Spatial proteomic and phospho-proteomic organization in three prototypical cell migration modes

BACKGROUND Tight spatio-temporal signaling of cytoskeletal and adhesion dynamics is required for localized membrane protrusion that drives directed cell migration. Different ensembles of proteins are therefore likely to get recruited and phosphorylated in membrane protrusions in response to specific cues. RESULTS HERE, WE USE AN ASSAY THAT ALLOWS TO BIOCHEMICALLY PURIFY EXTENDING PROTRUSIONS OF CELLS MIGRATING IN RESPONSE TO THREE PROTOTYPICAL RECEPTORS: integrins, recepor tyrosine kinases and G-coupled protein receptors. Using quantitative proteomics and phospho-proteomics approaches, we provide evidence for the existence of cue-specific, spatially distinct protein networks in the different cell migration modes. CONCLUSIONS The integrated analysis of the large-scale experimental data with protein information from databases allows us to understand some emergent properties of spatial regulation of signaling during cell migration. This provides the cell migration community with a large-scale view of the distribution of proteins and phospho-proteins regulating directed cell migration.

The sequence comparison index: A novel method for comparing proteins and proteomes

Historically morphological features were used as the primary means to classify organisms. However, the age of molecular genetics has allowed us to approach this field from the perspective of the organism's genetic code. Early work used highly conserved sequences, such as ribosomal RNA. The increasing number of complete genomes in the public data repositories provides the opportunity to look not only at a single gene, but at organisms' entire parts list. ^ Here the Sequence Comparison Index (SCI) and the Organism Comparison Index (OCI), algorithms and methods to compare proteins and proteomes, are presented. The complete proteomes of 104 sequenced organisms were compared. Over 280 million full Smith-Waterman alignments were performed on sequence pairs which had a reasonable expectation of being related. From these alignments a whole proteome phylogenetic tree was constructed. This method was also used to compare the small subunit (SSU) rRNA from each organism and a tree constructed from these results. The SSU rRNA tree by the SCI/OCI method looks very much like accepted SSU rRNA trees from sources such as the Ribosomal Database Project, thus validating the method. The SCI/OCI proteome tree showed a number of small but significant differences when compared to the SSU rRNA tree and proteome trees constructed by other methods. Horizontal gene transfer does not appear to affect the SCI/OCI trees until the transferred genes make up a large portion of the proteome. ^ As part of this work, the Database of Related Local Alignments (DaRLA) was created and contains over 81 million rows of sequence alignment information. DaRLA, while primarily used to build the whole proteome trees, can also be applied shared gene content analysis, gene order analysis, and creating individual protein trees. ^ Finally, the standard BLAST method for analyzing shared gene content was compared to the SCI method using 4 spirochetes. The SCI system performed flawlessly, finding all proteins from one organism against itself and finding all the ribosomal proteins between organisms. The BLAST system missed some proteins from its respective organism and failed to detect small ribosomal proteins between organisms. ^

Investigations of stress responses in Saccharomyces cerevisiae: Transcriptional control and heat shock protein function

The baker's yeast, Saccharomyces cerevisiae responds to the cytotoxic effects of elevated temperature (37-42°C) by activating transcription of ∼150 genes, termed heat shock genes, collectively required to compensate for the abundance of misfolded and aggregated proteins and various physiological modifications necessary for the cell to survive and grow at heat shock temperatures. An intriguing facet of the yeast heat shock response is the remarkable similarity it shares with the global remodeling that occurs in mammalian cells in response to numerous pathophysiological conditions including cancer and cardiovascular disease and thus provides an ideal model system. I have therefore investigated several novel features of stress signaling, transcriptional regulation, and physiology. Initial work focused on the characterization of SYM1, a novel heat shock gene in yeast which was demonstrated to be required for growth on the nonfermentable carbon source ethanol at elevated temperature, and to be the functional ortholog of the mammalian kidney disease gene, Mpv17. Additional work addressed the role of two proteins, the Akt-related kinase, Sch9, and Sse1, the yeast Hsp110 protein chaperone homolog, in signaling by protein kinase A, establishing Sse1 as a critical negative regulator of this pathway. Furthermore, I have demonstrated a role for Sse1 in biogenesis and stability of the stress-response transcription factor, Msn2; a finding that has been extended to include a select subset of additional high molecular weight proteins, suggesting a more global role for this chaperone in stabilizing the cellular proteome. The final emphasis of my doctoral work has included the finding that celastrol, a compound isolated from the plant family Celasfraceae, a component of traditional Chinese herbal medicine, can activate heat shock transcription factor (Hsf1) in yeast and mammalian cells through an oxidative stress mechanism. Celastrol treatment simultaneously activates both heat shock and oxidative stress response pathways, resulting in increased cytoprotection. ^

Characterization of humoral immune responses against Treponema pallidum antigens

The spirochete Treponema pallidum subsp. pallidum is the causative agent of syphilis, a sexually transmitted disease with an estimated 12 million new cases per year worldwide. There is no vaccine currently available for the prevention of syphilis. In the present study, the T. pallidum hypothetical protein TP0693 was examined to determine its cellular location, and its potential for use as a vaccine candidate and immunodiagnostic for syphilis. TP0693 was demonstrated to be strongly reactive with sera from rabbits infected experimentally with T. pallidum for >25 days. Results from proteinase K digestion, immunofluorescence and immunoelectron microscopy were consistent with outer surface localization of TP0693. Serum reactivity against TP0693 was detected in only 68% of syphilis patients, which does not support its use as an immunodiagnostic for syphilis. Immunization of rabbits with TP0693 or three other outer membrane candidates did not alter the course of lesion development atter T. pallidum inoculation. We also examined the T. pallidum proteome by two-dimensional gel electrophoresis coupled with mass spectrometry analysis and immunoblotting. This approach resulted in the identification of 95 unique polypeptides, several of which were reactive with sera from infected rabbits and syphilis patients. The analyses described here enabled us to identify antigens potentially useful as vaccine candidates or diagnostic markers, and may provide insight into host-pathogen interactions during T. pallidum infection. ^

Experiment on marine fungus Microascus brevicaulis strain

The marine fungus Microascus brevicaulis strain LF580 is a non-model secondary metabolite producer with high yields of the two secondary metabolites scopularide A and B, which exhibit distinct activities against tumour cell lines. A mutant strain was obtained using UV mutagenesis, showing besides higher production levels faster growth and differences in pellet formation. Comparative proteomics were applied to gain deeper understanding of the regulation of production and of the physiology of this fungus and its mutant. For this purpose, an optimised protein extraction protocol was established. Here, we show the first proteome study of a marine fungus. In total, 4759 proteins were identified. The central metabolic pathway of LF580 could be mapped by using KEGG pathway analysis and GO annotation. Using iTRAQ labelling, 318 proteins were shown to be significantly regulated in the mutant strain: 189 were down- and 129 upregulated. Proteomics are a powerful tool for the understanding of regulatory aspects: The differences on proteome level could be attributed to a limited nutrient availability in wild type strain due to a strong pellet formation. This information can be applied to optimisation on strain and process level. The linkage between nutrient limitation and pellet formation in the non-model fungus M. brevicaulis is in consensus with the knowledge on model organisms like Aspergillus niger and Penicillium chrysogenum.

One Hundred Years of Grain Omics: Identifying the Glutens That Feed the World.

Glutens, the storage proteins in wheat grains, are a major source of protein in human nutrition. The protein composition of wheat has therefore been an important focus of cereal research. Proteomic tools have been used to describe the genetic diversity of wheat germplasms from different origins at the level of polymorphisms in alleles encoding glutenin and gliadin, the two main proteins of gluten. More recently, proteomics has been used to understand the impact of specific gluten proteins on wheat quality. Here we review the impact of proteomics on the study of gluten proteins as it has evolved from fractionation and electrophoretic techniques to advanced mass spectrometry. In the postgenome era, proteomics is proving to be essential in the effort to identify and understand the interactions between different gluten proteins. This is helping to fill in gaps in our knowledge of how the technological quality of wheat is determined by the interaction between genotype and environment. We also collate information on the various storage protein alleles identified and their prevalence, which makes it possible to infer the effects of wheat selection on grain protein content. We conclude by reviewing the more recent use of transgenesis aimed at improving the quality of gluten.

Proteomic definition of normal human luminal and myoepithelial breast cells purified from reduction mammoplasties

Normal human luminal and myoepithelial breast cells separately purified from a set of 10 reduction mammoplasties by using a double antibody magnetic affinity cell sorting and Dynabead immunomagnetic technique were used in two-dimensional gel proteome studies. A total of 43,302 proteins were detected across the 20 samples, and a master image for each cell type comprising a total of 1,738 unique proteins was derived. Differential analysis identified 170 proteins that were elevated 2-fold or more between the two breast cell types, and 51 of these were annotated by tandem mass spectrometry. Muscle-specific enzyme isoforms and contractile intermediate filaments including tropomyosin and smooth muscle (SM22) alpha protein were detected in the myoepithelial cells, and a large number of cytokeratin subclasses and isoforms characteristic of luminal cells were detected in this cell type. A further 134 nondifferentially regulated proteins were also annotated from the two breast cell types, making this the most extensive study to date of the protein expression map of the normal human breast and the basis for future studies of purified breast cancer cells.

A phylogenomic approach to microbial evolution

To study the origin and evolution of biochemical pathways in microorganisms, we have developed methods and software for automatic, large-scale reconstructions of phylogenetic relationships. We define the complete set of phylogenetic trees derived from the proteome of an organism as the phylome and introduce the term phylogenetic connection as a concept that describes the relative relationships between taxa in a tree. A query system has been incorporated into the system so as to allow searches for defined categories of trees within the phylome. As a complement, we have developed the pyphy system for visualising the results of complex queries on phylogenetic connections, genomic locations and functional assignments in a graphical format. Our phylogenomics approach, which links phylogenetic information to the flow of biochemical pathways within and among microbial species, has been used to examine more than 8000 phylogenetic trees from seven microbial genomes. The results have revealed a rich web of phylogenetic connections. However, the separation of Bacteria and Archaea into two separate domains remains robust.

YPD™, PombePD™ and WormPD™: model organism volumes of the BioKnowledge™ Library, an integrated resource for protein information

The BioKnowledge Library is a relational database and web site (http://www.proteome.com) composed of protein-specific information collected from the scientific literature. Each Protein Report on the web site summarizes and displays published information about a single protein, including its biochemical function, role in the cell and in the whole organism, localization, mutant phenotype and genetic interactions, regulation, domains and motifs, interactions with other proteins and other relevant data. This report describes four species-specific volumes of the BioKnowledge Library, concerned with the model organisms Saccharo­myces cerevisiae (YPD), Schizosaccharomyces pombe (PombePD) and Caenorhabditis elegans (WormPD), and with the fungal pathogen Candida albicans (CalPD™). Protein Reports of each species are unified in format, easily searchable and extensively cross-referenced between species. The relevance of these comprehensively curated resources to analysis of proteins in other species is discussed, and is illustrated by a survey of model organism proteins that have similarity to human proteins involved in disease.

The Medicago Genome Initiative: a model legume database

The Medicago Genome Initiative (MGI) is a database of EST sequences of the model legume Medicago truncatula. The database is available to the public and has resulted from a collaborative research effort between the Samuel Roberts Noble Foundation and the National Center for Genome Resources to investigate the genome of M.truncatula. MGI is part of the greater integrated Medicago functional genomics program at the Noble Foundation (http://www.noble .org), which is taking a global approach in studying the genetic and biochemical events associated with the growth, development and environmental interactions of this model legume. Our approach will include: large-scale EST sequencing, gene expression profiling, the generation of M.truncatula activation-tagged and promoter trap insertion mutants, high-throughput metabolic profiling, and proteome studies. These multidisciplinary information pools will be interfaced with one another to provide scientists with an integrated, holistic set of tools to address fundamental questions pertaining to legume biology. The public interface to the MGI database can be accessed at http://www.ncgr.org/research/mgi.

Digging for dead genes: an analysis of the characteristics of the pseudogene population in the Caenorhabditis elegans genome

Pseudogenes are non-functioning copies of genes in genomic DNA, which may either result from reverse transcription from an mRNA transcript (processed pseudogenes) or from gene duplication and subsequent disablement (non-processed pseudogenes). As pseudogenes are apparently ‘dead’, they usually have a variety of obvious disablements (e.g., insertions, deletions, frameshifts and truncations) relative to their functioning homologs. We have derived an initial estimate of the size, distribution and characteristics of the pseudogene population in the Caenorhabditis elegans genome, performing a survey in ‘molecular archaeology’. Corresponding to the 18 576 annotated proteins in the worm (i.e., in Wormpep18), we have found an estimated total of 2168 pseudogenes, about one for every eight genes. Few of these appear to be processed. Details of our pseudogene assignments are available from http://bioinfo.mbb.yale.edu/genome/worm/pseudogene. The population of pseudogenes differs significantly from that of genes in a number of respects: (i) pseudogenes are distributed unevenly across the genome relative to genes, with a disproportionate number on chromosome IV; (ii) the density of pseudogenes is higher on the arms of the chromosomes; (iii) the amino acid composition of pseudogenes is midway between that of genes and (translations of) random intergenic DNA, with enrichment of Phe, Ile, Leu and Lys, and depletion of Asp, Ala, Glu and Gly relative to the worm proteome; and (iv) the most common protein folds and families differ somewhat between genes and pseudogenes—whereas the most common fold found in the worm proteome is the immunoglobulin fold and the most common ‘pseudofold’ is the C-type lectin. In addition, the size of a gene family bears little overall relationship to the size of its corresponding pseudogene complement, indicating a highly dynamic genome. There are in fact a number of families associated with large populations of pseudogenes. For example, one family of seven-transmembrane receptors (represented by gene B0334.7) has one pseudogene for every four genes, and another uncharacterized family (represented by gene B0403.1) is approximately two-thirds pseudogenic. Furthermore, over a hundred apparent pseudogenic fragments do not have any obvious homologs in the worm.

Applicazione della spettrometria di massa MALDI-TOF in microbiologia clinica

Riassunto La spettrometria di massa (MS) nata negli anni ’70 trova oggi, grazie alla tecnologia Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight (MALDI-TOF), importanti applicazioni in diversi settori: biotecnologico (per la caratterizzazione ed il controllo di qualità di proteine ricombinanti ed altre macromolecole), medico–clinico (per la diagnosi di laboratorio di malattie e per lo sviluppo di nuovi trattamenti terapeutici mirati), alimentare ed ambientale. Negli ultimi anni, questa tecnologia è diventata un potente strumento anche per la diagnosi di laboratorio in microbiologia clinica, rivoluzionando il flusso di lavoro per una rapida identificazione di batteri e funghi, sostituendo l’identificazione fenotipica convenzionale basata su saggi biochimici. Attualmente mediante MALDI-TOF MS sono possibili due diversi approcci per la caratterizzazione dei microrganismi: (1) confronto degli spettri (“mass spectra”) con banche dati contenenti profili di riferimento (“database fingerprints”) e (2) “matching” di bio-marcatori con banche dati proteomiche (“proteome database”). Recentemente, la tecnologia MALDI-TOF, oltre alla sua applicazione classica nell’identificazione di microrganismi, è stata utilizzata per individuare, indirettamente, meccanismi di resistenza agli antibiotici. Primo scopo di questo studio è stato verificare e dimostrare l’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF MS mediante approccio di comparazione degli spettri di differenti microrganismi di interesse medico per i quali l’identificazione risultava impossibile a causa della completa assenza o presenza limitata, di spettri di riferimento all’interno della banca dati commerciale associata allo strumento. In particolare, tale scopo è stato raggiunto per i batteri appartenenti a spirochete del genere Borrelia e Leptospira, a miceti filamentosi (dermatofiti) e protozoi (Trichomonas vaginalis). Secondo scopo di questo studio è stato valutare il secondo approccio identificativo basato sulla ricerca di specifici marcatori per differenziare parassiti intestinali di interesse medico per i quali non è disponibile una banca dati commerciale di riferimento e la sua creazione risulterebbe particolarmente difficile e complessa, a causa della complessità del materiale biologico di partenza analizzato e del terreno di coltura nei quali questi protozoi sono isolati. Terzo ed ultimo scopo di questo studio è stata la valutazione dell’applicabilità della spettrometria di massa con tecnologia MALDI-TOF per lo studio delle resistenze batteriche ai carbapenemi. In particolare, è stato messo a punto un saggio di idrolisi dei carbapenemi rilevata mediante MALDI-TOF MS in grado di determinare indirettamente la produzione di carbapenemasi in Enterobacteriaceae. L’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF mediante l’approccio di comparazione degli spettri è stata dimostrata in primo luogo per batteri appartenenti al genere Borrelia. La banca dati commerciale dello strumento MALDI-TOF MS in uso presso il nostro laboratorio includeva solo 3 spettri di riferimento appartenenti alle specie B. burgdorferi ss, B. spielmani e B. garinii. L’implementazione del “database” con specie diverse da quelle già presenti ha permesso di colmare le lacune identificative dovute alla mancanza di spettri di riferimento di alcune tra le specie di Borrelia più diffuse in Europa (B. afzelii) e nel mondo (come ad esempio B. hermsii, e B. japonica). Inoltre l’implementazione con spettri derivanti da ceppi di riferimento di specie già presenti nel “database” ha ulteriormente migliorato l’efficacia identificativa del sistema. Come atteso, il ceppo di isolamento clinico di B. lusitaniae (specie non presente nel “database”) è stato identificato solo a livello di genere corroborando, grazie all’assenza di mis-identificazione, la robustezza della “nuova” banca dati. I risultati ottenuti analizzando i profili proteici di ceppi di Borrelia spp. di isolamento clinico, dopo integrazione del “database” commerciale, indicano che la tecnologia MALDI-TOF potrebbe essere utilizzata come rapida, economica ed affidabile alternativa ai metodi attualmente utilizzati per identificare ceppi appartenenti a questo genere. Analogamente, per il genere Leptospira dopo la creazione ex-novo della banca dati “home-made”, costruita con i 20 spettri derivati dai 20 ceppi di riferimento utilizzati, è stata ottenuta una corretta identificazione a livello di specie degli stessi ceppi ri-analizzati in un esperimento indipendente condotto in doppio cieco. Il dendrogramma costruito con i 20 MSP-Spectra implementati nella banca dati è formato da due rami principali: il primo formato dalla specie non patogena L. biflexa e dalla specie a patogenicità intermedia L. fainei ed il secondo che raggruppa insieme le specie patogene L. interrogans, L. kirschneri, L. noguchii e L. borgpetersenii. Il secondo gruppo è ulteriormente suddiviso in due rami, contenenti rispettivamente L. borgpetersenii in uno e L. interrogans, L. kirschneri e L. noguchii nell’altro. Quest’ultimo, a sua volta, è suddiviso in due rami ulteriori: il primo comprendente la sola specie L. noguchii, il secondo le specie L. interrogans e L. kirshneri non separabili tra loro. Inoltre, il dendrogramma costruito con gli MSP-Spectra dei ceppi appartenenti ai generi Borrelia e Leptospira acquisiti in questo studio, e appartenenti al genere Brachyspira (implementati in un lavoro precedentemente condotto) mostra tre gruppi principali separati tra loro, uno per ogni genere, escludendo possibili mis-identificazioni tra i 3 differenti generi di spirochete. Un’analisi più approfondita dei profili proteici ottenuti dall’analisi ha mostrato piccole differenze per ceppi della stessa specie probabilmente dovute ai diversi pattern proteici dei distinti sierotipi, come confermato dalla successiva analisi statistica, che ha evidenziato picchi sierotipo-specifici. È stato, infatti, possibile mediante la creazione di un modello statistico dedicato ottenere un “pattern” di picchi discriminanti in grado di differenziare a livello di sierotipo sia i ceppi di L. interrogans sia i ceppi di L. borgpetersenii saggiati, rispettivamente. Tuttavia, non possiamo concludere che i picchi discriminanti da noi riportati siano universalmente in grado di identificare il sierotipo dei ceppi di L. interrogans ed L. borgpetersenii; i picchi trovati, infatti, sono il risultato di un’analisi condotta su uno specifico pannello di sierotipi. È stato quindi dimostrato che attuando piccoli cambiamenti nei parametri standardizzati come l’utilizzo di un modello statistico e di un programma dedicato applicato nella routine diagnostica è possibile utilizzare la spettrometria di massa MALDI-TOF per una rapida ed economica identificazione anche a livello di sierotipo. Questo può significativamente migliorare gli approcci correntemente utilizzati per monitorare l’insorgenza di focolai epidemici e per la sorveglianza degli agenti patogeni. Analogamente a quanto dimostrato per Borrelia e Leptospira, l’implementazione della banca dati dello spettrometro di massa con spettri di riferimento di miceti filamentosi (dermatofiti) si è rilevata di particolare importanza non solo per l’identificazione di tutte le specie circolanti nella nostra area ma anche per l’identificazione di specie la cui frequenza nel nostro Paese è in aumento a causa dei flussi migratori dalla zone endemiche (M. audouinii, T. violaceum e T. sudanense). Inoltre, l’aggiornamento del “database” ha consentito di superare la mis-identificazione dei ceppi appartenenti al complesso T. mentagrophytes (T. interdigitale e T. mentagrophytes) con T. tonsurans, riscontrata prima dell’implementazione della banca dati commerciale. Il dendrogramma ottenuto dai 24 spettri implementati appartenenti a 13 specie di dermatofiti ha rivelato raggruppamenti che riflettono quelli costruiti su base filogenetica. Sulla base dei risultati ottenuti mediante sequenziamento della porzione della regione ITS del genoma fungino non è stato possibile distinguere T. interdigitale e T. mentagrophytes, conseguentemente anche gli spettri di queste due specie presentavano picchi dello stesso peso molecoalre. Da sottolineare che il dendrogramma costruito con i 12 profili proteici già inclusi nel database commerciale e con i 24 inseriti nel nuovo database non riproduce l’albero filogenetico per alcune specie del genere Tricophyton: gli spettri MSP già presenti nel database e quelli aggiunti delle specie T. interdigitale e T. mentagrophytes raggruppano separatamente. Questo potrebbe spiegare le mis-identificazioni di T. interdigitale e T. mentagrophytes con T. tonsurans ottenute prima dell’implementazione del database. L’efficacia del sistema identificativo MALDI-TOF è stata anche dimostrata per microrganismi diversi da batteri e funghi per i quali la metodica originale è stata sviluppata. Sebbene tale sistema identificativo sia stato applicato con successo a Trichomonas vaginalis è stato necessario apportare modifiche nei parametri standard previsti per l’identificazione di batteri e funghi. Le interferenze riscontrate tra i profili proteici ottenuti per i due terreni utilizzati per la coltura di questo protozoo e per i ceppi di T. vaginalis hanno, infatti, reso necessario l’utilizzo di nuovi parametri per la creazione degli spettri di riferimento (MSP-Spectra). L’importanza dello sviluppo del nuovo metodo risiede nel fatto che è possibile identificare sulla base del profilo proteico (e non sulla base di singoli marcatori) microorganismi cresciuti su terreni complessi che potrebbero presentare picchi nell'intervallo di peso molecolare utilizzato a scopo identificativo: metaboliti, pigmenti e nutrienti presenti nel terreno possono interferire con il processo di cristallizzazione e portare ad un basso punteggio identificativo. Per T. vaginalis, in particolare, la “sottrazione” di picchi dovuti a molecole riconducibili al terreno di crescita utilizzato, è stata ottenuta escludendo dall'identificazione l'intervallo di peso molecolare compreso tra 3-6 kDa, permettendo la corretta identificazione di ceppi di isolamento clinico sulla base del profilo proteico. Tuttavia, l’elevata concentrazione di parassita richiesta (105 trofozoiti/ml) per una corretta identificazione, difficilmente ottenibile in vivo, ha impedito l’identificazione di ceppi di T. vaginalis direttamente in campioni clinici. L’approccio identificativo mediante individuazione di specifici marcatori proteici (secondo approccio identificativo) è stato provato ed adottato in questo studio per l’identificazione e la differenziazione di ceppi di Entamoeba histolytica (ameba patogena) ed Entamoeba dispar (ameba non patogena), specie morfologiacamente identiche e distinguibili solo mediante saggi molecolari (PCR) aventi come bersaglio il DNA-18S, che codifica per l’RNA della subunità ribosomiale minore. Lo sviluppo di tale applicazione ha consentito di superare l’impossibilità della creazione di una banca dati dedicata, a causa della complessità del materiale fecale di partenza e del terreno di coltura impiagato per l’isolamento, e di identificare 5 picchi proteici in grado di differenziare E. histolytica da E. dispar. In particolare, l’analisi statistica ha mostrato 2 picchi specifici per E. histolytica e 3 picchi specifici per E. dispar. L’assenza dei 5 picchi discriminanti trovati per E. histolytica e E. dispar nei profili dei 3 differenti terreni di coltura utilizzati in questo studio (terreno axenico LYI-S-2 e terreno di Robinson con e senza E. coli) permettono di considerare questi picchi buoni marcatori in grado di differenziare le due specie. La corrispondenza dei picchi con il PM di due specifiche proteine di E. histolytica depositate in letteratura (Amoebapore A e un “unknown putative protein” di E. histolytica ceppo di riferimento HM-1:IMSS-A) conferma la specificità dei picchi di E. histolytica identificati mediante analisi MALDI-TOF MS. Lo stesso riscontro non è stato possibile per i picchi di E. dispar in quanto nessuna proteina del PM di interesse è presente in GenBank. Tuttavia, va ricordato che non tutte le proteine E. dispar sono state ad oggi caratterizzate e depositate in letteratura. I 5 marcatori hanno permesso di differenziare 12 dei 13 ceppi isolati da campioni di feci e cresciuti in terreno di Robinson confermando i risultati ottenuti mediante saggio di Real-Time PCR. Per un solo ceppo di isolamento clinico di E. histolytica l’identificazione, confermata mediante sequenziamento della porzione 18S-rDNA, non è stata ottenuta mediante sistema MALDI-TOF MS in quanto non sono stati trovati né i picchi corrispondenti a E. histolytica né i picchi corrispondenti a E. dispar. Per questo ceppo è possibile ipotizzare la presenza di mutazioni geno/fenotipiche a livello delle proteine individuate come marcatori specifici per E. histolytica. Per confermare questa ipotesi sarebbe necessario analizzare un numero maggiore di ceppi di isolamento clinico con analogo profilo proteico. L’analisi condotta a diversi tempi di incubazione del campione di feci positivo per E. histolytica ed E. dipar ha mostrato il ritrovamento dei 5 picchi discriminanti solo dopo 12 ore dall’inoculo del campione nel terreno iniziale di Robinson. Questo risultato suggerisce la possibile applicazione del sistema MALDI-TOF MS per identificare ceppi di isolamento clinico di E. histolytica ed E. dipar nonostante la presenza di materiale fecale che materialmente può disturbare e rendere difficile l’interpretazione dello spettro ottenuto mediante analisi MALDI-TOF MS. Infine in questo studio è stata valutata l’applicabilità della tecnologia MALDI-TOF MS come saggio fenotipico rapido per la determinazione di ceppi produttori di carbapenemasi, verificando l'avvenuta idrolisi del meropenem (carbapeneme di riferimento utilizzato in questo studio) a contatto con i ceppi di riferimento e ceppi di isolamento clinico potenzialmente produttori di carbapenemasi dopo la messa a punto di un protocollo analitico dedicato. Il saggio di idrolisi del meropenem mediante MALDI-TOF MS ha dimostrato la presenza o l’assenza indiretta di carbapenemasi nei 3 ceppi di riferimento e nei 1219 (1185 Enterobacteriaceae e 34 non-Enterobacteriaceae) ceppi di isolamento clinico inclusi nello studio. Nessuna interferenza è stata riscontrata per i ceppi di Enterobacteriaceae variamente resistenti ai tre carbapenemi ma risultati non produttori di carbapenemasi mediante i saggi fenotipici comunemente impiegati nella diagnostica routinaria di laboratorio: nessuna idrolisi del farmaco è stata infatti osservata al saggio di idrolisi mediante MALDI-TOF MS. In un solo caso (ceppo di K. pneumoniae N°1135) è stato ottenuto un profilo anomalo in quanto presenti sia i picchi del farmaco intatto che quelli del farmaco idrolizzato. Per questo ceppo resistente ai tre carbapenemi saggiati, negativo ai saggi fenotipici per la presenza di carbapenemasi, è stata dimostrata la presenza del gene blaKPC mediante Real-Time PCR. Per questo ceppo si può ipotizzare la presenza di mutazioni a carico del gene blaKPC che sebbene non interferiscano con il suo rilevamento mediante PCR (Real-Time PCR positiva), potrebbero condizionare l’attività della proteina prodotta (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia negativi) riducendone la funzionalità come dimostrato, mediante analisi MALDI-TOF MS, dalla presenza dei picchi relativi sia all’idrolisi del farmaco sia dei picchi relativi al farmaco intatto. Questa ipotesi dovrebbe essere confermata mediante sequenziamento del gene blaKPC e successiva analisi strutturale della sequenza amminoacidica deducibile. L’utilizzo della tecnologia MALDI-TOF MS per la verifica dell’avvenuta idrolisi del maropenem è risultato un saggio fenotipico indiretto in grado di distinguere, al pari del test di Hodge modificato impiegato comunemente nella routine diagnostica in microbiologia, un ceppo produttore di carbapenemasi da un ceppo non produttore sia per scopi diagnostici che per la sorveglianza epidemiologica. L’impiego del MALDI-TOF MS ha mostrato, infatti, diversi vantaggi rispetto ai metodi convenzionali (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia) impiegati nella routine diagnostica di laboratorio i quali richiedono personale esperto per l’interpretazione del risultato e lunghi tempi di esecuzione e di conseguenza di refertazione. La semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questa tecnica un metodo accurato e rapido. Inoltre, il metodo risulta conveniente dal punto di vista economico, con un costo totale stimato di 1,00 euro per ceppo analizzato. Tutte queste considerazioni pongono questa metodologia in posizione centrale in ambito microbiologico anche nel caso del rilevamento di ceppi produttori di carbapenemasi. Indipendentemente dall’approccio identificativo utilizzato, comparato con i metodi convenzionali il MALDI-TOF MS conferisce in molti casi un guadagno in termini di tempo di lavoro tecnico (procedura pre-analititca per la preparazione dei campioni) e di tempo di ottenimento dei risultati (procedura analitica automatizzata). Questo risparmio di tempo si accentua quando sono analizzati in contemporanea un maggior numero di isolati. Inoltre, la semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questo un metodo di identificazione accurato e rapido risultando più conveniente anche dal punto di vista economico, con un costo totale di 0,50 euro (materiale consumabile) per ceppo analizzato. I risultati ottenuti dimostrano che la spettrometria di massa MALDI-TOF sta diventando uno strumento importante in microbiologia clinica e sperimentale, data l’elevata efficacia identificativa, grazie alla disponibilità sia di nuove banche dati commerciali sia di aggiornamenti delle stesse da parte di diversi utenti, e la possibilità di rilevare con successo anche se in modo indiretto le antibiotico-resistenze.

Evolução do veneno em cnidários baseada em dados de genomas e proteomas

A evolução do veneno, uma das misturas mais complexas da natureza, tem sustentado o sucesso da diversificação de inúmeras linhagens de animais. Serpentes deslizantes ou medusas flutuantes utilizam o veneno, um coquetel de peptídeos farmacologicamente ativos, sais e moléculas orgânicas. Esses animais surpreendentes têm provocado grande fascínio ao longo da história humana. Nesta dissertação propomos um estudo da evolução dos venenos no filo Cnidaria, englobando dados proteômicos e genômicos. Este projeto teve como objetivos: (1) caracterizar e elucidar a evolução da composição do veneno em Cnidaria por meio da comparação de listas de proteínas; (2) testar a hipótese de que a variação na família de toxinas específica de cnidários tem sido o resultado de um regime de seleção positiva; e (3) determinar a extensão em que a duplicação de genes pode ser considerada como a principal razão para a diversificação de toxinas em Cnidaria. O capítulo \"Comparative proteomics reveals common components of a powerful arsenal in the earliest animal venomous lineage, the cnidarians\" propõe o estudo comparado mais completo sobre a composição do veneno de cnidários e uma hipótese sobre a montagem evolutiva do complexo arsenal bioquímico de cnidários e do veneno ancestral desse grupo basal. Vinte e oito famílias de proteínas foram identificadas. Destas, 13 famílias foram registradas pela primeira vez no proteoma de Cnidaria. Pelo menos 15 famílias de toxinas foram recrutadas no proteoma de veneno de cnidários antes da diversificação dos grupos Anthozoa e Medusozoa. Nos capítulos \"Evidence of episodic positive selection in the evolution of jellyfish toxins of the cnidarian venom\" e \"Gene duplications are extensive and contribute significantly to the toxic proteome of nematocysts isolated from Acropora digitifera (Cnidaria: Anthozoa: Scleractinia)\", nossas análises demonstram que as famílias de toxinas nos cnidários se diversificam amplamente mediante a duplicação de genes. Além disso, em contraste com as famílias de toxinas do veneno na maioria das linhagens animais; nós identificamos um padrão diferente na família de toxinas específica de cnidários, em que há uma seleção purificadora por longos períodos seguindo longos tempos de diversificação ou vice-versa

Identificação de peptídeos de Escherichia coli capazes de inibir a própria fagocitose em sepse

Introdução: Sepse é uma síndrome complexa definida por resposta inflamatória sistêmica, de origem infecciosa e caracterizada por manifestações múltiplas que podem determinar disfunção ou falência de um ou mais órgãos ou sistemas. É a principal causa de morte em unidades de terapia intensiva em pacientes críticos e tem representado uma fonte constante de preocupação para os sistemas de saúde em todo o mundo, devido, principalmente, às taxas elevadas de morbimortalidade. O tratamento da sepse é um desafio e continua a ser uma tarefa difícil devido a inúmeros fatores interferentes. Um estudo do nosso grupo demonstrou que a Escherichia coli (E. coli) é capaz de se ligar CD16 de um modo independente de opsonina, levando a um aumento na resposta inflamatória e a inibição da sua própria fagocitose, por conseguinte, procurou-se identificar os peptídeos no proteoma da E. coli envolvidos neste cenário. Metodologia: Utilizando a metodologia de Phage Display, que consiste numa técnica de clonagem, que permite a expressão de diversas sequências de peptídeos na superfície de bacteriófagos, nós identificamos 2 peptídeos que obtiveram interação com CD16. Após a seleção dos peptídeos identificamos uma proteína de membrana de E.coli que possui alta similaridade com um de nossos peptídeos selecionados. Nós acreditamos que esta proteína de membrana possa estar envolvida no processo de evasão imune desenvolvida pela E.coli e parece ser um forte candidato como uma nova opção terapêutica para controlar infecções por E. coli. Conclusão: A identificação de proteínas capazes de induzir inibição de fagocitose, através do receptor CD16, pode ser usada como uma nova forma de tratamento da sepse, assim como explorada no tratamento de doenças autoimunes