Balanced branching in transcription termination

The theory of stochastic transcription termination based on free-energy competition [von Hippel, P. H. & Yager, T. D. (1992) Science 255, 809–812 and von Hippel, P. H. & Yager, T. D. (1991) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88, 2307–2311] requires two or more reaction rates to be delicately balanced over a wide range of physical conditions. A large body of work on glasses and large molecules suggests that this balancing should be impossible in such a large system in the absence of a new organizing principle of matter. We review the experimental literature of termination and find no evidence for such a principle, but do find many troubling inconsistencies, most notably, anomalous memory effects. These effects suggest that termination has a deterministic component and may conceivably not be stochastic at all. We find that a key experiment by Wilson and von Hippel [Wilson, K. S. & von Hippel, P. H. (1994) J. Mol. Biol. 244, 36–51] thought to demonstrate stochastic termination was an incorrectly analyzed regulatory effect of Mg2+ binding.

Nuclear Factor-κB (NF-κB) Regulates Proliferation and Branching in Mouse Mammary Epithelium

The nuclear factor-κB (NF-κB) family of transcription factors has been shown to regulate proliferation in several cell types. Although recent studies have demonstrated aberrant expression or activity of NF-κB in human breast cancer cell lines and tumors, little is known regarding the precise role of NF-κB in normal proliferation and development of the mammary epithelium. We investigated the function of NF-κB during murine early postnatal mammary gland development by observing the consequences of increased NF-κB activity in mouse mammary epithelium lacking the gene encoding IκBα, a major inhibitor of NF-κB. Mammary tissue containing epithelium from inhibitor κBα (IκBα)-deficient female donors was transplanted into the gland-free mammary stroma of wild-type mice, resulting in an increase in lateral ductal branching and pervasive intraductal hyperplasia. A two- to threefold increase in epithelial cell number was observed in IκBα-deficient epithelium compared with controls. Epithelial cell proliferation was strikingly increased in IκBα-deficient epithelium, and no alteration in apoptosis was detected. The extracellular matrix adjacent to IκBα-deficient epithelium was reduced. Consistent with in vivo data, a fourfold increase in epithelial branching was also observed in purified IκBα-deficient primary epithelial cells in three-dimensional culture. These data demonstrate that NF-κB positively regulates mammary epithelial proliferation, branching, and functions in maintenance of normal epithelial architecture during early postnatal development.

The Two Genes Encoding Starch-Branching Enzymes IIa and IIb Are Differentially Expressed in Barley1

The sbeIIa and sbeIIb genes, encoding starch-branching enzyme (SBE) IIa and SBEIIb in barley (Hordeum vulgare L.), have been isolated. The 5′ portions of the two genes are strongly divergent, primarily due to the 2064-nucleotide-long intron 2 in sbeIIb. The sequence of this intron shows that it contains a retro-transposon-like element. Expression of sbeIIb but not sbeIIa was found to be endosperm specific. The temporal expression patterns for sbeIIa and sbeIIb were similar and peaked around 12 d after pollination. DNA gel-blot analysis demonstrated that sbeIIa and sbeIIb are both single-copy genes in the barley genome. By fluorescence in situ hybridization, the sbeIIa and sbeIIb genes were mapped to chromosomes 2 and 5, respectively. The cDNA clones for SBEIIa and SBEIIb were isolated and sequenced. The amino acid sequences of SBEIIa and SBEIIb were almost 80% identical. The major structural difference between the two enzymes was the presence of a 94-amino acid N-terminal extension in the SBEIIb precursor. The (β/α)8-barrel topology of the α-amylase superfamily and the catalytic residues implicated in branching enzymes are conserved in both barley enzymes.

Phosphorylated α(1→4)Glucans as Substrate for Potato Starch-Branching Enzyme I1

The possible involvement of potato (Solanum tuberosum L.) starch-branching enzyme I (PSBE-I) in the in vivo synthesis of phosphorylated amylopectin was investigated in in vitro experiments with isolated PSBE-I using 33P-labeled phosphorylated and 3H end-labeled nonphosphorylated α(1→4)glucans as the substrates. From these radiolabeled substrates PSBE-I was shown to catalyze the formation of dual-labeled (3H/33P) phosphorylated branched polysaccharides with an average degree of polymerization of 80 to 85. The relatively high molecular mass indicated that the product was the result of multiple chain-transfer reactions. The presence of α(1→6) branch points was documented by isoamylase treatment and anion-exchange chromatography. Although the initial steps of the in vivo mechanism responsible for phosphorylation of potato starch remains elusive, the present study demonstrates that the enzyme machinery available in potato has the ability to incorporate phosphorylated α(1→4)glucans into neutral polysaccharides in an interchain catalytic reaction. Potato mini tubers synthesized phosphorylated starch from exogenously supplied 33PO43− and [U-14C]Glc at rates 4 times higher than those previously obtained using tubers from fully grown potato plants. This system was more reproducible compared with soil-grown tubers and was therefore used for preparation of 33P-labeled phosphorylated α(1→4)glucan chains.

Transport of cytoskeletal elements in the squid giant axon.

In order to explore how cytoskeletal proteins are moved by axonal transport, we injected fluorescent microtubules and actin filaments as well as exogenous particulates into squid giant axons and observed their movements by confocal microscopy. The squid giant axon is large enough to allow even cytoskeletal assemblies to be injected without damaging the axon or its transport mechanisms. Negatively charged, 10- to 500-nm beads and large dextrans moved down the axon, whereas small (70 kDa) dextrans diffused in all directions and 1000-nm beads did not move. Only particles with negative charge were transported. Microtubules and actin filaments, which have net negative charges, made saltatory movements down the axon, resulting in a net rate approximating that previously shown for slow transport of cytoskeletal elements. The present observations suggest that particle size and charge determine which materials are transported down the axon.

Bombesin and [Leu8]phyllolitorin promote fetal mouse lung branching morphogenesis via a receptor-mediated mechanism.

Pulmonary neuroendocrine cells are localized predominantly at airway branchpoints. Previous work showed that gastrin-releasing peptide (GRP), a major pulmonary bombesin-like peptide, occurred in neuroendocrine cells exclusively in branching human fetal airways. We now demonstrate that GRP and GRP receptor genes are expressed in fetal mouse lung as early as embryonic day 12 (E12), when lung buds are beginning to branch. By in situ hybridization, GRP receptor transcripts were at highest levels in mesenchymal cells at cleft regions of branching airways and blood vessels. To explore the possibility that bombesin-like peptides might play a role in branching morphogenesis, E12 lung buds were cultured for 48 hr in serum-free medium. In the presence of 0.10-10 microM bombesin, branching was significantly augmented as compared with control cultures, with a peak of 94% above control values at 1 microM (P < 0.005). The bombesin receptor antagonist [Leu13- psi(CH2NH)Leu14]bombesin alone (100 nM) had no effect on baseline branching but completely abolished bombesin-induced branching. A bombesin-related peptide, [Leu8]phyllolitorin also increased branching (65% above control values at 10 nM, P < 0.005). [Leu8]Phyllolitorin also significantly augmented thymidine incorporation in cultured lung buds. Fibronectin, which is abundant at branchpoints, induces GRP gene expression in undifferentiated cell lines. These observations suggest that BLPs secreted by pulmonary neuroendocrine cells may contribute to lung branching morphogenesis. Furthermore, components of branchpoints may induce pulmonary neuroendocrine cell differentiation as part of a positive feedback loop, which could account in part for the high prevalence of these cells at branchpoints.

Differential tubulogenic and branching morphogenetic activities of growth factors: implications for epithelial tissue development.

At least two kidney epithelial cell lines, the Madin-Darby canine kidney (MDCK) and the murine inner medullary collecting duct line mIMCD-3, can be induced to form branching tubular structures when cultured with hepatocyte growth factor (HGF) plus serum in collagen I gels. In our studies, whereas MDCK cells remained unable to form tubules in the presence of serum alone, mIMCD-3 cells formed impressive branching tubular structures with apparent lumens, suggesting the existence of specific factors in serum that are tubulogenic for mIMCD-3 cells but not for MDCK cells. Since normal serum does not contain enough HGF to induce tubulogenesis, these factors appeared to be substances other than HGF. This was also suggested by another observation: when MDCK cells or mIMCD-3 cells were cocultured under serum-free conditions with the embryonic kidney, both cell types formed branching tubular structures similar to those induced by HGF; however, only in the case of MDCK cells could this be inhibited by neutralizing antibodies against HGF. Thus, the embryonic kidney produces growth factors other than HGF capable of inducing tubule formation in the mIMCD-3 cells. Of a number of growth factors examined, transforming growth factor alpha (TGF-alpha) and epidermal growth factor (EGF) were found to be tubulogenic for mIMCD-3 cells. Whereas only HGF was a potent tubulogenic factor for MDCK cells, HGF, TGF-alpha, and EGF were potent tubulogenic factors for mIMCD-3 cells. Nevertheless, there were marked differences in the capacity of these tubulogenic factors to induce tubulation as well as branching events in those tubules that did form (HGF >> TGF-alpha > EGF). Thus, at least three different growth factors can induce tubulogenesis and branching in a specific epithelial cell in vitro (though to different degrees), and different epithelial cells that are capable of forming branching tubular structures demonstrate vastly different responses to tubulogenic growth factors. The results are discussed in the context of branching morphogenesis during epithelial tissue development.

Rapid alteration of thalamocortical axon morphology follows peripheral damage in the neonatal rat.

The effect of day of birth (postnatal day 0; P0) infraorbital nerve section on the morphology of individual thalamocortical axons in rat somatosensory cortex was examined on P3. Thalamic fibers were labeled in fixed brains with the carbocyanine dye 1,1'-dioctadecyl-3,3,3',3'-tetramethylindocarbocyanine perchlorate, and individual photo-converted thalamocortical fibers were reconstructed. In normal animals on P3, axon arbor terminal formation within layer IV has commenced and terminal arbor width is comparable to that of a cortical "barrel." After infraorbital nerve section, the average width of thalamocortical terminal arbors is significantly greater than is the average arbor width of normal rats of the same age; however, neither the number of branches per terminal arbor nor total arbor length differs between groups. These observations suggest that the role of the periphery in guiding terminal arbor formation is exerted both very rapidly and at the level of the single thalamic axon. Further, these results indicate a close association between individual axon terminal arbor morphology and pattern formation in the rat somatosensory cortex.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

Pruning and branching methods for designing optimal networks by the branch-and-bound method

Includes bibliographical references.

Branching policies for the nation's financial system /

"Statement before the Subcommittee on Financial Institutions, United States Senate Committee on Banking, Housing, and Urban Affairs, presented on December 8, 1976, San Francisco, California."

FCG by a branching Cyathea subcaudata

At Mt. Makiling, Cuzon, Philippine Islands

Fertilization of branching Acropora

Acropora is one of the largest taxonomic groups of scleractinian corals in the Indo-Pacific and contributes towards the establishment of coral communities in the Ryukyu Islands. Branching Acropora populations have a component of asexual reproduction; however, this may lead to a decline in genetic diversity, leaving populations vulnerable to environmental changes. Therefore, a sufficient supply of larvae produced via sexual reproduction is necessary to maintain genetic diversity in the branching Acropora communities. Fertilization success in branching Acropora depends on a variety of factors, including genetic and environmental conditions. How genotype and/or genetic compatibility drives fertilization rates in Acropora communities under natural conditions has not been investigated. To investigate how genotype and/or genetic compatibility determine fertilization rates in Acropora communities over the long-term, cross-mating experiments with branching Acropora using the same colonies were conducted from 2006 to 2011 in an aquarium. Acropora from cultured and natural colonies collected from a reef (26° 40' 19.2'' N, 127° 52' 40.8'' E) were used. Fertilization rates showed less variation within the same crossing combinations, but large variation across years for the same genotypes of focal colonies. Results indicated that fertilization rate was highly variable depending on genotype compatibility with different mating partners. Additionally, simulations of fertilization rates with increasing population size revealed that small populations that had low genetic diversity (fewer than 10 genotypes) failed to fertilize. These results support the establishment or maintenance of source populations that facilitate sufficient genetic diversity of branching Acropora to enhance coral community restoration.

Chain scission and branching in irradiated poly(tetrafluoroethylene-co-hexafluoropropylene)

The radiation chemistry of poly(tetrafluoroethylene-co-hexafluoropropylene) (FEP) with a TFE mole fraction of 0.90 has been studied under vacuum using Co-60 gamma-radiation over a range of temperatures and absorbed doses. The radiolysis temperatures were 300, 363, 423, 523 and 543 K. New structure formation in the copolymers was analysed by solid-state F-19 NMR spectroscopy. The new structures formed in the copolymers have been identified and the G-values for the formation of new chemical structures have been investigated at 363 and 523 K. These two temperatures are just above and just below the polymer T-g and T-m, respectively. At the lower temperature, there was no evidence for any chain branching and an estimate of G(S) of 1.0 was obtained. A value of G(S) of 1.3 and a minimum value of G(X)(Y) of 1.3 were obtained at 523 K. (C) 2003 Society of Chemical Industry.