Estudo do metabolismo mitocondrial e da resposta anti-apoptótica de células endoteliais humanas durante a evolução da infecção por taquizoítos de Toxoplasma gondii

A toxoplasmose é uma zoonose amplamente distribuída que afeta mais de um terço da população mundial e de grande importância na saúde pública. A maioria das infecções em humanos por Toxoplasma gondii é assintomática. A toxoplasmose é amplamente investigada visto que se apresenta como uma doença grave em pessoas imunodeprimidas (portadores da síndrome da imunodeficiência adquirida (SIDA), não tratados, indivíduos transplantados, paciente em tratamento quimioterápico ou em uso de drogas supressoras e gestantes). A toxoplasmose congênita frequentemente pode levar ao aborto espontâneo ou até mesmo resultar na formação de crianças com algum grau de atraso no desenvolvimento mental e/ou físicos, deste modo, a transmissão congênita pode ser muito mais importante do que se pensava, pois os parasitos encontrados na circulação sanguinea são capazes de infectar as células endoteliais dos vasos e os tecidos circunjacentes, podendo resultar no encistamento do T. gondii. Atualmente a toxoplasmose vem sendo investigada devido a sua associação a inúmeras outras doenças, assim, estudos sobre a evolução da infecção por T. gondii em diferentes tipos de células hospedeiras se fazem necessários para uma abordagem terapêutica adequada. Ao invadir a célula hospedeira o parasito possui a capacidade de recrutar as mitocôndrias promovendo mudanças na organização mitocondrial ao longo da progressão da infecção, garantindo um ambiente favorável a sua multiplicação. Diante disso, investigamos se o parasito possui a capacidade de interferir no metabolismo mitocondrial e na resposta apoptótica da célula endotelial. O presente trabalho teve como objetivo analisar o metabolismo mitocondrial através da respirometria de alta-resolução e da resposta apoptótica através do western blotting das células endoteliais da veia umbilical humana (HUVEC) infectadas por 2, 6 e 20 horas por taquizoítos de T. gondii. A respirometria de alta-resolução revelou que o parasito interfere no metabolismo energético da célula hospedeira. A análise do conteúdo de proteínas da família Bcl-2 por western blotting revelou maior estímulo apoptótico no tempo inicial de infecção, quando comparado aos demais tempos. Os resultados dos conteúdos de caspase 3, proteína efetora da apoptose, não demonstrou diferença nos tempos iniciais de infecção Entretanto, em tempos mais tardios, o conteúdo de caspase 3 mostrou-se significativamente aumentado quando comparado às HUVEC não infectadas. A dinâmica de replicação do parasito foi observada através do monitoramento pelo sistema Time-Lapse Nikon BioStation IMQ em tempo real das células infectadas por T.gondii. Portanto, nossos resultados sugerem que o protozoário ao recrutar as mitocôndrias da célula hospedeira interfere no metabolismo mitocondrial e na modulação da apoptose para garantir um ambiente favorável a sua multiplicação.

Detecção de anticorpos séricos produzidos contra as proteínas do bacteriófago 17 do Aggregatibacter actinomycetemcomitans.

Aggregatibacter actinomycetemcomitans (Aa) é uma bactéria associada à Periodontite Agressiva (PA). Ela invade tecidos moles, com ocorrência de lisogenia e bacteriófagos presentes em até 69% das subespécies. Estudos in vitro sugerem que a indução do bacteriófago (Aa17) ocorre numa co-cultura de Aa lisogênico com fibroblastos humanos. Se esta interação ocorre in vivo, com liberação do vírus, uma reação imunológica contra o Aa17 aconteceria. O objetivo deste estudo é constatar se anticorpos (AC) contra proteínas do Aa17 existem e estão associados à doença periodontal. Um objetivo adicional foi testar a resposta de AC contra os sorotipos do Aa. 52 indivíduos participaram: 31 com PA, 5 com Periodontite Crônica (PC) e 16 com Periodonto Saudável (PS). Soro foi coletado após a classificação clínica. As proteínas do Aa17 foram obtidas de preparações purificadas. As subespécies do Aa utilizadas para amostras de proteínas através de sonicação foram: 43717(American Tissue Culture Collection - ATCC) sorotipo A, 43718 (ATCC) sorotipo B, 33384 (ATCC) sorotipo C, IDH781 sorotipo D, NJ9500 sorotipo E and CU1000 sorotipo F. As proteínas foram separadas em géis de poliacrilamida e transferidas para membranas de nitrocelulose. As reações de Western-blotting ocorreram com o AC primário sendo o soro de cada indivíduo. Todas as membranas foram lidas pelo sistema Odyssey que captura sinais no AC secundário (antihumano). A resposta de AC contra ao menos uma proteína do Aa17, assim como pelo menos um sorotipo do Aa foi observado em todos, com exceção de dois indivíduos (com PS), participantes. Um indivíduo do grupo PC e três do PA tiveram resposta de AC contra alguns, mas não todos os sorotipos do Aa. A resposta de AC contra todos os sorotipos foi o achado mais comum nos grupos PA (28/31), PS (14/16) e PC (4/5). A resposta de AC contra o complexo de proteínas do Aa17 foi observado em 7 indivíduos com PA, 2 com PC e 6 com PS. A presença de AC contra qualquer proteína do Aa17 tem significância estatística (p= 0,044), assim como a resposta de AC contra o sorotipo C (p= 0,044). Reações intensas foram vistas quando o soro reagiu contra proteínas do sorotipo C; em alguns casos um sinal tão forte que cobriu a maioria da faixa. Essa resposta intensa esteve presente em 17, 3 e 1 dos indivíduos com PA, PC e PS e tem significância estatística entre os grupos PA e PS (p= 0,001). A resposta de AC contra uma proteína do Aa17 ou seu complexo foi observado em todos os grupos. Esse achado sugere que a indução in vitro do Aa17 poderia também ocorrer in vivo, embora não sendo necessariamente associada à periodontite. A resposta de AC contra vários sorotipos do Aa foi um achado comum e não associado com a doença. Entretanto, a presença e a intensidade da resposta de AC contra o sorotipo C está associada à PA.

Perfil dos peptídeos gastrointestinais na obesidade programada pelo desmame precoce e após a terapia anti-obesidade com cálcio

O desmame precoce (DP) leva ao desenvolvimento tardio de obesidade e de resistência insulínica (RI), sendo essas alterações prevenidas quando os animais são suplementados com cálcio. Sabe-se que os peptídeos gastrointestinais (GI) atuam na regulação do apetite e em diversos outros processos, podendo ter um papel relevante no desenvolvimento da obesidade e RI. Uma vez que os animais programados pelo DP são obesos e hiperfágicos, investigamos o perfil plasmático e tecidual de GLP-1, CCK e PYY (anorexígenos) de grelina (orexígena) e de seus receptores, assim como o efeito da dieta rica em cálcio sobre estes peptídeos a fim de identificar algum distúrbio no controle do apetite. Ao nascimento das proles, ratas lactantes Wistar foram separadas em: grupo DP (desmame precoce, n=20), filhotes cujas mães tiveram as mamas enfaixadas, impedindo o acesso da prole ao leite nos últimos 3 dias de lactação; e grupo C (controle, n=10), filhotes com livre acesso ao leite materno. Aos 120 dias, as proles DP foram subdivididas em: grupo DP, alimentado com ração comercial padrão, e grupo DPCa, alimentado com ração suplementada com cálcio (10g de carbonato de cálcio/Kg de ração). Os animais foram sacrificados aos 21 e 180 dias de vida. Quantificamos: GLP-1, CCK, PYY, grelina e citocinas (IL-6, TNF-α e IL-10) plasmáticas por ELISA; o conteúdo de grelina no estômago por ELISA e imunohistoquímica; o conteúdo de GLP-1 (intestino), GLP1-R (intestino, TA e ARC) e GHSR-1a (estômago e ARC) por Western blotting. Dados significativos quando p<0,05. Aos 21 dias, a prole DP apresentou aumento de GLP-1 no plasma (+168%) e GLP1-R no tecido adiposo (+72%), embora menor conteúdo de GLP-1 (-59%) e GLP1-R (-58%) no intestino. Não observamos alterações plasmáticas de grelina, CCK e PPY e no conteúdo de GHSR-1a no estômago aos 21 dias. Aos 180 dias, não verificamos diferença em nenhum dos peptídeos GI no plasma na prole DP. Porém, observamos menor conteúdo intestinal de GLP-1 tanto no grupo DP (-33%) quanto no DPCa (-32%), e uma tendência da grelina (+20%) e do GHSR-1a (+31%) a estarem elevados no estômago do grupo DP. Além de menor conteúdo de GLP1-R no tecido adiposo no grupo DP (-59%) e maior conteúdo de GLP1-R no intestino da prole DPCa (+62%). Não encontramos diferença entre os grupos na expressão de GLP1-R e GHSR-1a no ARC. O grupo DP apresentou ainda um perfil pró-inflamatório caracterizado por maior TNF-α e menor IL-10 no plasma. O DP alterou o perfil dos peptídeos GI a curto e longo prazos, o que pode ter colaborado para o desenvolvimento da obesidade, hiperfagia e RI neste modelo, uma vez que o GLP-1, único peptídeo alterado no período de imprinting, possui um possível papel adipogênico. A suplementação com cálcio foi capaz de reverter todas as alterações produzidas pelo DP. Evidenciamos, então, a importância do aleitamento materno na formação do comportamento alimentar e do balanço metabólico, bem como o papel da suplementação com cálcio no tratamento da obesidade e seus distúrbios associados, inclusive nas alterações do apetite.

Modulação redox da homeostase de células musculares lisas através de estimuladores do sistema NADPH oxidase

As doenças cardiovasculares representam a principal causa de morte nos países ocidentais. Dentre essas doenças, a aterosclerose é que mais se destaca, sendo caracterizada pelo acúmulo de células musculares lisas vasculares (CMLV). O efeito patológico das CMLV em resposta a diferentes estímulos pode acarretar em disfunções nestas células. É notável que a aterosclerose ocorra principalmente em vasos sinuosos onde ocorre um forte turbilhonamento do fluxo sanguíneo, que pode acarretar em hemólise e, consequentemente, acúmulo de heme livre. Além disso, no processo de aterogênese as moléculas de adesão, principalmente integrinas, são de crucial importância durante a resposta de CMLV. Nesse trabalho nosso objetivo inicial foi avaliar o efeito do heme livre nas funções de CMLV, bem como os mecanismos moleculares por trás desses efeitos. Em uma segunda parte, investigamos o envolvimento da integrina α1ß1 no efeito da Angiotensina II (Ang II) em CMLV. Nós observamos que o heme livre é capaz de induzir a proliferação e migração de CMLV via espécies reativas de oxigênio (ERO) provenientes da NADPHoxidase (NADPHox). Adicionalmente vimos que o heme ativa vias de sinalização redox-sensíveis relacionadas à proliferação celular, como MAPKinases e o fator de transcrição NFκB. Também observamos que há uma ligação entre a NADPHox e o sistema heme oxigenase (HO), uma vez que o heme induz a expressão de HO-1 e o pré-tratamento das CMLV com inibidores de HO levam ao aumento tanto o efeito proliferação quanto a indução de ERO promovidas pelo heme. Além disso, vimos que o efeito contra-regulatório promovido pela HO ocorre devido as metabolites do heme: biliverdina, bilirrubina e monóxido de carbono. Por último, quando bloqueamos tanto a NADPHox quanto o sistema HO o heme não teve efeito algum na proliferação de CMLV. Em um segundo estudo, observamos que o efeito da Ang II sobre a migração de CMLV foi inibido quando as células foram pré-tratadas com o ligante da integrina α1ß1, a desintegrina Obtustatina. A seguir observamos que o efeito da Ang II na ativação de FAK e na colocalização actina-ILK é dependente da integrina α1ß1, que possivelmente ativa PKCα, uma vez que vimos que a produção de ERO induzida por Ang II foi inibida pela Obtustatina. Vimos que a indução da expressão de ILK por Ang II em CMLV é dependente da integrina α1ß1 e também observamos que a Obtustatina inibibiu o desacoplamento de ILK da FAK, uma vez que a Obtustatina bloqueou a fosforilação de FAK induzida por Ang II (processo crucial para o desacoplamento da ILK). Nós também observamos que a Ang II induz, via integrina α1ß1, a fosforilação de AKT e a diminuição da expressão de p21, provavelmente via ILK. Corroborando estes dados, nós mostramos que o pré-tratamento com Obtustatina induziu um estacionamento na fase G0 e diminuição da proliferação de CMLV tratadas com Ang II. Portanto, mostramos nesse trabalho que o heme livre induz a ativação de CML via NADPHox, que é elegantemente contra-regulado pelo sistema HO. Além disso, sugerimos que a integrina α1ß1 pode ser um importante alvo molecular para o desenvolvimento de intervenções mais efetivas para a aterosclerose.

Papel do antioxidante (vitamina C) na modulação da pressão sanguínea em ratos espontaneamente hipertensos (SHR)

A hipertensão essencial humana, bem como a hipertensão desenvolvida em Ratos Espontaneamente Hipertensos (SHR), são caracterizadas pelo desenvolvimento de Pressão Arterial (PA) elevada na medida em que a idade avança, sem identificação da causa primária. Está bem estabelecido que este modelo animal apresenta estresse oxidativo (EOx) concomitante a hipertensão. O mecanismo pelo qual o antioxidante reduz a pressão não está claro, por essa razão, é necessário avaliar o comportamento destas enzimas envolvidas na homeostase da PA. Ratos Wistar-Kyoto (WKY) e SHR machos receberam ácido ascórbico, 200 mg / kg / dia por sonda orogástrica durante cinco semanas. A PA, a Hipertrofia Ventricular Esquerda (HVE), o Sistema Renina-Angiotensina (SRA), o Peptídeo Natriurético Atrial (ANP) e o EOx foram comparados entre os grupos por pletismografia, estereologia, microscopia confocal de varrimento a laser, microscopia eletrônica de transmissão, western blotting e análise do RT-qPCR. Os SHR tratados com ácido ascórbico reduziram a PA e a HVE. Além disso, as enzimas envolvidas na homeostase da PA, a renina e a Enzima Conversora de Angiotensina (ECA) normalizaram-se, bem como os Receptores tipo 1 de Angiotensina II (AT1). A grande quantidade de grânulos de ANP no grupo SHR foi reduzida pelo tratamento com ácido ascórbico. O balanço oxidativo foi restabelecido nos SHR tratados com este antioxidante. O EOx nos SHR eleva os níveis de renina e de PA. Estas espécies reativas de oxigênio podem ser envolvidas no mecanismo de sinalização para aumentar a expressão de ANP nos miócitos atriais. Estes dados também mostram que o tratamento com o antioxidante (vitamin C) reduz o EOx e normaliza a PA ao menos parcialmente pela redução de taxas de renina.

Avaliação do efeito do inibidor de histona deacetilase Panobinostat (LBH589) no metabolismo energético de células derivadas de câncer de pulmão

Os mecanismos de ação citotóxica do inibidor de histona deacetilase LBH589 foram investigados em associação com o quimioterápico cisplatina (CDDP) em duas linhagens derivadas de câncer de pulmão de não pequenas células (CPNPC). Os resultados foram analisados em relação ao tipo de morte celular associada às alterações em enzimas relacionadas ao metabolismo energético e a via glicolítica. Para realização do trabalho, foram utilizadas as linhagens tumorais A549 (selvagem para o gene de p53) e Calu-1 (nulo para o gene de p53) tratadas com LBH589 em combinação ou não com CDDP. Foram realizadas curvas de tempo e dose-resposta com as drogas isoladamente pelo ensaio de viabilidade celular (MTT) nas duas linhagens para a escolha das melhores condições para o nosso estudo. As condições dos tratamentos isolados com redução da viabilida celular menores que o IC50 de cada fármaco foram selecionados para realização dos tratamentos combinados. As avaliações de apoptose foram realizadas por citometria de fluxo pelo ensaio de Anexina V/PI, e com a marcação de proteínas por Western Blotting. As proteínas relacionadas a via glicolítica foram avaliadas por Western Blotting e a expressão de RNAm por qPCR. Os resultados demonstraram que o LBH589 combinado a CDDP foi capaz de induzir apoptose em 70% das células (Calu-1) e 54,9% (A549) no tempo de 24 horas, e 90% (calu-1) e 62,1% (A549) em 48 horas, independendo, portanto, do status da p53. Os níveis de expressão de enzimas relacionadas com o metabolismos energético também sofreram alterações nos tratamentos estudados. O LBH589 induziu aumento de cerca de 4x dos níveis de RNAm de HK isoformas I e II em ambas as linhagens. Houve também um aumento na expressão proteica das isoformas de HK I e II. Outras enzimas relacionadas a via glicolítica como PFKP, PKM2 e LDHA foram analisadas e apresentaram redução da expressão proteica, principalmente na presença do LBH589. A combinação da CDDP com LBH589 parece ser promissora para o tratamento de CPNPC induzindo apoptose através de alterações no metabolismo energético tumoral.

A Tenascina-C e a sinalização celular na diferenciação tubulogênica endotelial

A matriz extracelular (MEC) é capaz de modular a adesão celular, induzindo processos de sinalização celular. No estado de aderência intermediária, induzido por proteínas matricelulares, as células tendem a se diferenciar, migrar e proliferar. A tenascina-C é uma proteína matricelular amplamente secretada em gliomas que está envolvida na proliferação e angiogênese tumoral. A MEC de gliomas, possui elevada incorporação de tenascina-C (TN-C), uma glicoproteína matricelular desadesiva que compete com a glicoproteína adesiva fibronectina (FN), desestabilizando os contatos focais e induzindo proliferação celular em gliomas. Neste trabalho nós nos propusemos a investigar o papel da TN-C tumoral no fenótipo angiogênico de células endoteliais. Recentemente em um trabalho publicado pelo nosso grupo observamos que as células endoteliais semeadas sobre matrizes de glioma (U373 MG) aderem menos e são deficientes na capacidade de formar tubos quando comparadas com àquelas plaqueadas sobre MEC de HUVECs. No entanto, neste trabalho, reproduzimos este fenótipo semeando as células endoteliais em suportes de TN-C /FN miméticos da composição da matriz tumoral nativa. Por western blotting, observamos um aumento na fosforilação em treonina 638 da proteína PKCα, um possível sítio inibitório, e um aumento na ativação de PKCδ. O efeito antagônico na regulação dessas isoformas de PKC foi demonstrado quando usamos inibidores seletivos de PKC α e δ e um ativador de PKCα (PMA). Observamos que quando tratamos as HUVECs plaqueadas sobre MEC de U373 com PMA, resgatamos a capacidade dessas células de formar tubos, o pré-tratamento dessas HUVECs com inibidor de PKC δ (rotlerina) resgatou parcialmente a capacidade tubulogênica dessas células. O pré-tratamento das HUVECs que foram semeadas sobre MEC da HUVEC (que formam tubos normalmente) com um inibidor de PKC α (RO320432) levou a diminuição da capacidade tubulogênica. Além disso, esta matriz também induz ativação de ERK e AKT. Investigamos também se o bloqueio dos diferentes domínios da TN-C na matriz derivada de glioma poderia, de alguma forma, reverter o defeito angiogênico das células, propiciado pela interação com a matriz extracelular de gliomas. O pré-tratamento da matriz extracelular de glioma com anticorpos anti-TN-C (contra os domínios FNIII 1-3, 4-5 FNIII e N-terminal) resgatou parcialmente a capacidade das células endoteliais de formar tubos. Nossos dados sugerem que a indução do fenótipo vascular observado em muitos gliomas, com predomínio de vasos mal formados e sub-funcionais, pode ser parcialmente devido ao comprometido da sinalização mediada por PKCs em células endoteliais, bem como do aumento da ativação das vias de ERK e Akt.

Efeitos transgeracionais da restrição materna de vitamina D em camundongos: rim e metabolismo da glicose

A vitamina D, atualmente, é relacionada também ao metabolismo da glicose e o desenvolvimento de órgãos. Fêmeas de camundongos suíços (F0) foram alimentadas por uma das dietas experimentais: SC (dieta padrão) ou VitD- (dieta sem vitamina D). A prole de machos foi estudada nas idades: nascimento, 10 dias, desmame e seis meses, nas gerações F1 e F2. Avaliou-se a biometria [Massa Corporal (MC), Comprimento nasoanal (CNA) e Pressão Arterial (PA)], urina de 24 horas, glicemia e Teste Oral de Tolerância à Glicose (TOTG). Durante a eutanásia, o sangue foi coletado para análise bioquímica e os tecidos foram removidos para análise estereológica, morfométrica e Western blotting (WB). Não houve diferença de MC ao nascimento. Ao desmame, o grupo F2-VitD- teve maior MC que F2-SC (P=0,03) e aos seis meses, os grupos F1 e F2-VitD- tiveram MC mais elevada (P<0,05 vs SC). A PA foi crescente na prole VitD-, sendo maior em F1-VitD- (P=0,001). A glicemia e TOTG foram alterados somente na F1-VitD-, seguida de esteatose hepática (+99%), hipertrofia da ilhota pancreática (+40%) e elevação do triglicerídeo sanguíneo (P<0,01). O WB de fígado mostrou elevação de FAS (+18%, P<0,01), no grupo com esteatose. Curiosamente, embora a F2-VitD- tenha apresentado elevação de MC, somente o colesterol total fora alterado (P<0,05). Quanto à nefrogênese, houve 50% mais glomérulos imaturos em F1-VitD- que F1-SC (P<0,0001). Porém, na F2 houve aumento somente de 20% (P<0,001). Aos 10 dias, F1-VitD- teve 150% mais glomérulos imaturos e 25% mais glomérulos maduros que SC-F1 (P<0,0001). O WB de rim mostrou que a prole F1-VitD- apresentou maior expressão de renina, ao desmame e aos seis meses, enquanto que a expressão de podocina foi reduzida (P=0,0004). Não houve diferença na análise de WT1. A restrição materna em vitamina D altera a morfologia do pâncreas e fígado, com resistência à insulina, altera a expressão renal de importantes fatores, assim como retarda a maturação glomerular estendendo o período da nefrogênese, principalmente na geração F1.

Efeito da suplementação dietética com cálcio sobre a plasticidade ontogenética no modelo de superalimentação pós-natal

A obesidade está relacionada com o desenvolvimento da diabetes, estresse oxidativo, esteatose hepática, alteração da sensibilidade hormonal e redução da capacidade termogênica pelo tecido adiposo marrom (TAM). Na obesidade, alterações do sistema dopaminérgico mesocorticolímbico podem levar ao vício por alimentos palatáveis. Todas estas características contribuem para o baixo gasto energético e o alto consumo alimentar. Para estudar os efeitos em longo prazo da obesidade infantil, utilizamos o modelo de redução do tamanho da ninhada. Para induzir a superalimentação neonatal, o tamanho da ninhada foi reduzido para 3 filhotes machos de PN3 21 (grupo SL). O grupo controle permaneceu com 10 filhotes (grupo NL). Em PN120, o grupo SL foi dividido em: SL que recebeu ração controle e SL-Ca que recebeu dieta controle suplementada com 10g/kg de CaCO3. Os sacrifícios ocorreram em PN120 e PN180. Durante todo o período experimental, avaliamos o consumo alimentar e peso corporal. Em PN175, avaliamos a preferência alimentar dos animais por uma dieta rica em açúcar ou em lipídio. Avaliamos os hormônios por ELISA, RIA e quimioluminescência; o conteúdo proteico por Western blotting no fígado, tecido adiposo branco (TAB) e marrom (TAM), adrenal e regiões cerebrais; as atividades enzimáticas no soro e no fígado por cinética enzimática. Em PN21, PN120 e PN180, avaliamos in vivo a atividade simpática do TAM. Ao desmame, os ratos SL apresentaram maior estado pró-oxidativo no fígado e plasma e menor sensibilidade às catecolaminas no TAB. Na idade adulta, a suplementação é capaz de melhorar o estado pró-oxidativo no fígado e plasma, a sensibilidade à insulina e a microesteatose no fígado. Tanto a alteração de metabolismo/ação da vitamina D e do glicocorticóide no tecido adiposo como a menor capacidade termogênica do TAM contribuem para a maior adiposidade dos animais do grupo SL. A suplementação com cálcio corrigiu parte dessas alterações. A superalimentação pós-natal levou a redução da via dopaminérgica e a maior preferencia por gordura, enquanto a suplementação com cálcio normalizou esta via apenas a nível hipotalâmico e corrigiu a preferência alimentar. Nossos dados destacam o impacto benéfico da suplementação dietética com cálcio, que pode ter um papel nutricional promissor para auxiliar a perda de peso e minimizar os distúrbios relacionados a obesidade e a síndrome metabólica dos animais obesos que foram superalimentados na lactação.

野大豆贮藏蛋白的基因的克隆及早期发育的基因表达的研究

豆科植物是动物获取植物蛋白的主要来源之一。豆类种子储藏蛋白作为一种多基因家族的产物专一性地积累于种子的发育过程。植物遗传工程需要深入地了解基因的特异性表达及调控。种子储藏蛋白基因为这类研究提供了一个理想的研究系统。在我国生长着大量的野生豆科资源，许多优良性状被期望应用于将来的植物遗传工程研究．本文选择了一种富含种子储藏蛋白高达50%的野生大豆品种Glycine soja 79-34作为材料进行了以下的研究： 1、大豆7s储藏蛋白基因同源片段的克隆。 以原生质体作为初始材料游离大片段染色体DNA，原生质体经低渗处理而破裂，方法简便，得到的DNA分子量大且重复率高。大片段染色体DNA经EcoRI酶切后，用32P标记的大豆a'-亚基基因作为探针进行分子杂交，得同源片段的杂交带。其中分子量大约为6.3kb的同源片段被克隆到Puc9质粒中，通过x-gal/IPTG培养基及原位杂交初步筛选出5个克隆。进一步的Sourthern分子杂交确认了一个克隆包含7s储藏蛋白a'-亚基基因的同源片段。其详细的序列分析尚需进一步进行。 2、种子储藏蛋白基因在体细胞胚胎发生中的表达。 以授粉20天左右的幼胚作为外植体，在含有2mg/l 2,4,5-T的B5液体培养基中直接诱导愈伤组织，一个月内得到了均一的野生大豆悬浮培养体系。悬浮培养细胞转至含有0.5mg／l萘乙酸，O.1mg／l 2,4-D，0.5mg／l BA，0.5mg/l玉米素的B5液体培养基中，得到了处于不同发育阶段的体细胞胚。分别从体细胞胚及悬浮培养细胞中提取总RNA，以种子储藏蛋白基因为探针，RNA斑点杂交首先证明种子储藏蛋白基因在体细胞胚中转录水平上的表达，而在末分化的悬浮培养细胞中则检测不到．从处于不同发育时期（球形胚，心形胚，鱼雷形胚及带有分化子叶的胚）的体细胞中分别提取盐溶蛋白，用大豆储藏蛋白的兔抗血清做Western blotting分析，发现最早在球形胚中即能检测到种子储藏蛋白的积累，大大早于合子胚发育过程中种子储藏蛋白积累的时期．随着体细胞的发育，储藏蛋白的积累略有增加，但总体水平上不如合子胚发育中的明显。本研究从几个方面探讨了种子储藏蛋白基因在体细胞胚及合子胚发育过程中表达的相似性及差异，并对其产生差异的原因作出了推测。 3、果蝇同源转化基因在植物基因组中的检测及表达的探讨。 果蝇同源转化基因(Homeotic gene)被认为是早期胚胎发育过程中形态发生的开关基因。在动物界中已有80多个同源序列从不同进化水平的动物中分离出来，是一个非常保守而与发育密切相关的基因。本研究以果蝇同源转化基因为探针，分别在野生大豆及土豆的基因组中都检测到了该基因同源序列的存在。用野生大豆染色体DNA的多种内切酶片段做分子杂交分析发现至少有一个拷贝的基因同源性非常高。进一步关于该基因表达的研究发现，在未成熟胚及浸泡过夜的种子中都能检测到该基因的表达，但在休眠种子，萌发5天以上的种子及成熟叶片中未能检测到。该基因的表达只局限于早期发育，因而推测其功能有与动物界中的一般性。

植物细胞壁富含羟脯氨酸糖蛋白生化特性及基因克隆的研究

植物细胞壁富含羟脯氨酸糖蛋白生化特性及基因克隆的研究分成三部分： 第一部分，首先从胡萝卜愈伤组织的细胞壁中获得0.2M氯气钙可溶性蛋白质组分, 经10% TCA沉淀及羧甲基纤维素层析，分离得到一个伸展蛋白，并以SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳，氨基酸组成分析，分子电镜观察对所得的伸展蛋白进行了鉴定，结果表明，在胡萝卜愈伤组织中只存在一种伸展蛋白;SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳的考马斯蓝染色和PAS反应均为阳性，表明伸展蛋白除蛋白质组分还含有糖基;氨基酸组成分析表明，羟脯氨酸的克分子含量约占全部氨基酸的40%，丝氨酸的克分子含量约为羟脯氨酸的四分之一，含有大量的碱性和中性氨基酸，而只含有非常少量的酸性氨基酸，并且这些氨基酸克分子百分数也接近于胡萝卜富含羟脯氨酸糖蚤白基因推测出的克分子百分数。这些结果表明已经得到了一个电泳纯的伸展蛋白。伸展蛋白分子电镜观察证明它是一个棒状分子，长度为87纳米。 第二部分，用得到的伸展蛋白免疫家兔和大鼠，得到的抗体的免疫双扩散效价分别为1:2和1:1，用酶联免疫吸附分析测定的兔抗体效价为1:12，800，同时还建立了竞争性酶联免疫吸附分析测定伸展蛋白含量的标准曲线，线性范围为10-0.00001微克。利用得到的抗体对大豆下胚轴伸展蛋白的合成进行了研究。免疫荧光定位表明，大豆下胚轴表皮细胞及表皮下几层薄壁细胞有大量的荧光标记，并且这些荧光标记大部分分布在细胞质内。大豆下胚轴O.lM Tris-HCl pH7.4和0.2M氯化钙的提取物Western Blotting分析证明0.2M氯化钙提取物有与胡萝卜伸展蛋白电流性质相似的组分，并且这个组分在真菌诱导物处理的大豆下胚轴中的积累明显高于受伤处理的下胚轴。受伤和真菌诱导物处理大豆下胚轴中伸展蛋白积累的变化已经用Western Blotting分析和斑点酶联免疫吸附分析来观察，发现真菌诱导物处理的对灰斑病抗性的大豆下胚轴能够较快地积累伸展蛋白（24 - 48小时），而敏感品系的大豆下胚轴则合成伸展蛋白较晚（43-72小时）。在观察大豆下胚轴免疫荧光定位也发现类似的结果。对伸展蛋白基因的转录活性的初步研究认为抗性品系的大豆下胚轴同源mRNA转录可能早于24小时，而敏感品系大豆下胚轴同源mRNA转录可能在24小时后。以上结果认为大豆下胚轴含同源的mRNA和蛋白质组分，因此推测大豆基因组DNA有伸展蛋白基因。 第三部分，根据第二部分得到的结果，用已经得到的编码胡萝卜伸展蛋白的基因（克隆于pUC8质粒载体中）作探针，与大豆基因组DNA的EcoRI部分酶解片段杂交寻找大豆伸展蛋白基因，已经发现四个片段与探针DNA有同源性。它们的分子量分别约为23kb，8kb，5kb和2.8kb，并且23kb片段可能有更高的同源性。将23kb片段插入pUC9质粒载体上进行可隆，并用菌落原位杂交筛选获得5个克隆，对其中两个克隆用ECoRI酶解并进行分子杂交分析，重组质粒被EcoRI切成四个片段。2.8kb片段为pUC9栽体，2kb片段为与pDC5AI质粒伸展蛋白同源性较好的片段。对于23kb片段的重组质粒有待于进一步的分析。

运用减法杂交、差异筛选与信使RNA差别显示聚合酶链式反应克隆冬小麦春化相关基因

对于某些一年生或二年生高等植物，春化作用是诱导其成花的一个重要的环境因子。冬小麦春化进程中存在着一个核酸代谢的关键期，利用分子生物学技术分离特异表达的基因是研究春化诱导成花机理的一个突破口。 利用TRIzol试剂快速提取冬小麦燕大1817(Triticum aestivum L. cv Yanda 1817)未春化、春化4d、春化20d、5d脱春化的胚芽中的总RNA，去除污染的DNA后，将引物P_1(5'TTTTTTTTTTTCA3')、P_2(5'TTTTTTTTTTCC3')与10个碱基的随机引物OPF_1-OPF_(20)、OPG_1-OPG_(20)组成80个引物对，对不同来源的RNA进行差别显示，共显示了大约10,000种mRNA，结果发现了两个仅在春化20d这一关键期表达而在未春化、春化4d、5d脱春化时不表达的春化相关基因(VRG)VRG49与VRG54。Northern分析进一步表明这两个基因仅与春化20d的冬小麦RNA有杂交信号。将VRG49与VRG54亚克隆于pGEM-4Z载体上，利用T_7测序系统获得了VRG49和VRG54的DNA序列，它们的长度分别为307bp与169bp。 春化21d的冬小麦京冬1号(T. aestivum L. cv Jingdong No. 1)胚芽的mRNA在逆转酶作用下反转录成sscDNA杂交，将过量的未春化、脱春化的mRNA与sscDNA杂交，运用磁珠法分离出未杂交上的sscDNA，以特异的sscDNA为模板，用DNA聚合酷I合成了dscDNA。通过对dscDNA内部EcoRI位点的甲基化、末端补平、EcoRI接头的安装、连接进入λgt10载体的EcoRI位置，以及运用包装系统进行体外包装，建立了库容为4 * 10~6pfu的富集低温诱导的冬小麦cDNA噬菌体文库。用来源于未春化、春化21d、脱春化的冬小麦mRNA合成3种cDNA探针，对噬菌斑进行原位杂交，结果筛选出了3个春化相关基因(VRG)VRG79、VRG111和VRG231。Dot blotting与Northern分析表明VRG79仅在冬小麦春化关键期21d表达。运用PCR方法从λgt10DNA中扩增出VRG79片断并亚克隆于PUC18载体上，通过T_7测序系统获得了VGR79的序列，其包括349个碱基。 通过Internet将VRG49、VRG54、VRG79与GenBank、EMBL、DDBJ、PBD中的序列进行同源性分析，结果发现这些基因至少是在植物中新发现的基因，对这些基因推测的一些功能也进行了讨论。

花粉管通道遗传转化方法的新证据

将pBIN35S-mGFP4质粒转入受体菌DH5α中，扩繁后提取纯化质粒DNA，待棉花盛花期时，用花粉管通道转化方法将其注射到授粉24小时左右的子房中。在被检测的950个发育10～20天左右的幼胚中，发现七个幼胚在蓝光(460～490nm)激发下发出绿色荧光，而对照发出程度不同的红色荧光。将收获的“转化种子”浸泡萌发得到生长5～6天的黄化无菌苗，在200粒种子来源的无菌苗中，检出两棵转化植株。在紫外光照射灯下转化植株发出绿色荧光，其叶片和下胚轴横切面在蓝光激发下也与对照明显不同。PCR及Southern blotting结果均证实转化植株的真实性，从而为花粉管通道转化方法的可行性提供了直接可靠的细胞及分子生物学证据。 将GFPmut1质粒的gfp通过一端平接一端粘接后重组到pBI121的BamH1和Sal1限制性酶切位点从而代替GUS基因，然后将新的重组质粒用三亲交配法转入到LBA4404菌株中得到双元载体，用于棉花下胚轴切段的转化。结果表明，gfp象gus一样可作为报告基因用于农杆菌介导的棉花转化。在对筛选培养基上生长的“抗性愈伤”进一步进行报告基因检测时，只需手持紫外灯就可以检出GFP阳性愈伤，大大减少了工作量和试验费用。 另外，在进行农杆菌转化前的棉花卡那霉素敏感性实验中发现，卡那霉素对棉花下胚轴的愈伤组织形成和增殖均有明显的抑制作用，随其浓度的增加，愈伤组织形成的频率降低，增殖的倍数减小;当浓度增加到100mg/L时，愈伤组织严重褐化，其正常生长受到完全抑制;下胚轴形态学上端切段较下端更易受卡那霉素的影响。

牛耳草光合作用的脱水保护和复苏机理

本文以复苏植物牛耳草成熟植株的离体叶片为实验材料，以光合作用、蔗糖、抗氧化剂系统和离子渗漏等在脱水复苏过程中的变化为切入点，从生理生化水平上探讨其耐脱水复苏的机制;同时应用mRNA差异显示技术，从分子水平上探讨其耐脱水复苏的机制。 牛耳草叶片光系统II光化学活性参数和叶黄素循环色素在脱水复苏过程中的变化结果表明，极微弱光强（3μmol.m-2.s-1）下，脱水8天的牛耳草叶片诱导了叶黄素循环，叶黄素循环可能介导了牛耳草叶片脱水过程中的光保护作用。 利用不同浓度的磷酸盐溶液处理牛耳草叶片的结果表明，0.1mol/L以上的磷酸盐溶液对牛耳草叶片具有损伤作用，极大的影响了其光系统II的光化学活性，使得牛耳草叶片在脱水后不能很好的复苏。 牛耳草叶片在脱水复苏过程中，抗坏血酸（AsA）、还原型谷胱甘肽（GSH）和蔗糖含量在脱水时很快增加，复苏时又迅速恢复到原来水平，表明它们可能对脱水的牛耳草叶片具有保护作用，但对复苏的牛耳草叶片可能不重要;其离子渗漏情况表明质膜结构的完整性和稳定性在脱水复苏过程中能得到很好的保持，这可能是其耐脱水复苏的重要机制之一。 利用mRNA差异显示技术分离到牛耳草叶片脱水过程中一些脱水和磷酸盐特异诱导表达的cDNA。对其中5个脱水特异诱导表达和3个磷酸盐特异诱导表达的cDNA进行克隆测序、同源性探测和Northern 杂交检测表明，牛耳草脱水过程中诱导表达的基因可能涉及到脱水胁迫的信号转导、调节基因的级联和结构基因产物调节细胞结构在脱水胁迫中的稳定性等。

固氮菌突变种DJ35钼铁蛋白和UW3细菌铁蛋白的纯化、特性、晶体生长及鉴定

一、棕色固氮菌突变种DJ35固氮酶钼铁蛋白的纯化、体外重组及结晶研究 　　棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii Lipmann)突变种DJ35的菌体破碎后，所得的未经加热的粗提物经DEAE Cellulose 52柱层析后得到部分纯的钼铁蛋白（ΔnifE Av1）和铁蛋白(Av2)。部分纯的ΔnifE Av1再经Sephacryl S-300和Q-Sepharose Fast Flow柱层析进一步纯化，便首次得到SDS凝胶电泳检测为基本纯的ΔnifE Av1。SDS-PAGE及Western blotting的结果表明，ΔnifE Av1具有与野生型棕色固氮菌钼铁蛋白(OP Av1)相同的亚基种类和组成（α2β2）。质子还原活性测定表明，在与Av2进行活性互补时ΔnifE Av1不具有明显的质子还原活性，而与从OP Av1抽提出的FeMoco抽提液保温后便可与Av2实现活性互补。这表明，ΔnifE Av1是一种缺失FeMoco的钼铁蛋白。 　　将ΔnifE Av1用过量的邻菲啰啉(o-phenanthroline)厌氧处理并经Sephadex G-25柱层析分离后，便得到部分丢失Fe的ΔnifE Av1©。在同时存在Av2和MgATP发生系统的条件下，ΔnifE Av1©, 而不是处理前的ΔnifE Av1，可为由KMnO4或Na2CrO4、高柠檬酸铁、Na2S、Na2S2O4 和二硫苏糖醇组成的含Mn或含Cr重组液(RS-Mn或RS-Cr)显著激活，但在缺少MgATP或Av2的条件下，RS-Mn和RS-Cr则不能激活ΔnifE Av1©。这就表明，RS-Mn和RS-Cr对ΔnifE Av1©的激活都需要邻菲啰啉的预处理及Av2和MgATP的同时存在。从分别缺失nifZ和nifB点突变的固氮菌突变种DJ194和UW45中纯化得到的钼铁蛋白，ΔnifZ Av1和NifB- Av1，经邻菲啰啉厌氧处理并经Sephadex G-25柱层析分离后，也分别得到部分丢失Fe的ΔnifZ Av1©和NifB- Av1©。与ΔnifE Av1©一样，这两种蛋白在Av2和MgATP同时存在时也可被RS-Cr和含Mo重组液（RS-Mo）明显激活。 　　为获得可供X-射线衍射的ΔnifE Av1的大单晶，对组成蛋白质沉淀剂的各种化合物的种类和浓度、缓冲液的pH值、结晶方法及蛋白样品的批次、浓度等结晶条件进行了大量优化研究。首次获得了ΔnifE Av1的深棕色短斜四棱柱晶体，并对其蛋白组成进行了鉴定。 二、铬铁蛋白中残存的棕色固氮菌细菌铁蛋白的晶体生长及鉴定 　　从无钼、无氨而含铬的固氮培养基中生长的棕色固氮菌突变种UW3中纯化得到了部分纯的CrFe蛋白。在试图培养CrFe蛋白大晶体时发现，棕色晶体和砖红色晶体可同时或单独出现。SDS-和厌氧天然-PAGE皆表明，棕色晶体主要由与Av1类似大小的亚基（~60 kD）组成，而砖红色晶体则主要由~20 kD亚基组成。Western-blotting表明只有~60 kD亚基可与OP Av1的抗体发生反应，而~20 kD亚基则无这种反应。在部分纯的CrFe蛋白中，~20 kD的蛋白含量远低于~60 kD蛋白的含量，表明由这种小亚基组成的蛋白只是CrFe蛋白中的一种污染蛋白。用3,5-二氨基苯甲酸染色的天然电泳表明，形成砖红色和棕色晶体的蛋白是迁移率不同的两种含铁蛋白。质谱分析表明，该晶体蛋白为棕色固氮菌的细菌铁蛋白（AvBF）。分辨率为2.34 Å的X-射线衍射结果也表明，砖红色晶体属于H3空间群，晶胞参数为a = 124.965 Å, b= 124.965 Å 和 c = 287.406 Å。首次完成的结构解析也表明，这种砖红色晶体确为24聚体的AvBF。 关键词：棕色固氮菌突变种DJ35和UW3; ΔnifE Av1; 铬铁蛋白; 细菌铁蛋白; 纯化和特性; 体外激活组装; 晶体生长及组成鉴定