ein gutes Modell, weil es, transgene Ausdruck dieser menschlichen Gene und die Untersuchung der Auswirkungen auf die dopaminergen Neuronen in mehreren genetischen Hintergrund und Umweltbedingungen erlaubt. F&uuml;r AD hat C. Elegans Orthologues das Amyloid Vorl&auml;uferprotein und beide menschlichen Preseniline, PS1 und PS2. Dar&uuml;ber hinaus k&ouml;nnen viele neurotoxischen Eigenschaften verbunden mit A&beta;-Amyloid und Tau-Peptiden in die Fadenw&uuml;rmer untersucht werden. Asperger-Syndrom ist eine komplexe Neurodevelopmental St&ouml;rung gekennzeichnet durch Beeintr&auml;chtigungen in menschliche soziale Interaktion, Schwierigkeiten bei der Kommunikation und restriktiv und repetitive Verhaltensweisen. Mit C. Elegans als Modell f&uuml;r diese komplexen Verhaltensst&ouml;rungen St&ouml;rung ist schwierig; jedoch sind Anomalien im neuronalen synaptische Kommunikation an die &Auml;tiologie der St&ouml;rung beteiligt. Zahlreiche Studien haben Autismus mit Mutationen in verschiedenen Genen, die in erregenden und hemmenden Synapsen im Gehirn von S&auml;ugetieren, einschlie&szlig;lich Neuroligin, Neurexin und Schaft, werden bei Vorliegen von C. Elegans Orthologues verbunden. So haben mehrere Molekulare Bahnen und Verhaltensst&ouml;rungen Ph&auml;notypen in C. Elegans Autismus verwandt worden. Im Allgemeinen bietet die Fadenw&uuml;rmer eine Reihe von Vorteilen, die mit dem Wissen aus anderen Tiermodellen und menschliche Forschung kombiniert, bietet einen leistungsf&auml;higen erg&auml;nzenden experimentellen Ansatz f&uuml;r das Verst&auml;ndnis der molekularen Mechanismen und zugrunde liegenden &Auml;tiologie von komplexen neurologischen Erkrankungen.

Caenorhabditis Elegans als ein experimentelles Werkzeug f&uuml;r die Erforschung der komplexen neurologischen Erkrankungen: Morbus Parkinson, Alzheimer-Krankheit und Autismus-Spektrum-St&ouml;rungen.

Article	Year
The photolyase gene from the plant pathogen Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici is induced by visible light and alpha-tomatine from tomato plant. Fungal genetics and biology : FG & B\| PubMed ID: 14516768	2003
Analysis of UV-induced mutation spectra in Escherichia coli by DNA polymerase eta from Arabidopsis thaliana. Mutation research\| PubMed ID: 16857217	2006
Ubiquitous expression of two translesion synthesis DNA polymerase genes in Arabidopsis. Planta\| PubMed ID: 18270731	2008
Two translesion synthesis DNA polymerase genes, AtPOLH and AtREV1, are involved in development and UV light resistance in Arabidopsis. Journal of plant physiology\| PubMed ID: 18339443	2008
[MicroRNAs in bipolar disorder: diagnostic and therapeutic applications]. Revista de neurologia\| PubMed ID: 21720979	2011
Caenorhabditis elegans as an experimental tool for the study of complex neurological diseases: Parkinson's disease, Alzheimer's disease and autism spectrum disorder. Invertebrate neuroscience : IN\| PubMed ID: 22068627	2011

Manuel Ruiz-Rubio

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