Solution nuclear magnetic resonance structure of the GATase subunit and structural Basis of the interaction between GATase and ATPPase subunits in a two-subunit-type GMPS from methanocaldococcus jannaschii

The solution structure of the monomeric glutamine amidotransferase (GATase) subunit of the Methanocaldococcus janaschii (Mj) guanosine monophosphate synthetase (GMPS) has been determined using high-resolution nuclear magnetic resonance methods. Gel filtration chromatography and N-15 backbone relaxation studies have shown that the Mj GATase subunit is present in solution as a 21 kDa (188-residue) monomer. The ensemble of 20 lowest-energy structures showed root-mean-square deviations of 0.35 +/- 0.06 angstrom for backbone atoms and 0.8 +/- 0.06 angstrom for all heavy atoms. Furthermore, 99.4% of the backbone dihedral angles are present in the allowed region of the Ramachandran map, indicating the stereochemical quality of the structure. The core of the tertiary structure of the GATase is composed of a seven-stranded mixed beta-sheet that is fenced by five alpha-helices. The Mj GATase is similar in structure to the Pyrococcus horikoshi (Ph) GATase subunit. Nuclear magnetic resonance (NMR) chemical shift perturbations and changes in line width were monitored to identify residues on GATase that were responsible for interaction with magnesium and the ATPPase subunit, respectively. These interaction studies showed that a common surface exists for the metal ion binding as well as for the protein-protein interaction. The dissociation constant for the GATase-Mg2+ interaction has been found to be similar to 1 mM, which implies that interaction is very weak and falls in the fast chemical exchange regime. The GATase-ATPPase interaction, on the other hand, falls in the intermediate chemical exchange regime on the NMR time scale. The implication of this interaction in terms of the regulation of the GATase activity of holo GMPS is discussed.

Ischaemic concentrations of lactate increase TREK1 channel activity by interacting with a single histidine residue in the carboxy terminal domain

Key points The physiological metabolite, lactate and the two-pore domain leak potassium channel, TREK1 are known neuroprotectants against cerebral ischaemia. However, it is not known whether lactate interacts with TREK1 channel to provide neuroprotection. In this study we show that lactate increases TREK1 channel activity and hyperpolarizes CA1 stratum radiatum astrocytes in hippocampal slices. Lactate increases open probability and decreases longer close time of the human (h)TREK1 channel in a concentration dependent manner. Lactate interacts with histidine 328 (H328) in the carboxy terminal domain of hTREK1 channel to decrease its dwell time in the longer closed state. This interaction was dependent on the charge on H328. Lactate-insensitive mutant H328A hTREK1 showed pH sensitivity similar to wild-type hTREK1, indicating that the effect of lactate on hTREK1 is independent of pH change. AbstractA rise in lactate concentration and the leak potassium channel TREK1 have been independently associated with cerebral ischaemia. Recent literature suggests lactate to be neuroprotective and TREK1 knockout mice show an increased sensitivity to brain and spinal cord ischaemia; however, the connecting link between the two is missing. Therefore we hypothesized that lactate might interact with TREK1 channels. In the present study, we show that lactate at ischaemic concentrations (15-30mm) at pH7.4 increases TREK1 current in CA1 stratum radiatum astrocytes and causes membrane hyperpolarization. We confirm the intracellular action of lactate on TREK1 in hippocampal slices using monocarboxylate transporter blockers and at single channel level in cell-free inside-out membrane patches. The intracellular effect of lactate on TREK1 is specific since other monocarboxylates such as pyruvate and acetate at pH7.4 failed to increase TREK1 current. Deletion and point mutation experiments suggest that lactate decreases the longer close dwell time incrementally with increase in lactate concentration by interacting with the histidine residue at position 328 (H328) in the carboxy terminal domain of the TREK1 channel. The interaction of lactate with H328 is dependent on the charge on the histidine residue since isosteric mutation of H328 to glutamine did not show an increase in TREK1 channel activity with lactate. This is the first demonstration of a direct effect of lactate on ion channel activity. The action of lactate on the TREK1 channel signifies a separate neuroprotective mechanism in ischaemia since it was found to be independent of the effect of acidic pH on channel activity. Key points The physiological metabolite, lactate and the two-pore domain leak potassium channel, TREK1 are known neuroprotectants against cerebral ischaemia. However, it is not known whether lactate interacts with TREK1 channel to provide neuroprotection. In this study we show that lactate increases TREK1 channel activity and hyperpolarizes CA1 stratum radiatum astrocytes in hippocampal slices. Lactate increases open probability and decreases longer close time of the human (h)TREK1 channel in a concentration dependent manner. Lactate interacts with histidine 328 (H328) in the carboxy terminal domain of hTREK1 channel to decrease its dwell time in the longer closed state. This interaction was dependent on the charge on H328. Lactate-insensitive mutant H328A hTREK1 showed pH sensitivity similar to wild-type hTREK1, indicating that the effect of lactate on hTREK1 is independent of pH change.

Molecular Mechanism Underlying ATP-Induced Conformational Changes in the Nucleoprotein Filament of Mycobacterium smegmatis RecA

RecA plays a central role in bacterial DNA repair, homologous recombination, and restoration of stalled replication forks by virtue of its active extended nucleoprotein filament. Binding of ATP and its subsequent recognition by the carboxamide group of a highly conserved glutamine (GIn196 in MsRecA) have been implicated in the formation of active RecA nucleoprotein filaments. Although the mechanism of ATP-dependent structural transitions in RecA has been proposed on the basis of low-resolution electron microscopic reconstructions, the precise sequence of events that constitute these transitions is poorly understood. On the basis of biochemical and crystallographic analyses of MsRecA variants carrying mutations in highly conserved Gln196 and Arg198 residues, we propose that the disposition of the interprotomer interface is the structural basis of allosteric activation of RecA. Furthermore, this study accounts, for the contributions of several conserved amino acids to ATP hydrolysis and to the transition from collapsed to extended filament forms in Mycobacterium smegmatis RecA (MsRecA). In addition to their role in the inactive compressed state, the study reveals a role for GIn196 and Arg198 along with Phe219 in ATP hydrolysis in the active extended nucleoprotein filament. Finally, our data suggest that the primary, but not secondary, nucleotide binding site in MsRecA isomerizes into the ATP binding site present in the extended nucleoprotein filament.

An in vivo approach to tRNA identity

A leucine-inserting tRNA has been transformed into a serine-inserting tRNA by changing 12 nucleotides. Only 8 of the 12 changes are required to effect the conversion of the leucine tRNA to serine tRNA identity. The 8 essential changes reside in basepair 11-24 in the D stem, basepairs 3-70, 2-71 and nucleotides 72 and 73, all of the acceptor stem.

Functional amber suppressor tRNA genes were generated for 14 species of tRNA in E. coli, and their amino acid specificities determined. The suppressors can be classified into three groups, based upon their specificities. Class I suppressors, tRNA^(Ala2)_(CUA), tRNA^(GlyU)_(CUA), tRNA^(HisA)_(CUA), tRNA^(Lys)_(CUA), and tRNA^(ProH)_(CUA), inserted the predicted amino acid. The Class II suppressors, tRNA^(GluA)_(CUA) , tRNA^(GlyT)_(CUA), and tRNA^(Ile1)_(CUA) were either partially or predominantly mischarged by the glutamine aminoacyl tRNA synthetase (AAS). The Class III suppressors, tRNA^(Arg)_(CUA), tRNA^(AspM)_(CUA), tRNA^(Ile2)_(CUA), tRNA^(Thr2)_(CUA), tRNA^(Met(m))_(CUA) and tRNA^(Val)_(CUA) inserted predominantly lysine.

Revealing, illuminating, and modifying proteins in human diseases using noncanonical amino acids

To better understand human diseases, much recent work has focused on proteins to either identify disease targets through proteomics or produce therapeutics via protein engineering. Noncanonical amino acids (ncAAs) are tools for altering the chemical and physical properties of proteins, providing a facile strategy not only to label proteins but also to engineer proteins with novel properties. My thesis research has focused on the development and applications of noncanonical amino acids in identifying, imaging, and engineering proteins for studying human diseases. Chapter 1 introduces the concept of ncAAs and reveals insights to how I chose my thesis projects.

ncAAs have been incorporated to tag and enrich newly synthesized proteins for mass spectrometry through a method termed BONCAT, or bioorthogonal noncanonical amino acid tagging. Chapter 2 describes the investigation of the proteomic response of human breast cancer cells to induced expression of tumor suppressor microRNA miR-126 by combining BONCAT with another proteomic method, SILAC or stable isotope labeling by amino acids in cell culture. This proteomic analysis led to the discovery of a direct target of miR-126, shedding new light on its role in suppressing cancer metastasis.

In addition to mass spectrometry, ncAAs can also be utilized to fluorescently label proteins. Chapter 3 details the synthesis of a set of cell-permeant cyclooctyne probes and demonstration of selective labeling of newly synthesized proteins in live mammalian cells using azidohomoalanine. Similar to live cell imaging, the ability to selectively label a particular cell type within a mixed cell population is important to interrogating many biological systems, such as tumor microenvironments. By taking advantage of the metabolic differences between cancer and normal cells, Chapter 5 discusses efforts to develop selective labeling of cancer cells using a glutamine analogue.

Furthermore, Chapter 4 describes the first demonstration of global replacement at polar amino acid positions and its application in developing an alternative PEGylation strategy for therapeutic proteins. Polar amino acids typically occupy solvent-exposed positions on the protein surface, and incorporation of noncanonical amino acids at these positions should allow easier modification and cause less perturbation compared to replacements at the interior positions of proteins.

Designing conformational control of human tissue transglutaminase

Understanding the mechanisms of enzymes is crucial for our understanding of their role in biology and for designing methods to perturb or harness their activities for medical treatments, industrial processes, or biological engineering. One aspect of enzymes that makes them difficult to fully understand is that they are in constant motion, and these motions and the conformations adopted throughout these transitions often play a role in their function.

Traditionally, it has been difficult to isolate a protein in a particular conformation to determine what role each form plays in the reaction or biology of that enzyme. A new technology, computational protein design, makes the isolation of various conformations possible, and therefore is an extremely powerful tool in enabling a fuller understanding of the role a protein conformation plays in various biological processes.

One such protein that undergoes large structural shifts during different activities is human type II transglutaminase (TG2). TG2 is an enzyme that exists in two dramatically different conformational states: (1) an open, extended form, which is adopted upon the binding of calcium, and (2) a closed, compact form, which is adopted upon the binding of GTP or GDP. TG2 possess two separate active sites, each with a radically different activity. This open, calcium-bound form of TG2 is believed to act as a transglutaminse, where it catalyzes the formation of an isopeptide bond between the sidechain of a peptide-bound glutamine and a primary amine. The closed, GTP-bound conformation is believed to act as a GTPase. TG2 is also implicated in a variety of biological and pathological processes.

To better understand the effects of TG2’s conformations on its activities and pathological processes, we set out to design variants of TG2 isolated in either the closed or open conformations. We were able to design open-locked and closed-biased TG2 variants, and use these designs to unseat the current understanding of the activities and their concurrent conformations of TG2 and explore each conformation’s role in celiac disease models. This work also enabled us to help explain older confusing results in regards to this enzyme and its activities. The new model for TG2 activity has immense implications for our understanding of its functional capabilities in various environments, and for our ability to understand which conformations need to be inhibited in the design of new drugs for diseases in which TG2’s activities are believed to elicit pathological effects.

Efeito protetor da L-arginina e L-glutamina no pênis de ratos submetidos à irradiação pélvica

Os aminoácidos L-arginina e L-glutamina foram analisados como protetores dos tecidos erétil do pênis contra os danos induzidos pela radiação. Grupos de ratos Wistar foram tratadas com: nenhuma intervenção, radiação pélvica e sacrifício 7 (RAD7) ou 15 (RAD15) dias; e radiação pélvica, a suplementação diária com L-arginina (A) ou L-glutamina (G), e sacrifício 7 (RAD7 + A, RAD7 + G) ou 15 (RAD15 + A, RAD15 + G) dias após irradiação. componentes estruturais do corpo cavernoso (CC), túnica albugínea do corpo esponjoso (TAC), e urotélio do pênis foram analisados através de métodos estereológicos e imuno-histoquímico. Os resultados mostraram que, no CC, o tecido conjuntivo foi maior nos RAD15 (p <0,04), mas essa mudança foi parcialmente revertido em RAD15 + G (p <0,05) e RAD15 + A (p <0,04). A matriz fibrosa das trabéculas CC estava manchada de colágeno tipo I. Nos RAD15, a intensidade da marcação foi aumentada, enquanto que em RAD15 + G + A e RAD15 a coloração era semelhante à dos controles. Nenhuma alteração de coloração foram observadas nos grupos que foram sacrificados sete dias após a radiação. Cavernosa teor de fibras elásticas na RAD15 foi aumentada (p <0,004), e este foi impedido de RAD15 + A (p <0,004), mas não em RAD15 + G. No TAC, os aminoácidos protegidos (p <0,02) contra o aumento da radiação induzida em fibras elásticas, mas apenas em RAD15. Densidade das células do urotélio e espessura urothellial, foram reduzidos em RAD15 (p <0,004), mas houve efeitos protetores dos dois aminoácidos. Em conclusão, a radiação induzida por alterações nas estruturas penianas tendem a ser mais pronunciado 15 dias após a sessão de radiação. Tanto A e G têm efeitos protetores contra estas alterações, sendo o primeiro um pouco mais eficaz.

Efeitos da suplementação oral com L-arginina e L-glutamina sobre a próstata ventral de ratos submetidos à irradiação

O objetivo deste trabalho foi verificar o possível efeito protetor da L-glutamina e da L-arginina sobre a próstata ventral de ratos quando administradas por gavagem. Procurou-se simular as condições clinicas de pacientes submetidos à radioterapia pélvica tendo como órgão alvo outro órgão pélvico que não a próstata. Foram analisados os efeitos desta irradiação sobre a próstata considerando este órgão como normal. Foram utilizados ratos Wistar divididos em quatro grupos: Controle, animais não submetidos à irradiação (n= 10); Irradiado, submetidos à irradiação abdominal e sem suplementação adicional de aminoácido por 21 dias (n= 10); Irradiado + Lglutamina, submetidos à irradiação abdominal e com suplementação adicional de L- glutamina por 21 dias (n= 10); e Irradiado + L-arginina, submetidos à irradiação abdominal e com suplementação adicional de L- arginina por 21 dias (n= 9). Os grupos foram mantidos em condições padrão de laboratório durante todas as etapas do experimento. Os animais submetidos à irradiação abdominal receberam uma dose única de 1000 cGy no dia 8 da experimentação. A Lglutamina e a L-arginina foram dissolvidas em água destilada e administrada por gavagem através da agulha IC-810. As próstatas foram removidas e processadas para inclusão em parafina. Foram estudados os seguintes parâmetros: estrutura acinar (área dos ácinos e altura do epitélio) e colágeno analisados por métodos morfométricos e peso corporal. O ganho de peso nos grupos suplementados foi significativamente maior se comparado ao grupo irradiado. Houve redução da altura do epitélio no grupo irradiado quando comparado ao controle. A altura do epitélio no grupo suplementado com L-arginina foi significativamente maior do que nos grupos irradiado e suplementado com L-glutamina. Houve diminuição, de aproximadamente 18%, da área dos ácinos no grupo suplementado com L-glutamina. Já no grupo suplementado com Larginina o valor foi similar ao do controle. O efeito da L-glutamina sobre o parênquima prostático foi o de manter proporcionalmente o colágeno, preservando a integridade da matriz extracelular. No grupo suplementado com L-arginina, apesar da discreta redução na distribuição proporcional de colágeno este também manteve índices semelhantes ao do controle. A radiação abdominal promoveu algumas modificações estruturais na próstata ventral de ratos. Essas modificações podem ser parcialmente prevenidas pela suplementação oral com L-glutamina e de L-arginina.

Efetividade das dietas enriquecidas com imunonutrientes na redução de complicações e mortalidade em pacientes críticos: abordagem pela utilização de metanálise

Nutrientes específicos, denominados farmaconutrientes, demonstraram possuir a capacidade de modular a resposta imunológica e inflamatória de animais e seres humanos, em estudos clínicos e laboratoriais. Dentre os substratos conhecidos, os que têm maior relevância e ação imunomoduladora são a arginina, glutamina, ácido graxo n-3 e nucleotídeos. No entanto, revisões sistemáticas e meta-análises buscam consenso em relação aos vários e controversos resultados publicados sobre os possíveis benefícios da imunonutrição em pacientes críticos. Nossos objetivos foram avaliar a efetividade das dietas enriquecidas com Imunonutrientes na redução de complicações e mortalidade nos diferentes tipos de pacientes críticos. O presente estudo é uma revisão sistemática com metanálise onde foram inseridos ensaios clínicos randomizados avaliando o uso de nutrientes imunomoduladores em doente adulto de ambos os sexos, definido como crítico traumatizado, séptico, queimado ou cirúrgico; as dietas utilizadas deveriam conter um ou mais dos imunonutrientes, em qualquer dose, administradas por via enteral comparadas à dieta padrão pela mesma via em pelo menos um dos grupos de comparação. As bases de dados consultadas foram Pubmed e Cinhal, utilizando os termos: Immunonutrition, arginine, glutamine, n-3, nucleotides e criticall illness. De 206 artigos encontrados inicialmente, apenas 35 preencheram os critérios de elegibilidade estabelecidos. Destes 35 ensaios clínicos, 18 foram conduzidos em pacientes cirúrgicos, 6 em pacientes traumatizados, 5 em pacientes queimados, 5 em pacientes críticos em geral e 1 em pacientes sépticos. Para a população geral, não houve redução significativa do risco de morrer indicada pelo RR de 0,84 (IC de 0,68 a 1,05) e os queimados foram mais protegidos de morrer com RR de 0,25 (IC de 0,09 a 0,66); as complicações infecciosas foram reduzidas com RR de 0,56 (IC de 0,42 a 0,73); a incidência de sepse foi reduzida com RR de 0,45 (IC de 0,29 a 0,69), especialmente nos pacientes traumatizados com RR de 0,42 (IC de 0,26 a 0,68); a incidência de abscesso abdominal também foi reduzida com RR de 0,39 (IC de 0,21 a 0,72) e também de bacteremia com RR de 0,46 (IC de 0,31 a 0,66); o tempo de internação hospitalar diminuiu -3,9 dias (IC de -5,0 a -2,8). Para a população de pacientes cirúrgicos: o óbito não apresentou redução significativa do RR de 0,93 (IC de 0,44 a 1,95), as complicações infecciosas foram reduzidas com RR de 0,51 (IC de 0,41 a 0,63), o tempo de internação hospitalar foi reduzido - 3,41 dias (IC de -4,25 a -2,58) e o tempo de internação em UTI -1,72 dias (IC de -2,12 a -1,31). A utilização de dietas com nutrientes imunomoduladores não alterou a mortalidade em doentes críticos ou cirúrgicos. Indivíduos com mais de 60 anos são menos protegidos de morrer pela utilização de dietas com imunomoduladores. As complicações infecciosas são reduzidas em pacientes críticos com a utilização de imunonutrição, em especial a população de pacientes cirúrgicos. Dietas com mais de 10g/l de arginina protegem mais os pacientes críticos da incidência de complicações infecciosas. Pacientes traumatizados são protegidos da incidência de sepse pela utilização da imunonutrição. O tempo de internação hospitalar e o tempo de internação em UTI foram reduzidos em críticos e cirúrgicos com imunonutrição. A execução de ensaios clínicos explanatórios nos diferentes tipos de doentes críticos com um nutriente imunomodulador isolado, seguida de ensaios pragmáticos de acordo com os resultados dos anteriores, é um fato a ser considerado em futuras pesquisas.

Efeito da suplementação dietética com L-glutamina na sepse abdominal induzida em rato

Após o estímulo deflagrador de um trauma ou infecção, a liberação de citocinas na circulação sanguínea desempenha um importante papel efetor e também modulador da resposta imune sistêmica. Essas citocinas podem ser pró-inflamatórias, que estimulam a liberação de diversos tipos celulares e de outras citocinas, como fator de necrose tumoral-alfa (TNF-α), interleucina 1 (IL-1), IL-2, IL-6, IL-8, IL-12 e interferon-gama (INF-); ou citocinas com efeitos antiinflamatórios, que inibem o processo inflamatório, em parte pela redução da produção de diversas citocinas que regulam positivamente a resposta, minimizando o comprometimento orgânico resultante, como IL-4, IL-10, IL-13. A L-glutamina é o aminoácido mais abundante no organismo, com importante papel no metabolismo protéico. Sua ação trófica sobre a mucosa do intestino delgado é bastante conhecida, o que o torna componente essencial para a manutenção estrutural e funcional do intestino. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da suplementação dietética com L-glutamina na modulação da resposta inflamatória em animais submetidos a sepse abdominal induzida por ligadura e perfuração cecal. Foram utilizados 24 ratos Wistar machos adultos, com peso inicial entre 200 e 230 g, distribuídos em três grupos, cada um com oito animais, da seguinte forma: grupo I (controle) submetidos a operação simulada (laparotomia e manipulação de alças intestinais); grupo II submetidos a laparotomia, com indução de sepse abdominal; e grupo III receberam suplementação dietética com L-glutamina por sete dias e, após, foram submetidos a indução de sepse abdominal. Foram coletadas amostras sanguíneas de todos os animais antes (tempo 0) e duas e quatro horas (tempos 1 e 2) após a indução da sepse abdominal. Foram verificados o número de leucócitos, a dosagem da concentração plasmática de citocinas pró- e antiinflamatórias (INF-γ, IL-6 e IL-10) e análise microbiológica de líquido peritoneal. A glicemia apresentou aumento significativo em todos os grupos, comparando-os ao início e ao final do experimento (p<0,05). No que concerne à IL-10, observou-se aumento significativo nos animais do grupo III entre os tempos 0 e 2, e entre os tempos 1 e 2 (p=0,0331 e p=0,0155, respectivamente). Não se observou qualquer outra diferença ao serem analisadas as demais citocinas (IFN- e IL-6), em todos os grupos e em todos os momentos analisados. Nossos achados sugerem que a suplementação dietética com L-glutamina em animais submetidos à indução de sepse abdominal com modelo CLP parece potencializar a resposta antiinflamatória, aumentando a concentração plasmática de IL-10, enquanto as concentrações de INF-γ e IL-6 não apresentaram variação significativa.

Efeito radioprotetor da L-Glutamina na parede da bexiga de ratos submetidos à irradiação pélvica

A radioterapia é frequentemente utilizada no tratamento de tumores da próstata, porém durante esse procedimento a bexiga sadia usualmente sofre efeitos colaterais. Através do uso de um modelo animal para irradiação pélvica, avaliamos se a suplementação nutricional com L-glutamina poderia prevenir possíveis danos na parede da bexiga, especialmente em suas camadas mais superficiais. Ratos Wistar adultos machos com idade entre 3 e 4 meses foram separados em grupos de 8 animais: grupo controle que não recebeu a irradiação; grupos somente irradiados que foram mortos 7 (R7) e 15 dias (R15) após a irradiação (dose única de 10 Gy na região pélvico-abdominal); grupos irradiados e suplementados com L-glutamina (0,65g/kg de peso por dia), que foram mortos 7 (RG7) ou 15 após a irradiação. Células e vasos sanguíneos da lâmina própria, bem como o urotélio, foram avaliados com métodos histológicos. No urotélio foram feitas análises da altura e densidade nuclear e na lâmina própria densidade celular, densidade vascular e o número de mastócitos. Os resultados mostraram que em R7, a altura e densidade nuclear do urotélio e a densidade celular da lâmina própria não foram alterados significativamente. Entretanto a densidade dos vasos sanguíneos foi reduzida em 48% (p<0,05) e essa alteração foi evitada pela glutamina (p <0,02). No grupo R15, a densidade celular do epitélio aumentou em 35% (p<0,02). A densidade celular da lâmina própria não apresentou diferença estatística entre os grupos. Os mastócitos na lâmina própria foram reduzidos em R7 e R15. Apesar de ainda reduzidos em RG7 em RG15 houve aumento no número desse tipo celular o que sugere uma ação positiva da glutamina. Células α-actina positivas na lâmina própria formam uma camada suburotelial e foram identificadas como miofibroblastos. A espessura dessa camada aumentou em R7, mas foi semelhante ao controle em RG7, enquanto alterações em R15 e RG15 foram menos evidentes. Esses resultados mostraram que a utilização da L-glutamina antes e após a radioterapia deve ser considerada para uso humano na proteção da bexiga contra os efeitos da radiação.

水稻(Oryza sativa L. ssp japonica)幼苗根质膜蛋白质组分析

根质膜具有重要的生物学功能，它参与了根响应脱落酸（ABA）的一系列活动。尽管已经有很多有关ABA影响根的生长和发育的报道，但是在蛋白质组水平上研究参与ABA信号转导及相关活动的质膜蛋白质的报道还未见到。我们期望利用蛋白质组学技术平台研究外源ABA胁迫下水稻根质膜与ABA功能相关的蛋白质组的变化。 本论文通过双向电泳（2DE）结合质谱（MALDI-TOF MS 和 MALDI-TOF/TOF MS）分析的方法鉴定了102个质膜相关蛋白质。这些蛋白质功能涉及到跨膜运输（16.2%）、胁迫反应（14.3%）、物质运输（4.8%）、细胞骨架动态变化（5.7%）、细胞壁重建（3.8%）、碳代谢和能量循环（13.3%）、蛋白质代谢（14.3%）、信号转导（18.1%）和其他功能的蛋白质（4.8%），以及未知功能的蛋白质（2.9%）。其中大约30％的蛋白质以同工型的形式存在。在这些鉴定结果中，有10个斑点（代表10种蛋白质）已被报道为质膜特异的蛋白质;68个蛋白质斑点（代表58种蛋白质）是质膜相关蛋白质。其余54个蛋白质斑点（代表42种蛋白质）是首次在水稻根的质膜囊泡中被鉴定出来。 在ABA处理条件下，我们在2DE胶上发现了15个响应ABA调节的蛋白质斑点。9个上调的蛋白质斑点分别代表以下9种蛋白质：vacuolar proton-ATPase A subunit, vacuolar ATPase B subunit、patatin、 Salt-stress root protein RS1、谷氨酰氨合成酶（Glutamine synthetase，GS）、OSR40c1、H+-exporting ATPase （vacuolar ATPase E subunit）、甘油醛-3-磷酸脱氢酶I型（glyceraldehyde-3- phosphate dehydrogenase, type I，GADPH）和醛缩酶C-1（aldolase C-1）。6个下调的蛋白质斑点分别代表4种蛋白质：endosperm lumenal binding protein、remorin protein、富含脯氨酸蛋白质（glycine-rich protein，GRP）和蔗糖合成酶（sucrose synthase, SuSy）。其中，OSR40c1和endosperm lumenal binding protein与蛋白质合成相关，从它们与ABA的关系中可以看出，ABA可能抑制了细胞的蛋白质合成。而vacuolar proton-ATPase A subunit、vacuolar ATPase B subunit和 H+-exporting ATPase参与了细胞质pH的调控，ABA致使了细胞质pH的上升。甘油醛-3-磷酸脱氢酶I型、醛缩酶C-1和蔗糖合酶参与了细胞壁的生长发育，ABA的作用可能导致了细胞壁生长发育的延迟。ABA促使Patatin上升，其作用可能与质膜膜脂的降解有关。而ABA的刺激也使谷氨酰氨合成酶的表达显著上升，谷氨酰氨合成酶可以去除细胞内有害的游离NH+4。同时还有未知功能的富含脯氨酸蛋白质（glycine-rich protein，GRP）同样受到ABA的诱导，但具体的功能及其与ABA的关系还要进一步的实验证据。

不同防冻剂对兔胚胎干细胞慢速冷冻保存的影响

干细胞冷冻保存是干细胞研究和临床应用中的必需技术.为提高兔胚胎干细胞在慢速冻存过程中的保存效果,比较了二甲基亚砜(DMSO)和乙二醇(ethylene glycol,EG)对兔胚胎干细胞冷冻保护效果.对冷冻复苏后的细胞进行台盼蓝染色,并研究其胚胎干细胞分子特性,结果表明DMSO比EG具有更好的冷冻保护效果.再在以10% DMSO为基础的防冻液中添加膜稳定剂海藻糖(trehalose)或谷氨酰胺(glutamine),细胞冷冻复苏后结果显示,谷氨酰胺对兔胚胎干细胞有明显的冷冻保护作用,使细胞存活率从71%提高到83.7%.当谷氨酰胺浓度为0、5、10、20、40 mmol/L分别加入防冻液中后,20 mmol/L的谷氨酰胺具有最佳的冷冻保护效果.以上结果得出兔胚胎干细胞慢速冷冻的防冻液改进配方为:在胚胎干细胞培养液中添加10% DMSO+20 mmol/L谷氨酰胺.

Amino acid requirements for maturation of rhesus monkey (Macacca mulatta) oocytes in culture

This study evaluated the effects of different amino acid formulations on supporting meiotic and cytoplasmic maturation of rhesus monkey (Macacca mulatta) oocytes in vitro. Five hundred and forty-six cumulus-oocyte complexes (COCs) aspirated from unstimulated adult monkey follicles (greater than or equal to 1000 mum in diameter) were cultured in either modified Connaught Medical Research Laboratories 1066 medium (mCMRL-1066) or in one of eight chemically defined media (modified basic medium 5 supplemented with 5.5 mmol glucose l(-1), 0.003 mmol pantothenic acid l(-1) and different amino acid formulations) as below: (1) modified basic medium 5 (mBM5) containing no amino acid; (2) mBM5 + 0.2 mmol glutamine l(-1); (3) mBM5 + 11 amino acids from hamster embryo culture medium 6 (HECM-6) (11 AA); (4) mBM5 + Eagle's non-essential amino acids (NEA); (5) mBM5 + NEA + 0.2 mmol glutamine l(-1); (6) mBM5 + Eagle's essential amino acids (EA) without glutamine; (7) mBM5 + EA + 0.2 mmol glutamine l(-1); (8) mBM5 + Eagle's 20 amino acids (20 AA) + 0.2 mmol glutamine l(-1); and (9) mCMRL-1066 (control). All media contained FSH, LH, oestradiol and progesterone. After maturation, mature oocytes were subjected to the same fertilization and embryo culture procedures. COCs matured in treatment 5 had greater potential to progress to metaphase II (66%; P < 0.05) than did those in treatments 1 (37.3%), 2 (48.3%)f 3 (41%), 6 (41%) and 9 (43%). Oocytes matured in treatment 8 had the best morula (53%) and blastocyst (18%) developmental responses (P<0.05). The lowest (P<0.05) morula and blastocyst developmental responses were obtained from COCs matured in treatments 1 (0%) and 6 (8%). The other media supported intermediate embryonic development (range 11-38% of morula and blastocyst). These results indicate that the choice of amino acids affects the competence of oocyte maturation and that Eagle's 20 AA with 0.2 mmol glutamine l(-1) is more efficient than the other amino acid formulations for maturation of rhesus monkey oocytes.

Effect of amino acids on cryopreservation of cynomolgus monkey (Macaca fascicularis) sperm

The effects of three amino acids (proline, glutamine, and glycine) added to the freezing medium Tes-Tris-egg yolk (TTE) for cryopreservation of cynomolgus monkey (Macaca fascicularis) spermatozoa were studied. This is the first report on the effects of amino acids on nonhuman primate sperm cryopreservation. The addition of 5 mM proline, 10 mM glutamine, and 10 or 20 mM glycine each significantly improved post-thaw sperm motility and membrane and acrosome integrity compared with the control (TTE alone). However, a significant decrease in motility and membrane/acrosome integrity was observed when amino acid concentrations increased to 60 mM for proline and glutamine, and 80 mM for glycine. The results suggest that adding a limited amount of amino acids to the freezing media is beneficial for freezing cynomolgus monkey sperm.