Implicit methods for qualitative modeling of gene regulatory networks.

Advancements in high-throughput technologies to measure increasingly complex biological phenomena at the genomic level are rapidly changing the face of biological research from the single-gene single-protein experimental approach to studying the behavior of a gene in the context of the entire genome (and proteome). This shift in research methodologies has resulted in a new field of network biology that deals with modeling cellular behavior in terms of network structures such as signaling pathways and gene regulatory networks. In these networks, different biological entities such as genes, proteins, and metabolites interact with each other, giving rise to a dynamical system. Even though there exists a mature field of dynamical systems theory to model such network structures, some technical challenges are unique to biology such as the inability to measure precise kinetic information on gene-gene or gene-protein interactions and the need to model increasingly large networks comprising thousands of nodes. These challenges have renewed interest in developing new computational techniques for modeling complex biological systems. This chapter presents a modeling framework based on Boolean algebra and finite-state machines that are reminiscent of the approach used for digital circuit synthesis and simulation in the field of very-large-scale integration (VLSI). The proposed formalism enables a common mathematical framework to develop computational techniques for modeling different aspects of the regulatory networks such as steady-state behavior, stochasticity, and gene perturbation experiments.

Synthesis of medium-chain-length polyhydroxyalkanoates in arabidopsis thaliana using intermediates of peroxisomal fatty acid beta-oxidation.

Polyhydroxyalkanoate (PHA) is a family of polymers composed primarily of R-3-hydroxyalkanoic acids. These polymers have properties of biodegradable thermoplastics and elastomers. Medium-chain-length PHAs (MCL-PHAs) are synthesized in bacteria by using intermediates of the beta-oxidation of alkanoic acids. To assess the feasibility of producing MCL-PHAs in plants, Arabidopsis thaliana was transformed with the PhaC1 synthase from Pseudomonas aeruginosa modified for peroxisome targeting by addition of the carboxyl 34 amino acids from the Brassica napus isocitrate lyase. Immunocytochemistry demonstrated that the modified PHA synthase was appropriately targeted to leaf-type peroxisomes in light-grown plants and glyoxysomes in dark-grown plants. Plants expressing the PHA synthase accumulated electron-lucent inclusions in the glyoxysomes and leaf-type peroxisomes, as well as in the vacuole. These inclusions were similar to bacterial PHA inclusions. Analysis of plant extracts by GC and mass spectrometry demonstrated the presence of MCL-PHA in transgenic plants to approximately 4 mg per g of dry weight. The plant PHA contained saturated and unsaturated 3-hydroxyalkanoic acids ranging from six to 16 carbons with 41% of the monomers being 3-hydroxyoctanoic acid and 3-hydroxyoctenoic acid. These results indicate that the beta-oxidation of plant fatty acids can generate a broad range of R-3-hydroxyacyl-CoA intermediates that can be used to synthesize MCL-PHAs.

PIDD orchestrates translesion DNA synthesis in response to UV irradiation.

PIDD has been implicated in survival and apoptotic pathways in response to DNA damage, and a role for PIDD was recently identified in non-homologous end-joining (NHEJ) repair induced by γ-irradiation. Here, we present an interaction of PIDD with PCNA, first identified in a proteomics screen. PCNA has essential functions in DNA replication and repair following UV irradiation. Translesion synthesis (TLS) is a process that prevents UV irradiation-induced replication blockage and is characterized by PCNA monoubiquitination and interaction with the TLS polymerase eta (polη). Both of these processes are inhibited by p21. We report that PIDD modulates p21-PCNA dissociation, and promotes PCNA monoubiquitination and interaction with polη in response to UV irradiation. Furthermore, PIDD deficiency leads to a defect in TLS that is associated, both in vitro and in vivo, with cellular sensitization to UV-induced apoptosis. Thus, PIDD performs key functions upon UV irradiation, including TLS, NHEJ, NF-κB activation and cell death.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

Evaluation of oral versus intravenous dose of vinorelbine to achieve equivalent blood exposures in patients with solid tumours.

Patient's preference is for oral chemotherapy when both oral and i.v. are available, provided that efficacy is equivalent. Reliable switch from oral to i.v. is possible if correspondence between respective doses has been established. Vinorelbine oral was developed as a line extension of VRL i.v. on the basis that similar AUCs result in similar activities. From a first crossover study on 24 patients receiving VRL 25 mg/m2 i.v. and 80 mg/m2 oral data extrapolation concluded on AUCs bioequivalence between Vinorelbine 30 mg/m2 i.v. and 80 mg/m2 oral. A new trial was performed to support this calculation. In a crossover design study on patients (PS 0-1) with advanced solid tumours (44% breast carcinoma), VRL was administered (30 mg/m2 i.v., 80 mg/m2 oral) with a standard meal and 5-HT3 antagonists, at 2 weeks interval. Pharmacokinetics was performed over 168 h and VRL was measured by LC-MS/MS. Statistics included bioequivalence tests. Forty-eight patients were evaluable for PK: median age 58 years (25-71), PS0/PS1: 20/28, M/F: 11/37. Mean AUCs were 1,230 +/- 290 and 1,216 +/- 521 ng/ml for i.v. and oral, respectively. The confidence interval of the AUC ratio (0.83-1.03) was within the required regulatory range (0.8-1.25) and proved the bioequivalence between the two doses. The absolute bioavailability was 37.8 +/- 16.0%, and close to the value from the first study (40%). Patient tolerability was globally comparable between both forms with no significant difference on either haematological or non-haematological toxicities (grade 3-4). This new study, conducted on a larger population, confirmed the reliable dose correspondence previously established between vinorelbine 80 mg/m2 oral and 30 mg/m2 i.v.

Highly inducible synthesis of heterologous proteins in epithelial cells carrying a glucocorticoid-responsive vector.

A glucocorticoid-responsive vector is described which allows for the highly inducible expression of complementary DNAs (cDNAs) in stably transfected mammalian cell lines. This vector, pLK-neo, composed of a variant mouse mammary tumor virus long terminal repeat promoter, containing a hormone regulatory element, a Geneticin resistance-encoding gene in a simian virus 40 transcription unit, and a polylinker insertion site for heterologous cDNAs, was used to express the polymeric immunoglobulin (poly-Ig) receptor and the thymocyte marker, Thy-1, in Madin-Darby canine kidney (MDCK) cells and in murine fibroblast L cells. A high level of poly-Ig receptor or Thy-1 mRNA accumulation was observed in MDCK cells in response to dexamethasone with a parallel ten- to 200-fold increase in protein synthesis depending on the recombinant protein and the transfected cell clone.

Is the absence of spiritual well-being at the facit-sp equivalent to spiritual distress in older patients?

Objective: Although initially developed to assess spiritual well-being,the FACIT-Sp is increasingly used to assess the other end of the spectrum,i.e. spiritual distress. This study intends to investigate whether theFACIT-Sp could really contribute to this aim in older patients. Method:Patients (N=135, 81.47.1 years, 68.3% women) aged 65 years and over,with MMSE score>19, admitted consecutively in post-acute rehabilitationwere enrolled. The FACIT-Sp (12 items, score 0 to 48, high spiritualwell-being defined as score_36) was administered and commentswere systematically retrieved. Results: Overall, 32(23.7%) patients hadhigh spiritual well-being. FACIT-Sp internal consistency was good(Cronbach's 0.85) and a confirmatory factorial analysis was consistentwith Meaning and Faith proposed subscales. Qualitative analysisshowed that negative answers (score=0) to "My illness has strengthenedmy faith or spiritual beliefs" (N=76/135) could equally reflect theabsence of impact (49/76, 64.5%) or a negative impact (religious struggle,27/76, 35.5%) of illness on faith. However, former patients had significantlyhigher FACIT-Sp scores than the latter (30.35.6 vs 20.97.9,P<.001). Similarly, among patients (N=73/135) with negative answers(score<3) to "I feel a sense of purpose in my life" those mentioning their"old age" to explain their answer (N=34/73, 46.6%) had higher FACITSpscores than those who did not (26.47.7 vs 22.58.1,P=.02). Conclusion:The FACIT-Sp identifies older people with high spiritual wellbeingbut could underestimate well-being in some older patients. Lowscores on some items could have very different meanings and interpretationof FACIT-Sp global scores below the usual cut-off should becautious.

Synthesis and characterization of a new class of anti-angiogenic agents based on ruthenium clusters.

New triruthenium-carbonyl clusters derivatized with glucose-modified bicyclophosphite ligands have been synthesized. These compounds were found to have cytostatic and cytotoxic activity and depending on the number of bicyclophosphite ligands, and could be tuned for either anti-cancer or specific anti-angiogenic activity. While some compounds had a broad cellular toxicity profile in several cell types others showed endothelial cell specific dose-dependent anti-proliferative and anti-migratory efficacy. A profound inhibition of angiogenesis was also observed in the in vivo chicken chorioallantoic membrane (CAM) model, and consequently, these new compounds have considerable potential in drug design, e.g. for the treatment of cancer.

Spatial and temporal dynamics of jasmonate synthesis and accumulation in Arabidopsis in response to wounding.

A new metabolite profiling approach combined with an ultrarapid sample preparation procedure was used to study the temporal and spatial dynamics of the wound-induced accumulation of jasmonic acid (JA) and its oxygenated derivatives in Arabidopsis thaliana. In addition to well known jasmonates, including hydroxyjasmonates (HOJAs), jasmonoyl-isoleucine (JA-Ile), and its 12-hydroxy derivative (12-HOJA-Ile), a new wound-induced dicarboxyjasmonate, 12-carboxyjasmonoyl-l-isoleucine (12-HOOCJA-Ile) was discovered. HOJAs and 12-HOOCJA-Ile were enriched in the midveins of wounded leaves, strongly differentiating them from the other jasmonate metabolites studied. The polarity of these oxylipins at physiological pH correlated with their appearance in midveins. When the time points of accumulation of different jasmonates were determined, JA levels were found to increase within 2-5 min of wounding. Remarkably, these changes occurred throughout the plant and were not restricted to wounded leaves. The speed of the stimulus leading to JA accumulation in leaves distal to a wound is at least 3 cm/min. The data give new insights into the spatial and temporal accumulation of jasmonates and have implications in the understanding of long-distance wound signaling in plants.

Synthesis of novel biomaterials in plants.

Metabolic engineering of plants allows the possibility of using crops for the synthesis of novel polymers having useful material properties. Strong and flexible protein-based polymers, which are based on the structure of silk and elastin have been synthesized in transgenic plants. A wide range of polyhydroxyalkanoates having properties ranging from stiff plastics to soft elastomers and glues have been synthesized in various compartments of plants, such as the cytoplasm, plastid and peroxisome. These plant biomaterials could replace, in part, the synthetic plastics, fibers and elastomers produced from petroleum, thus offering the advantage of renewability, sustainability and biodegradability.

tagO is involved in the synthesis of all anionic cell-wall polymers in Bacillus subtilis 168.

Sequence homologies suggest that the Bacillus subtilis 168 tagO gene encodes UDP-N-acetylglucosamine:undecaprenyl-P N-acetylglucosaminyl 1-P transferase, the enzyme responsible for catalysing the first step in the synthesis of the teichoic acid linkage unit, i.e. the formation of undecaprenyl-PP-N-acetylglucosamine. Inhibition of tagO expression mediated by an IPTG-inducible P(spac) promoter led to the development of a coccoid cell morphology, a feature characteristic of mutants blocked in teichoic acid synthesis. Indeed, analyses of the cell-wall phosphate content, as well as the incorporation of radioactively labelled precursors, revealed that the synthesis of poly(glycerol phosphate) and poly(glucosyl N-acetylgalactosamine 1-phosphate), the two strain 168 teichoic acids known to share the same linkage unit, was affected. Surprisingly, under phosphate limitation, deficiency of TagO precludes the synthesis of teichuronic acid, which is normally induced under these conditions. The regulatory region of tagO, containing two partly overlapping sigma(A)-controlled promoters, is similar to that of sigA, the gene encoding the major sigma factor responsible for growth. Here, the authors discuss the possibility that TagO may represent a pivotal element in the multi-enzyme complexes responsible for the synthesis of anionic cell-wall polymers, and that it may play one of the key roles in balanced cell growth.

Positive control of swarming, rhamnolipid synthesis, and lipase production by the posttranscriptional RsmA/RsmZ system in Pseudomonas aeruginosa PAO1.

In Pseudomonas aeruginosa, the small RNA-binding, regulatory protein RsmA is a negative control element in the formation of several extracellular products (e.g., pyocyanin, hydrogen cyanide, PA-IL lectin) as well as in the production of N-acylhomoserine lactone quorum-sensing signal molecules. RsmA was found to control positively the ability to swarm and to produce extracellular rhamnolipids and lipase, i.e., functions contributing to niche colonization by P. aeruginosa. An rsmA null mutant was entirely devoid of swarming but produced detectable amounts of rhamnolipids, suggesting that factors in addition to rhamnolipids influence the swarming ability of P. aeruginosa. A small regulatory RNA, rsmZ, which antagonized the effects of RsmA, was identified in P. aeruginosa. Expression of the rsmZ gene was dependent on both the global regulator GacA and RsmA, increased with cell density, and was subject to negative autoregulation. Overexpression of rsmZ and a null mutation in rsmA resulted in quantitatively similar, negative or positive effects on target genes, in agreement with a model that postulates titration of RsmA protein by RsmZ RNA.