Tesis Doctorals en Xarxa
Not a member yet
46997 research outputs found
Sort by
Analysis of the ecological role of urban centers in Europe and North America: The impact of built parkland in richness and abundance of birds
No full textCompendi d'articles, Doctorat internacionalUrban expansion creates new bird habitats, prompting studies on how city elements affect these species. However, the influence of buildings remains under-investigated. This thesis analyzes the ecological role of urban centers in Europe and North America, assessing bird richness and abundance across scales and environmental variables, including buildings. The methodology combined local transect data with regional and international citizen science, analyzed using Excel and R. Findings show birds prefer historical buildings for nesting, and mid-rise buildings (two to four levels) correlate with greater bird richness and abundance. In conclusion, the study emphasizes integrating biodiversity into urban planning, highlighting the ecological value of historical buildings and the need for biodiversity-friendly measures to mitigate habitat loss. The combination of building height and impervious cover better predicts bird diversity than either alone. This work advances landscape ecology by incorporating vertical urban structure into biodiversity models.Programa de Doctorat en Tecnologies Industrials i Material
Hysteresis modeling, identification and control for magnetorheological actuators
No full textENG- With the well-developed levels of science and technology, there has been a significant increase in the daily needs for higher comfort and higher safety on either private automobiles or public transportation. The objective and sometimes subjective feelings of comfort and stability work as the key metrics in the perspective of the evaluation of overall vehicle performance. Within the suspension system, shock absorbers play a crucial role in enhancing passengers’ satisfaction, in particular, the magneto-rheological (MR) dampers known due to their superior comfort and performance characteristics. However, the effectiveness of MR dampers is influenced not only by their performance envelopes but also by the employed control strategies. It has been shown that the integration of advanced control strategies with optimized models can significantly enhance the performance and comfort levels provided by MR dampers, such that delivers a more refined and satisfying ride experience for passengers. In this dissertation, the author presents a modified Bouc-Wen model designed to address the issues of force roll-off effects that are present in traditional Bouc-Wen models, including Spencer’s enhanced Bouc-Wen model. While Spencer’s model already mitigates force roll-off and reduces inertial effects at lower velocities, it remains heavily dependent on accurately identified parameters and is computationally intensive. However, it should be noted that the inertial effects were not comprehensively analyzed in this study due to the limited range of frequencies tested. The results of comparing testing data against the predictions delivered of the proposed promised the accuracy of the proposed modified Bouc-Wen modelCAT- Amb els alts nivells de desenvolupament científic i tecnològic, s’ha produït un augment significatiu en les necessitats diàries de major confort i seguretat, tant en els automòbils privats com en el transport públic. Les sensacions objectives i de vegades subjectives de confort i estabilitat actuen com a mètriques clau en la perspectiva de l’avaluació del rendiment global del vehicle. Dins del sistema de suspensió, els amortidors tenen un paper fonamental en la millora de la satisfacció dels passatgers, en particular els amortidors magnetoreològics (MR), coneguts per les seves característiques superiors de confort i rendiment. No obstant això, l’efectivitat dels amortidors MR està influïda no només pels seus límits de rendiment sinó també per les estratègies de control emprades. S’ha demostrat que la integració d’estratègies de control avançades amb models optimitzats pot millorar significativament el rendiment i els nivells de confort proporcionats pels amortidors MR, oferint així una experiència de conducció més refinada i satisfactòria per als passatgers.
En aquesta tesi, l’autor presenta un model Bouc-Wen modificat dissenyat per abordar els problemes d’efectes de reducció de força presents en els models Bouc-Wen tradicionals, inclòs el model Bouc-Wen millorat de Spencer. Tot i que el model de Spencer ja mitiga la reducció de força i redueix els efectes inercials a velocitats baixes, continua sent altament dependent de la identificació precisa dels paràmetres i requereix una gran càrrega computacional. No obstant això, cal assenyalar que els efectes inercials no es van analitzar de manera exhaustiva en aquest estudi a causa del rang limitat de freqüències provades. Els resultats de la comparació entre les dades d’assaig i les prediccions del model proposat van demostrar l’exactitud del model Bouc-Wen modificatPrograma de Doctorat en Tecnologi
La diversidad familiar: derechos y obligaciones que corresponden a los integrantes de las familias en Colombia
No full textPrograma de Doctorat en Dret i Ciència Política[spa] El derecho de familia se encuentra en un estado de transformación. En la actualidad, se evidencia la existencia diversos tipos de familia: monoparental, ensamblada, extensa, matrimonial, entre otros. La diversidad familiar en Colombia ha tenido un especial desarrollo impulsado por la jurisprudencia a partir de la nueva interpretación realizada por la Corte Constitucional del artículo 42 de la Constitución (1991) que ha definido la comprensión amplia del concepto de familia, mostrando que las relaciones familiares son flexibles.
La jurisprudencia de la Corte Constitucional y la Corte Suprema de Justicia colombiana ha identificado las demandas sociales y durante los últimos años en asuntos asociados con las relaciones familiares han reconocido derechos y obligaciones en diferentes tipos de familia no regulados, justificando sus decisiones en el reconocimiento de la denominada familia de crianza, que se traduce a nivel doctrinario en el concepto de la socioafectividad. Este trabajo realizado por la jurisprudencia ha hecho que recientemente se aprobara la Ley 2388 de 2024, de 26 de julio, que regula la familia de crianza. Dicha ley no es clara en asuntos como el parentesco y plantea desde su concepción de hijo o padre o madre de crianza, la inclusión de otros tipos de relaciones familiares, como la ensamblada o la familia extensa; un tratamiento que se considera es un error a la luz de las concepciones actuales del derecho familiar.
Este escenario suscita la necesidad de una normativa para el derecho de familia colombiano que adopte los paradigmas actuales de las relaciones familiares sin hacer distinciones respecto de las diferentes formas posibles de dar origen al núcleo familiar, que entre otras cosas debería abordar de manera directa la diversidad sexual.
La tesis parte de la hipótesis de que entre los integrantes de los distintos tipos de familia reconocidos en Colombia se generan derechos y obligaciones, tanto personales como patrimoniales que deben ser garantizados por el ordenamiento jurídico. Esto incluye no solo vínculos fundados en la filiación o el matrimonio, sino también aquellos originados en la crianza, la afectividad y la solidaridad. A partir del reconocimiento jurisprudencial de estos vínculos, se evidencia la necesidad de dotar de seguridad jurídica a estas relaciones, estableciendo un marco legal que las regule.[cat] El dret de família està en un estat de transformació. Actualment, és clar que existeixen diversos tipus de família: monoparental, ensamblada, extensa, matrimonial, entre altres. La diversitat familiar a Colòmbia ha tingut un important desenvolupament impulsat per la jurisprudència a partir de la nova interpretació feta per la Cort Constitucional de l’article 42 de la Constitució, que defineix una comprensió àmplia del concepte de família, ensenyant que les relacions familiars són flexibles.
La jurisprudència de la Cort Constitucional i la Cort Suprema de Justícia colombiana ha identificat les demandes socials i durant els darrers anys en assumptes associats amb les relacions familiars han reconegut drets i obligacions a diferents tipus de família no regulats, justificant les seves decisions en el reconeixement de l’anomenada família de criança, que es tradueix a nivell doctrinari en el concepte de socioafectivitat. Aquest treball realitzat per la jurisprudència ha fet que fos aprovada fa poc la Llei 2388 de 2024, de 26 de juliol, que regula la família de criança. Aquesta llei no aclareix assumptes com el parentiu i planteja des de la seva concepció de fill i pare o mare de criança, la inclusió d’altres tipus de relacions familiars, com l’ensamblada o la família extensa; un tractament que es considera un error sota les concepcions actuals del dret de família.
Aquest escenari promou la necessitat d’una normativa pel dret de família colombià que adopti els paradigmes actuals de les relaciones familiars sense fer distincions sobre les diferents maneres possibles de donar origen al nucli familiar, que entre altres coses hauria de tractar de forma directe la diversitat sexual.
La tesi parteix de la hipòtesi que entre els integrants dels diferents tipus de família reconeguts a Colòmbia sorgeixen drets i obligacions, personals i patrimonials, que han de ser garantits per l’ordenament jurídic. Això no inclou només els vincles que s’originen amb la filiació o el matrimoni, també aquells originats amb la criança, l’afectivitat i la solidaritat. D’ençà del reconeixement jurisprudencial d’aquests vincles, és necessari donar seguretat jurídica a aquestes relacions, amb l’establiment d’un marc legal que les reguli.[eng] Family law is undergoing a transformation. At present, various types of families are evident: single-parent, blended, extended, marital, among others. Family diversity in Colombia has experienced significant development, largely driven by jurisprudence following a new interpretation of Article 42 of the Constitution by the Constitutional Court. This reinterpretation has broadened the understanding of the concept of family, demonstrating that family relationships are inherently flexible.
The jurisprudence of the Constitutional Court and the Supreme Court of Justice of Colombia has identified evolving social demands and, in recent years, has recognized rights and obligations within various unregulated family types. These decisions have been grounded in the recognition of the so-called de facto caregiving family, which, from a doctrinal perspective, corresponds to the concept of socio-affectivity. This judicial groundwork recently led to the enactment of Law 2388 of 2024 (July 26), which regulates caregiving families. However, the law lacks clarity on matters such as kinship and, through its definitions of caregiving parent or child, opens the door to the inclusion of other family forms, such as blended or extended families, a treatment that, in light of current conceptions of family law, is considered a misstep.
This situation highlights the urgent need for a regulatory framework in Colombian family law that adopts modern paradigms of family relationships, without discriminating between the different possible forms of family formation. Such a framework should, among other things, explicitly address sexual diversity.
This thesis is based on the hypothesis that among the members of the various types of families recognized in Colombia, personal and patrimonial rights and obligations arise, which must be guaranteed by the legal system. This includes not only ties based on filiation or marriage, but also those arising from caregiving, affection, and solidarity. The judicial recognition of these ties underscores the necessity of providing legal certainty by establishing a regulatory framework that governs them
Materialidades y memorias de los paisajes de conflicto de la Guerra Civil: una aproximación desde las humanidades digitales
No full textENG- This thesis examines the construction and transformation of collective memory in relation to two key battles of the Spanish Civil War —the Iron Belt (1937) and the Battle of the Ebro (1938) — through the analysis of material remains, heritage management practices, and the application of Digital Humanities methodologies.
Battlefields are understood not merely as physical sites but as dynamic spaces where competing memories —both official and dissenting— are continuously negotiated. Through a compendium of five peer-reviewed articles, the research brings together contemporary archaeology, Digital Humanities, and discourse analysis to explore the political uses and representational strategies surrounding these conflict-related landscapes.
The first two articles focus on the Iron Belt, employing Geographic Information Systems (GIS) to assess its current state of conservation and to identify tensions between hegemonic narratives and counter-hegemonic expressions, such as political graffiti and acts of vandalism.
The third article and the accompanying book chapter analyse exhibitions in museums dedicated to the Battle of the Ebro. Using computational text analysis —including topic modelling and keyword frequency analysis— they reveal subtle narrative biases, such as politically neutral or equidistant framings, an emphasis on the international dimension of the conflict, and the marginalisation of certain groups. These studies also examine the role of landscape in shaping commemorative narratives, highlighting how geography becomes a key medium through which traumatic historical events are interpreted and conveyed.
The fifth article turns to the International Brigades, comparing mortality data from the SIDBRINT database with prevailing historiographical narratives concerning the Gandesa offensive (July–August 1938). The findings expose discrepancies between documented casualties and the emphasis placed on certain brigades in historical accounts, underscoring the need for a critical, context-aware interpretation of digital historical data.
Taken as a whole, the thesis demonstrates the potential of Digital Humanities techniques to uncover patterns within large datasets that would be difficult to detect using traditional methods. These tools prove particularly valuable for interrogating the contested and politically charged narratives through which the memory of the Spanish Civil War continues to be shaped in the presentCAT- Aquesta tesi examina la construcció i transformació de la memòria col·lectiva en relació amb dues batalles clau de la Guerra Civil espanyola —el Cinturó de Ferro (1937) i la batalla de l’Ebre (1938)— a través de l’anàlisi de les restes materials, les pràctiques de gestió patrimonial i l’aplicació de metodologies pròpies de les Humanitats Digitals.
Els camps de batalla s’entenen no només com a llocs físics, sinó com espais dinàmics on es negocien contínuament memòries concurrents —tant oficials com dissidents. Mitjançant un compendi de cinc articles avaluats per parells, la recerca integra l’arqueologia del món contemporani, les Humanitats Digitals i l’anàlisi del discurs per explorar els usos polítics i les estratègies de representació associades a aquests paisatges vinculats al conflicte.
Els dos primers articles se centren en el Cinturó de Ferro i utilitzen Sistemes d’Informació Geogràfica (SIG) per avaluar-ne l’estat actual de conservació i identificar les tensions entre les narratives hegemòniques i les expressions contrahegemòniques, com ara grafits polítics i actes vandàlics.
El tercer article i el capítol de llibre que l’acompanya analitzen les exposicions dels museus dedicats a la batalla de l’Ebre. Mitjançant tècniques d’anàlisi computacional de textos —incloent-hi la modelització de temes i l’anàlisi de freqüència de paraules clau— es revelen biaixos narratius subtils, com ara enfocaments políticament equidistants, un èmfasi en la dimensió internacional del conflicte i la marginació de certs col·lectius. Aquests estudis també examinen el paper del paisatge en la configuració de les narratives commemoratives, tot destacant com la geografia esdevé un mitjà fonamental per interpretar i transmetre esdeveniments històrics traumàtics.
El cinquè article se centra en les Brigades Internacionals, i compara les dades de mortalitat extretes de la base de dades SIDBRINT amb les narratives historiogràfiques predominants sobre l’ofensiva de Gandesa (juliol–agost de 1938). Els resultats posen en evidència discrepàncies entre les baixes documentades i l’èmfasi atorgat a determinades brigades en els relats històrics, fet que subratlla la necessitat d’una interpretació crítica i contextualitzada de les dades històriques digitals.
En conjunt, la tesi demostra el potencial de les tècniques de les Humanitats Digitals per identificar patrons dins de grans conjunts de dades que serien difícils de detectar amb mètodes tradicionals. Aquests instruments esdevenen especialment valuosos per analitzar els relats controvertits i políticament condicionats a través dels quals, encara avui, es construeix la memòria de la Guerra Civil espanyolaPrograma de Doctorat en Ciències Humanes, del Patrimoni i de la Cultur
Thermo-mechanical performance of steel slag asphalt mixtures and their potential for urban heat mitigation
No full textTesi en modalitat de compendi de publicacions(English) This doctoral thesis focuses on the study of steel slag from electric arc furnaces as a technically and environmentally viable substitute for natural aggregates in asphalt mixtures. While the primary objective was to evaluate its thermo-mechanical behaviour and potential for urban heat island (UHI) mitigation, other fundamental aspects were also addressed to validate its real-world application in sustainable urban pavements, such as moisture resistance, fatigue performance and cracking behaviour.
Through a series of experimental investigations, structured as independent yet complementary chapters, the influence of steel slag on the physico-chemical, mechanical, and thermal properties of asphalt mixtures was analysed, along with its integration into embedded solar collector systems (ASC).
Initially, the physical, morphological, and chemical properties of steel slag were characterised to understand its effect on aggregate–bitumen adhesion and moisture resistance (ITSR). Through bitumen affinity tests, digital image analysis, and ITSR testing, it was demonstrated that steel slag improves resistance to moisture damage—even under total replacement—due to its high surface roughness and its composition rich in metallic oxides.
In a second stage, partial replacement of natural aggregates by steel slag in the fine fractions was evaluated. Similar benefits were observed in terms of moisture resistance, with density remaining within conventional ranges. This result suggests that the use of steel slag in fine fractions may overcome previous limitations related to increased total mix weight.
Subsequently, the mechanical behaviour was addressed through indirect tensile strength, stiffness, and fatigue tests. Mixtures with different levels of slag replacement and bitumen film thicknesses (TF) were designed and evaluated using four-point bending and strain sweep (EBADE) tests. The results showed that increasing the slag content raises mixture stiffness but reduces fatigue resistance, an effect attributed to the material's hardness and its tendency to decrease the effective bitumen film thickness. However, a well-optimised mixture—such as HMA_SL* with a corrected TF—achieved performance similar to the control mixture, even under critical temperature conditions.
Furthermore, crack resistance was assessed using the Fénix test, which showed that although slag-containing mixtures require more energy to initiate cracking, their post-failure behaviour tends to be more brittle. Nevertheless, the mixture optimised in terms of bitumen film thickness showed significant improvements in toughness (IT) and fracture energy (GF), highlighting that adjusting the binder content is essential to mitigate this limitation.
In parallel, the thermal properties of the mixtures were investigated through both experimental tests and numerical simulations (FEM). It was observed that steel slag reduces the thermal conductivity of the mixture, slowing down its cooling rate and thus extending the compaction window. While this also lengthens the required cooling time prior to traffic opening, the simulations accurately predicted thermal evolution, facilitating better design and process control.
Finally, the application of steel slag in asphalt pavements with embedded solar collectors (ASC) was explored, aimed at UHI mitigation and thermal energy recovery. Dense mixtures containing steel slag (AC16D + AC22D) exhibited favourable thermal balance, reducing surface temperature by up to 16.3 °C and improving heat collection efficiency compared to gap-graded mixtures with the same material (BBTM11-B + AC22D). This performance confirms its potential as a functional material for sustainable urban applications.
Altogether, the findings of this thesis validate steel slag as a technically sound, functional, and environmentally competitive material for the development of both structural and functional asphalt mixtures, contributing to more sustainable urban paving practices.(Català) Aquesta tesi doctoral estudia l’àrid siderúrgic procedent del forn d’arc elèctric com a substitut tècnic i ambientalment viable de l’àrid natural en mescles asfàltiques. Tot i que l’objectiu principal fou avaluar-ne el comportament termo-mecànic i la capacitat per mitigar l’efecte d’illa de calor urbana (UHI), també s’abordaren aspectes clau com la resistència a la humitat, la fatiga, la fissuració i el temps de compactació, per tal de validar-ne l’aplicació real en paviments urbans sostenibles.
Mitjançant investigacions experimentals organitzades en capítols complementaris, s’analitzà la influència de l’àrid siderúrgic sobre les propietats fisicoquímiques, mecàniques i tèrmiques de les mescles, així com la seva integració en sistemes de captació solar embeguts (ASC).
En primer lloc, es caracteritzaren les propietats físiques, morfològiques i químiques de l’àrid siderúrgic, observant-se que la seva elevada rugositat i composició rica en òxids metàl·lics milloraven la resistència a la humitat (ITSR), fins i tot amb substitucions totals. En una segona fase, s’estudià l’ús parcial en les fraccions fines, mantenint la densitat dins dels rangs acceptables i superant limitacions relacionades amb el pes total de la mescla.
També s’analitzaren les propietats mecàniques mitjançant assaigs de tracció indirecta, rigidesa i fatiga, considerant variacions en el contingut de l’escòria i en el gruix de la pel·lícula de betum (TF). S’evidencià un increment de la rigidesa i una reducció en la resistència a la fatiga, atribuïble a la major duresa de l’àrid i a un TF més prim. No obstant això, una mescla optimitzada (HMA_SL*) assolí un rendiment similar al de la mescla control, fins i tot en condicions tèrmiques crítiques.
L’assaig Fénix revelà que les mescles amb escòria requerien més energia per fracturar-se, però mostraven un comportament postfractura més fràgil. Tanmateix, la mescla optimitzada presentà millores en tenacitat (IT) i energia de fractura (GF), confirmant la importància de l’ajust del contingut de lligant.
Paral·lelament, s’estudiaren les propietats tèrmiques mitjançant assaigs experimentals i simulacions FEM. L’escòria reduí la conductivitat tèrmica, alentint el refredament i ampliant la finestra de compactació. Malgrat que això pot retardar l’obertura al trànsit, les simulacions permeteren predir amb precisió l’evolució tèrmica, millorant el control constructiu.
Finalment, s’aplicà l’àrid siderúrgic en paviments solars amb col·lectors embeguts, orientats a mitigar l’UHI i recuperar energia tèrmica. Les mescles denses amb escòria (AC16D + AC22D) reduïren la temperatura superficial fins a 16,3 °C i mostraren una eficiència tèrmica superior a les mescles discontínues amb el mateix material, fet que confirma la seva idoneïtat en entorns urbans sostenibles.
En conjunt, els resultats validen l’ús de l’àrid siderúrgic com un material tècnic, funcional i ambientalment competitiu per al desenvolupament de mescles asfàltiques estructurals i funcionals, contribuint a una pavimentació urbana més eficient i sostenible.(Español) Esta tesis doctoral estudia el árido siderúrgico de horno de arco eléctrico como sustituto técnica y ambientalmente viable del árido natural en mezclas asfálticas. Aunque el objetivo principal fue evaluar su comportamiento termo-mecánico y su capacidad para mitigar el efecto de isla de calor urbana (UHI), también se abordaron aspectos clave como la resistencia a la humedad, la fatiga, la fisuración y el tiempo de compactación, a fin de validar su aplicación real en pavimentos urbanos sostenibles.
Mediante investigaciones experimentales organizadas en capítulos complementarios, se analizó la influencia del árido siderúrgico en las propiedades físico-químicas, mecánicas y térmicas de las mezclas, así como su integración en sistemas de captación solar embebidos (ASC).
Primero se caracterizaron las propiedades físicas, morfológicas y químicas del árido siderúrgico, observándose que su elevada rugosidad y su composición rica en óxidos metálicos mejoran la resistencia a la humedad (ITSR), incluso con reemplazos totales. En una segunda fase, se estudió su uso parcial en fracciones finas, manteniéndose la densidad dentro de rangos aceptables y superando limitaciones relacionadas con el peso total de la mezcla.
Se analizaron también las propiedades mecánicas a través de ensayos de tracción indirecta, rigidez y fatiga, considerando variaciones en el contenido de escoria y en el espesor de la película de betún (TF). Se evidenció un aumento en rigidez y una reducción en resistencia a la fatiga, atribuida a la mayor dureza del árido y a un TF más delgado. Sin embargo, una mezcla optimizada (HMA_SL*) alcanzó un rendimiento similar al de la mezcla control, incluso en condiciones térmicas críticas.
El ensayo Fénix reveló que las mezclas con escoria requieren más energía para fracturarse, pero presentan un comportamiento post-falla más frágil. No obstante, la mezcla optimizada mostró mejoras en tenacidad (IT) y energía de fractura (GF), confirmando la importancia del ajuste en el contenido de betún.
En paralelo, se estudiaron las propiedades térmicas mediante ensayos experimentales y simulaciones FEM. La escoria redujo la conductividad térmica, ralentizando el enfriamiento y ampliando la ventana de compactación. Aunque esto puede retrasar la apertura al tráfico, las simulaciones permitieron predecir con precisión la evolución térmica, mejorando el control constructivo.
Finalmente, se aplicó el árido siderúrgico en pavimentos solares con colectores embebidos, orientados a mitigar el UHI y recuperar energía térmica. Las mezclas densas con escoria (AC16D + AC22D) redujeron la temperatura superficial hasta 16,3 °C y presentaron mayor eficiencia térmica que las mezclas discontinuas con el mismo material, lo que confirma su idoneidad en entornos urbanos sostenibles.
En conjunto, los resultados validan el uso del árido siderúrgico como un material técnico, funcional y ambientalmente competitivo para mezclas asfálticas estructurales y funcionales, contribuyendo a una pavimentación urbana más eficiente y sostenible.DOCTORAT EN ENGINYERIA DE LA CONSTRUCCIÓ (Pla 2012
Technology-Mediated Tasks in a Spanish as an Additional Language Classroom Implementing Focused Tasks in a Moodle Environment to Teach Specific Uses of the Subjunctive and the Imperative Mood
No full textEste estudio explora el uso de la tecnología digital para la implementación de dos tareas pedagógicas –una basada en la comprensión y otra que combina comprensión y producción interactiva– diseñadas para enseñar español como lengua adicional. Con los principios de la enseñanza de lenguas basada en tareas (TBLT), las tareas están enfocadas en los modos subjuntivo e imperativo del español dentro de la estructura sintáctica objeto de enseñanza CUANDO [+2ª persona, +singular, +subjuntivo] [±Objeto] [±Complemento], [+2ª persona, +singular, +presente, +imperativo] [±Objeto] [±Complemento], en el contexto de seguir y dar indicaciones para ir a algún lugar en entornos urbanos. El estudio se realizó en aulas con estudiantes francófonos con niveles de competencia del español entre el B1 y el B2, y se implementó a través de la plataforma Moodle. Los métodos utilizados han sido cuantitativos para evaluar las mejoras lingüísticas y cualitativos para analizar la usabilidad del entorno virtual de aprendizaje (EVA). Los resultados cuantitativos mostraron un progreso medible en la capacidad de los participantes para seguir y dar indicaciones, así como en el incremento y mejora del uso del subjuntivo y el imperativo dentro de la estructura sintáctica que es objeto de enseñanza. Sin embargo, no se observó una correlación significativa entre el incremento en la frecuencia de realización de tareas y la mejora de los resultados de aprendizaje. Los comentarios cualitativos de los participantes indican que, por lo general, el EVA tiene una buena usabilidad, a pesar de haber sufrido algunos problemas técnicos. Los participantes percibieron las tareas como útiles para su aprendizaje, aunque fue difícil mantener la atención a lo largo de todas las actividades.This study explores the implementation of two technology-mediated tasks—one comprehension-based and the other combining comprehension and interactive production—designed to teach Spanish as an additional language. Grounded in the principles of Task-Based Language Teaching (TBLT), the tasks focused on the Spanish subjunctive and imperative moods within the target syntactic structure CUANDO [+2nd. person, +singular, +subjunctive] [±Object] [±Complement], [+2nd. person, +singular, +present, +imperative] [±Object] [±Complement], in the context of following and giving directions to get somewhere in urban environments. Conducted in classrooms of L1 French learners with Spanish proficiency levels between B1 and B2, and implemented via the Moodle platform, the study employed quantitative methods to assess linguistic improvements and qualitative methods to evaluate the Virtual Learning Environment (VLE) usability. Quantitative findings revealed measurable progress in participants’ ability to follow and give directions, as well as in their use of the subjunctive and imperative within the target syntactic structure. However, no significant correlation emerged between increased task completion frequency and improved learning outcomes. Qualitative feedback indicated the general usability of the VLE, despite some technical challenges. Participants perceived the tasks as valuable for learning, although maintaining attention throughout all the activities proved challenging.Traducció, Gènere i Estudis cultural
Cognitive decline in Mfn2 KO mice: role of Mfn2 in neuronal plasticity
No full textPrograma de Doctorat en Biomedicina[eng] Mitofusin 2 (Mfn2) is a protein initially characterized as a mitochondrial fusion protein with a bioenergetic function, like Mitofusin 1. Beyond its role in bioenergetics, Mfn2 also acts as an ER-mitochondria tether, which plays a critical role in the regulation of intracellular Ca2+ homeostasis. Both efficient bioenergetics and tightly regulated Ca²+ homeostasis are fundamental for neuronal physiology, as they support synaptic activity, plasticity, and overall neuronal health. Mfn2 is highly expressed in brain, with reduced expression observed during aging and various neurodegenerative diseases, suggesting its involvement in the pathophysiology of different neurodegenerative disorders and cognitive decline.
The main goal of this doctoral thesis has been studying the role of Mfn2 in mitochondrial associated membranes (MAMs) and their functions in the brain. To do so, we analyzed the impact of Mfn2 deletion in neurons in a Mfn2 knockout (KO) mouse model and the mechanism through which loss of Mfn2 alters neuronal function.
The results of this thesis show that Mfn2 KO mice present a cognitive impairment before neuronal death. This cognitive decline is caused by a loss of synapses due to an overall downregulation of synaptic genes. Through bioinformatic analyses we found the expression of the repressor Rest to correlate with altered synaptic gene expression in Mfn2 KO neurons. The upregulation of this transcription factor in Mfn2 KO neurons is induced by the unfolded protein response (UPR), which is triggered by loss of ER- mitochondria coupling. Therefore, we propose a model in which MAMs regulate synaptic gene expression through REST upon UPR activation, impairing cognition in our Mfn2 KO mice.
On the other side, exploring the metabolic adaptations driven by synaptic activity, in this study we found that synaptic activity regulates ER-mitochondria interactions and enhances mitochondrial bioenergetics. Activity-mediated mitochondrial bioenergetics boost required HIF1A stabilization, which induced the COXIV complex component HIGD1A.
By elucidating the mechanisms through which Mfn2 influences synaptic function and energy metabolism, this research provides new insights into potential therapeutic targets for neurodegenerative diseases characterized by impaired mitochondrial dynamics and synaptic dysfunction.[cat] La Mitofusina 2 (Mfn2) és una proteïna inicialment caracteritzada com una proteïna de fusió mitocondrial amb una funció bioenergètica, com la Mitofusina 1. Més enllà del seu paper en la bioenergètica, la Mfn2 també actua com una proteïna d’unió entre el reticle endoplasmàtic (RE) i els mitocondris, el qual juga un paper crític en la regulació de la homeòstasi de Ca²+ intracel·lular. Tant l’eficiència bioenergètica, com la homeòstasi de Ca²⁺ estretament regulada són fonamentals per a la fisiologia neuronal, ja que suporten l'activitat sinàptica, la plasticitat i la salut neuronal en general. La Mfn2 s'expressa altament al cervell, amb una expressió reduïda observada durant l'envelliment i diverses malalties neurodegeneratives, suggerint la seva implicació en la fisiopatologia de diferents trastorns neurodegeneratius i el declivi cognitiu.
L'objectiu principal d'aquesta tesi doctoral ha estat estudiar el paper de la Mfn2 en les membranes associades a mitocondris (MAMs) i les seves funcions al cervell. Per fer-ho, hem analitzat l'impacte de la deleció de Mfn2 en neurones en un model de ratolí knockout (KO) de Mfn2 i el mecanisme a través del qual la pèrdua de Mfn2 altera la funció neuronal.
Els resultats d'aquesta tesi mostren que els ratolins KO per a Mfn2 presenten un deteriorament cognitiu abans de la mort neuronal. Aquest declivi cognitiu és causat per una pèrdua de sinapsis deguda a una gran desregulació de gens sinàptics. A través d'anàlisis bioinformàtiques, vam trobar que l'expressió del repressor Rest correlaciona amb l'expressió alterada dels gens sinàptics en neurones KO de Mfn2. L’augment d’expressió d'aquest factor de transcripció en neurones KO de Mfn2 és induïda per la resposta a les proteïnes mal plegades (UPR; segons les sigles en anglès), que es desencadena per la pèrdua de l’acoblament RE-mitocondris. Per tant, proposem un model en què les MAMs regulen l'expressió dels gens sinàptics a través de REST després de l'activació de l'UPR, perjudicant la cognició en els ratolins KO de Mfn2.
D'altra banda, explorant les adaptacions metabòliques impulsades per l'activitat sinàptica, en aquest estudi vam trobar que l'activitat sinàptica regula les interaccions RE- mitocondris i millora la bioenergètica mitocondrial. L’augment en la bioenergètica mitocondrial depenent de l'activitat sinàptica requereix l’estabilització de HIF1A, que indueix HIGD1A, un component del complex COXIV.
En aclarir els mecanismes a través dels quals la Mfn2 influeix en la funció sinàptica i el metabolisme energètic, aquesta recerca proporciona noves perspectives sobre possibles objectius terapèutics per a malalties neurodegeneratives caracteritzades per dinàmiques mitocondrials alterades i disfunció sinàptica
BINDSCAN: a computational protocol for the engineering of glycoside hydrolases
No full textL'enginyeria enzimàtica ha revolucionat l'expansió de les funcions enzimàtiques naturals, permetent el desenvolupament de nous biocatalitzadors amb propietats ajustables per a diverses aplicacions. Aquesta tesi es centra en avançar les metodologies computacionals per optimitzar el rendiment enzimàtic, especialment per a l'enginyeria de glicosil hidrolases (GH). Les GH catalitzen la ruptura hidrolítica de l'enllaç glicosídic en glicans i glicoconjugats. En els darrers anys, s'han fet esforços per reconduir la funció enzimàtica de les GH cap a l'activitat de transglicosidació per catalitzar la síntesi d'enllaços glicosídics per a la producció de carbohidrats d’alt valor afegit.
Aquesta tesi té com a objectiu ampliar les capacitats de predicció de BINDSCAN, un protocol computacional per a l'enginyeria de proteïnes desenvolupat originalment al Laboratori de Bioquímica de l'IQS School of Engineering. El protocol es basa en l'anàlisi mutacional massiva de la seqüència de proteïna per a la identificació de posicions sensibles al reconeixement de lligands. En aquesta tesi hem: i) implementat noves mètriques basades en mesures d'afinitat d'enllaç i càlculs de potencial electrostàtic, ii) optimitzat el rendiment computacional, iii) implementat una interfície gràfica per a l'anàlisi de resultats i iv) aplicat la nova versió del protocol a diferents GH d'interès.
Hem demostrat que les GH han evolucionat per generar un gradient de potencial electrostàtic al seu centre actiu complementari a la separació de càrregues desenvolupada a l'enllaç glicosídic hidrolitzable durant la catàlisi. Això ens ha permès desenvolupar una nova mètrica electrostàtica capaç d'identificar residus crucials per estabilitzar l'estat de transició de la reacció. La mètrica s'ha utilitzat pel cribratge de diferents GH: i) Bacillus licheniformis 1,3-1,4-β-glucanasa (BlβGluc), ii) Thermobacillus xylanilyticus α-L-arabinofuranosidasa (TxAbf), iii) Spodoptera frugiperda β-glicosidasa (SfβGly) i Bifidobacterium bifidum lacto-N-biosidasa (BbLnbB). Els resultats han demostrat que aquesta mètrica prediu eficaçment les posicions que afecten a l'activitat hidrolítica com ara M58A a BlβGluc, R69H a TxAbf i W394F a BbLnbB. A més, hem validat el rendiment de classificació de les diferents mètriques del protocol BINDSCAN contra dades experimentals massives de SfβGly. També proposem una estratègia computacional basada en el protocol BINDSCAN per guiar el disseny de transglicosidases eficients millorant la unió de la molècula acceptora i dificultant l'activitat hidrolítica natural. Les campanyes de cribratge sobre TxAbf i BbLnbB han demostrat la capacitat del protocol per identificar variants de GH amb alts rendiments de transglicodilació: TxAbf R69H (7,3%) i BbLnbB W394F (32%), H263A (21%).
Aquesta tesi contribueix a escurçar la distància entre el disseny teòric i la validació experimental per ampliar les capacitats de l'enginyeria enzimàtica per a aplicacions industrials i biotecnològiques.La ingeniería enzimática ha revolucionado la expansión de las funciones enzimáticas naturales, permitiendo el desarrollo de nuevos biocatalizadores con propiedades ajustables para diversas aplicaciones. Esta tesis se centra en el avance de las metodologías computacionales para optimizar el rendimiento enzimático, especialmente para la ingeniería de las glicosil hidrolasas (GH). Las GH catalizan la ruptura hidrolítica del enlace glicosídico en glicanos y glicoconjugados. En los últimos años, se ha trabajado en la reingeniería de la función enzimática de las GH hacia la actividad de transglicosidación para catalizar la síntesis de enlaces glicosídicos y así producir carbohidratos de alto valor añadido.
Esta tesis tiene como objetivo ampliar las capacidades de predicción de BINDSCAN, un protocolo computacional para la ingeniería de proteínas desarrollado originalmente en el Laboratorio de Bioquímica de IQS School of Engineering. El protocolo se basa en el análisis mutacional masivo de la secuencia de proteína para la identificación de posiciones sensibles al reconocimiento de ligandos. En esta tesis hemos: i) implementado nuevas métricas basadas en mediciones de afinidad de unión y cálculos de potencial electrostático, ii) optimizado el rendimiento computacional, iii) implementado una interfaz gráfica para el análisis de resultados y iv) aplicado la nueva versión del protocolo a diferentes GH de interés.
Hemos demostrado que las GH han evolucionado para generar un gradiente de potencial electrostático en su centro activo complementario a la separación de cargas desarrollada en el enlace glicosídico escindible durante la catálisis. Esto nos ha permitido desarrollar una nueva métrica electrostática capaz de identificar residuos cruciales para estabilizar el estado de transición de la reacción. Esta métrica se ha utilizado para cribar diferentes GH: i) 1,3-1,4-β-glucanasa de Bacillus licheniformis (BlβGluc), ii) α-L-arabinofuranosidasa de Thermobacillus xylanilyticus (TxAbf), iii) β-glicosidasa de Spodoptera frugiperda (SfβGly) y iv) lacto-N-biosidasa de Bifidobacterium bifidum (BbLnbB). Los resultados han demostrado que esta métrica predice eficazmente las posiciones que afectan la actividad hidrolítica, por ejemplo, M58A en BlβGluc, R69H en TxAbf y W394F en BbLnbB. Además, hemos validado el rendimiento de clasificación de las diferentes métricas del protocolo BINDSCAN frente a datos experimentales masivos de SfβGly. También proponemos una estrategia computacional basada en el protocolo BINDSCAN para guiar el diseño de transglicosidasas eficientes, mejorando la unión a la molécula aceptora y limitando la actividad hidrolítica natural. Campañas de cribado exitosas con TxAbf y BbLnbB han demostrado la capacidad del protocolo para identificar variantes de GH con altos rendimientos de transglicosidación: TxAbf R69H (7,3%) y BbLnbB W394F (32%), H263A (21%).
Esta tesis contribuye a acortar la distancia entre el diseño teórico y la validación experimental para ampliar las capacidades de la ingeniería enzimática en aplicaciones industriales y biotecnológicas.Enzyme engineering has revolutionized the expansion of natural enzyme functions, enabling the development of novel biocatalysts with tunable properties for diverse applications. This thesis focuses on advancing computational methodologies to optimize enzymatic performance, especially for the engineering of glycoside hydrolases (GH). GHs catalyze the hydrolytic cleavage of the glycosidic bond in glycans and glycoconjugates. In the past years, efforts have been made to reengineer GH enzymatic function towards transglycosylation activity to catalyze the synthesis of glycosidic linkages for the production of added-value carbohydrate compounds.
This thesis aims to expand the prediction capabilities of BINDSCAN, a computational protocol for protein engineering originally developed at the Laboratory of Biochemistry at IQS School of Engineering. The protocol is based on massive mutational analysis of the protein sequence for the identification of positions sensible to ligand recognition. Here, we have: i) implemented novel metrics based on binding affinity measurements and electrostatic potential calculations, ii) optimized the computational performance, iii) deployed a graphical user interface for results analysis, and iv) applied the new version of the protocol to different GH of interest.
We have demonstrated that GHs have evolved to generate an electrostatic potential gradient at their active site complementary to the charge separation developed at the scissile glycosidic bond during catalysis. This has allowed us to develop a novel electrostatic metric capable of identifying residues crucial to stabilizing the transition state of the reaction. The metric has been used to screen different GHs: i) Bacillus licheniformis 1,3-1,4-β-glucanase (BlβGluc), ii) Thermobacillus xylanilyticus α-L-arabinofuranosidase (TxAbf), iii) Spodoptera frugiperda β-glycosidase (SfβGly) and iv) Bifidobacterium bifidum lacto-N-biosidase (BbLnbB). Results have demonstrated that this metric effectively predicts positions affecting hydrolytic activity such as M58A in BlβGluc, R69H in TxAbf, and W394F in BbLnbB. Additionally, we have validated the classification performance of the different metrics of the BINDSCAN protocol against massive experimental data of SfβGly.
We propose a computational strategy based on the BINDSCAN protocol to guide the design of efficient transglycosidases by improving the binding for the acceptor molecule and hampering the natural hydrolytic activity. Successful screening campaigns on TxAbf and BbLnbB have demonstrated the ability of the protocol to identify GH variants with high transglycosylation yields: TxAbf R69H (7.3%) and BbLnbB W394F (32%), H263A (21%).
This thesis contributes to bridging the gap between theoretical design and experimental validation to expand the capabilities of enzyme engineering for industrial and biotechnological applications
Desenvolupament de sistemes nanobiotecnològics multifuncionals per a l'administració de Riluzol en malalties neurodegeneratives
No full textPrograma de Doctorat en Investigació, Desenvolupament i Control de Medicaments[cat] La present tesi doctoral aborda el desenvolupament i l’avaluació de noves eines multifuncionals basades en NPs polimèriques (NPs) com a estratègia avançada per a l’administració i l’optimització terapèutica del Riluzol (RLZ) en el tractament de patologies neurodegeneratives del SNC (SNC). Les NPs polimèriques, caracteritzades per la seva alta versatilitat i capacitat de funcionalització, han emergit com una estratègia prometedora en nanomedicina gràcies a la seva biocompatibilitat, estabilitat fisicoquímica i habilitat per atravessar barreres biològiques complexes. Aquestes propietats les fan ideals per al disseny de plataformes d’alliberament controlat i administració dirigida de fàrmacs en teixits específics. En aquesta recerca, s’han desenvolupat i avaluat sistemes innovadors per superar barreres biològiques crítiques, com la barrera hematorretiniana (BHR), la barrera hematoespinal (BSCB) i la barrera hematoencefàlica (BHE), abordant alhora les limitacions farmacocinètiques i farmacodinàmiques del RLZ. En relació amb les patologies neurodegeneratives que afecten el globus ocular, com el glaucoma, es va desenvolupar una formulació basada en NPs polimèriques encapsulant RLZ i un gel ionosensible optimitzat amb goma gellan (GG), hialuronat sòdic (HA) i hidroximetilcel·lulosa (HPMC) incoporant- les. Aquesta formulació va demostrar propietats fisicoquímiques òptimes, la capacitat d’atravessar la BHR i localitzar-se en el segment posterior de l’ull. Els estudis in vitro i in vivo van evidenciar la seva biocompatibilitat, absència d’irritació ocular i efectivitat en l’alliberament sostingut del fàrmac, millorant així la seva retenció i biodisponibilitat en teixits oculars del segment posterior. Aquest enfocament proporciona una estratègia prometedora per millorar les limitacions actuals de les teràpies oculars en malalties neurodegeneratives. Pel que fa a les patologies motores que afecten la mèdul·la espinal, es van dissenyar NPs funcionalitzades amb polietilenglicol (PEG) i un pèptid penetrador de cèl·lules (CPP), per facilitar la seva distribució a través de la BSCB. Aquestes NPs van demostrar propietats fisicoquímiques òptimes, incloent-hi una mida adequada i una carrega superficial que garanteix estabilitat en medis biològics, així com una alta eficiència d’encapsulació. Els estudis d’interacció van validar la correcta funcionalització i estabilitat estructural de les NPs. Així com els estudis in vivo, on es va evidenciar la millora de la farmacocinètica del RLZ i una acumulació de les NPs a la medul·la espinal i a l’escorça somatomotora. En el tractament de patologies neurodegeneratives com la malaltia d’Alzheimer, es van desenvolupar NPs funcionalitzades amb PEG i pèptids específics, com pVEC, un CPP i NCAM-PrP, amb alta afinitat per aquesta patologia. Les NPs van demostrar una capacitat destacada per travessar la BHE, acumulant-se selectivament en regions clau del cervell. Els estudis preclínics van evidenciar que aquestes formulacions eren capaces d’inhibir l’agregació del pèptid β-amiloide, reduint significativament el nombre de plaques en l’hipocamp i el còrtex cerebral. A més, les NPs van restaurar de manera efectiva la memòria espacial i de reconeixement en models experimentals d’Alzheimer, ressaltant el seu gran potencial terapèutic. Els resultats d’aquesta investigació posen de manifest el gran potencial de les plataformes nanomèdiques desenvolupades per abordar les complexitats terapèutiques de patologies neurodegeneratives. La combinació de funcionalització específica amb pèptids i estratègies d’alliberament controlat no només ha permès optimitzar l’eficàcia del tractament, sinó que també ha establert una base sòlida per a futures aplicacions clíniques en l’àmbit de la nanomedicina. Aquesta recerca constitueix un avenç significatiu en la integració de la nanociència i la teràpia personalitzada, obrint noves perspectives en el tractament de malalties complexes com el glaucoma, les malalties motores i l’Alzheimer.[eng] This doctoral thesis explores the development and evaluation of multifunctional nanomedicine platforms based on polymeric nanoparticles (NPs) as advanced tools for the delivery and therapeutic optimization of riluzole (RLZ) in the treatment of neurodegenerative pathologies, particularly of the central nervous system (CNS). Polymeric nanoparticles, characterized by their high versatility and functionalization capacity, have emerged as a promising strategy in nanomedicine due to their biocompatibility, physicochemical stability, and ability to traverse complex biological barriers. These properties make them ideal candidates for designing controlled-release platforms and targeted drug delivery systems to specific tissues. In this research, innovative systems have been developed and evaluated to overcome critical biological barriers such as the blood-retinal barrier (BBB), the blood-spinal cord barrier (BSCB), and the blood-brain barrier (BRB), while addressing the pharmacokinetic and pharmacodynamic limitations of RLZ.
Regarding neurodegenerative pathologies affecting the visual system, such as glaucoma, a formulation was developed based on polymeric nanoparticles encapsulating RLZ and dispersed in an ion-sensitive gel optimized with gellan
gum (GG), sodium hyaluronate (HA), and hydroxypropyl methylcellulose (HPMC). This formulation demonstrated optimal physicochemical properties, and a remarkable ability to cross the BHR and localize in the posterior segment of the eye. Both in vitro and in vivo studies evidenced its biocompatibility, absence of ocular irritation, and effectiveness in sustaining drug release, thereby enhancing its retention and bioavailability in key ocular tissues. This approach offers a promising strategy to overcome current limitations in ocular therapies for neurodegenerative diseases.
For motor pathologies affecting the spinal cord, nanoparticles functionalized with polyethylene glycol (PEG) and a cell-penetrating peptide (CPP) were designed to facilitate their distribution across the BSCB. These NPs exhibited optimal physicochemical properties, including an appropriate size and a surface charge that ensures stability in biological media, as well as high encapsulation efficiency. Interaction studies validated the correct functionalization and structural stability of the nanoparticles, As well as the in vivo studies, which demonstrated an improvement in the pharmacokinetics of RLZ and an accumulation of the NPs in the spinal cord and the somatomotor cortex.
In the treatment of neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease, nanoparticles functionalized with PEG and specific peptides, such as pVEC, a CPP, and NCAM-PrP, with high affinity for the pathology, were developed. These nanoparticles demonstrated a remarkable ability to cross the BHE, selectively accumulating in key regions of the brain. Preclinical studies evidenced that these formulations were capable of inhibiting β-amyloid peptide aggregation, significantly reducing the number of plaques in the hippocampus and cerebral cortex. Additionally, the nanoparticles effectively restored spatial and recognition memory in experimental models of Alzheimer’s disease, highlighting their substantial therapeutic potential.
The findings of this research underscore the significant potential of the nanomedicine platforms developed to address the therapeutic complexities of neurodegenerative diseases. The combination of specific peptide functionalization with controlled-release strategies not only optimized treatment efficacy but also established a solid foundation for future clinical applications in nanomedicine. This investigation represents a significant advancement in integrating nanoscience and personalized therapy, opening new perspectives for the treatment of complex diseases such as glaucoma, motor disorders, and Alzheimer’s disease
Deciphering the role of the Arabidopsis thaliana METACASPASE I (AtMC1) as a stress granule protein in proteotoxic stress responses
No full textPrograma de Doctorat en Genètica[eng] Rising temperatures pose a significant challenge for plant growth, metabolism, and productivity worldwide. One of the most detrimental consequences of heat stress is the accumulation of misfolded proteins into aggregates, which disrupt cellular homeostasis and can ultimately result in cell death. To counteract this phenomenon, cells activate sophisticated proteostasis mechanisms that aid in maintaining protein quality and eliminating aggregates. A crucial component of this response is the formation of stress granules (SGs), which are biomolecular condensates that assemble in response to diverse environmental stresses, such as heat, oxidative stress, and infections. Although SGs are highly conserved across eukaryotic organisms including mammals, plants, yeast, and protozoa, their precise functions in plants remain poorly understood. However, emerging evidence suggests that SGs play a central role in coordinating plant stress responses.
This thesis aims to expand our understanding of SGs in plants, focusing on the Arabidopsis thaliana type I metacaspase 1 (MC1). In Chapter 1, we characterized the function and activity of MC1, demonstrating that it localizes to SGs during proteotoxic stress. Using predictive software, we identified two intrinsically disordered regions (IDRs) in the amino acid sequence of MC1 that regulate its recruitment to SGs. This discovery enabled us to generate and purify a recombinant version of MC1 (rMC1), overcoming previous limitations in isolating type I metacaspases in vitro. Functional assays revealed that rMC1 exhibits a strong and evolutionary conserved capacity to clear protein aggregates, including those formed by pathological protein forms that cause a diversity of life-threatening diseases in humans. We further studied the role of MC1 in proteostasis in aging tissues. Notably, we showed that plant overexpressing MC1 present a delay in leaf aging. Based on this data and previous evidences, we infer that MC1 has an important pro-life function linked to its disaggregase activity and its ability to form SGs.
In Chapter 2, we explored the role of MC1 in heat stress responses. Heat shock proteins (HSPs) are crucial for protecting cells from heat-induced damage by maintaining correct protein folding and unfolding, and promoting aggregate degradation. In Arabidopsis, HSP101 is a key component in thermotolerance that participates in aggregate clearance and localizes to SGs under heat stress. Given the similarities between MC1 and HSP101 in terms of their localization and function, we examined their interplay. Our findings demonstrate that MC1 and HSP101 colocalize in SGs under heat stress, and that MC1 is necessary to stabilize and maintain the structural properties of HSP101 SGs.
Furthermore, we elucidated that MC1 facilitates HSP101 degradation via autophagy. As HSP101 is essential for seedling thermotolerance, we assessed whether MC1 influences this process. Indeed, MC1 overexpression significantly enhances seedling survival under heat stress, confirming the pro-life function of this metacaspase.
In Chapter 3, we expanded our investigation to encompass all type I metacaspases in Arabidopsis and examined their potential functional redundancy. We observed that all three type I metacaspases were recruited to SGs under heat stress. Additionally, MC2, but not MC3, was capable of clearing Serpin1, a known substrate of MC1. However, genetic analyses revealed that the autoimmune phenotype observed in mc1 mutant plants is not exacerbated by additional mutations in MC2 or MC3, nor does the deletion of all three genes affect seedling thermotolerance. These results suggest that Arabidopsis type I metacaspases have diverged functionally over the course of evolution, acquiring specialized roles rather than exhibiting redundancy.
In conclusion, this thesis provides novel insights into how SGs contribute to plant stress tolerance. Our findings underscore the significance of SGs in plant proteostasis and elucidate new avenues for research on plant stress biology. Moreover, the discovery that MC1 can disassemble human protein aggregates opens the door for potential therapeutic uses in human diseases.[cat]
L'augment global de temperatures representa un repte per al creixement i la productivitat de les plantes. Un dels efectes més perjudicials és l'acumulació de proteïnes mal plegades en agregats, que poden alterar l'homeòstasi cel·lular i causar la mort cel·lular. Per contrarestar-ho, les cèl·lules activen mecanismes de proteòstasi capaços d’eliminar aquests agregats. Un component crucial d'aquesta resposta és la formació de grànuls d'estrès, uns condensats biomoleculars molt dinàmics que es formen en resposta a situacions ambientals adverses. Aquests grànuls estan molt conservats evolutivament, ja que es troben en organismes tan diversos com els mamífers, les plantes, els fongs i els protozous. Tot i que la seva funció exacte no es coneix, es creu que podrien tenir un paper molt important en la coordinació i la regulació de les respostes de les plantes a les situacions d’estrès.
En aquesta tesi ens vam proposar ampliar la nostra comprensió sobre els grànuls d’estrès de les plantes, centrant-nos en la metacaspasa 1 (MC1), de la planta model Arabidopsis thaliana. En el capítol 1, vam caracteritzar la funció i l'activitat de MC1, demostrant que es localitza en grànuls durant una situació de xoc tèrmic, també anomenada estrès tèrmic. Utilitzant softwares predictius, vam identificar dues regions intrínsecament desordenades (IDR) en la seqüència d'aminoàcids de MC1 que regulen el seu reclutament als grànuls d’estrès. Aquest descobriment ens va permetre purificar una versió recombinant de MC1 (rMC1). Els assaigs funcionals van revelar que la rMC1 mostra activitat de desagregasa, sent capaç d’eliminar agregats, incloent-hi aquells formats per proteïnes patològiques que causen malalties greus en humans. Tenint en compte l'impacte perjudicial de l'agregació de proteïnes, vam investigar si la sobreexpressió de MC1 podria incrementar la supervivència de les plantes en condicions d'estrès com ara l'envelliment. Vam observar que les plantes que sobreexpressen MC1 presenten un endarreriment en l’envelliment de les fulles. A partir d’aquests resultats, considerem que la MC1 juga un paper clau en la proteòstasi de les plantes, que està lligat a la seva capacitat de desagregasa així com al fet que es localitzi en grànuls d’estrès.
En el capítol 2, vam explorar el paper de MC1 en les respostes de les plantes a l’estrès tèrmic. Les xaperones moleculars són unes proteïnes crucials per protegir les cèl·lules del dany induït per la calor, ja que asseguren el correcte plegament de proteïnes i participen en l’eliminació dels agregats proteics. En Arabidopsis, la xaperona molecular HSP101 és un component clau en la termotolerància de les plàntules i també es localitza
en grànuls d’estrès. Donades les similituds entre MC1 i HSP101 pel que fa a la seva localització i funció, en aquest capítol vam examinar-ne la relació. Les nostres investigacions van demostrar que MC1 i HSP101 colocalitzen i interactuen als grànuls en condicions d’estrès tèrmic. Així mateix, MC1 és necessària per estabilitzar HSP101 als grànuls d’estrès i per mantenir les propietats estructurals d’aquests. Com que HSP101 és essencial per a la termotolerància, vam avaluar si MC1 també influeix en aquest procés. Així, vam determinar que la sobreexpressió de MC1 millora significativament la supervivència de les plàntules en condicions de xoc tèrmic, confirmant la funció pro-vida d’aquesta proteïna.
En el capítol 3, vam ampliar el nostre focus per abastar totes les metacaspases tipus I d’Arabidopsis i examinar la seva potencial redundància funcional. Vam observar que les tres metacaspases de tipus I són reclutades als grànuls d’estrès en condicions de xoc tèrmic. A més, vam determinar que MC2, però no MC3, és capaç de tallar la Serpin1, un substrat de MC1. Les anàlisis genètiques van revelar, però, que el fenotip d’autoimmunitat observat en plantes mutants en mc1 no era exacerbat per mutacions addicionals en MC2 o MC3. Per tant, els nostres resultats indiquen que les metacaspases de tipus I d'Arabidopsis no presenten redundància funcional, sinó que han adquirit funcions especialitzades al llarg de l'evolució.
En conclusió, aquesta tesi proporciona nous coneixements sobre com els grànuls d’estrès contribueixen a la tolerància de les plantes a les situacions adverses. Els nostres resultats subratllen la importància d’aquests grànuls en la proteòstasi de les plantes i obren noves vies per a generar cultius més resilients. A més, el descobriment que MC1 pot eliminar agregats de proteïnes humanes obre la porta a possibles aplicacions terapèutiques d’aquesta proteïna d’origen vegetal