Effects of a Delocalizable Cation on the Headgroup of Gemini Lipids on the Lipoplex-Type Nanoaggregates Directly Formed from Plasmid DNA

Lipoplex-type nanoaggregates prepared from pEGFP-C3 plasmid DNA (pDNA) and mixed liposomes, with a gemini cationic lipid (CL) 1,2-bis(hexadecyl imidazolium) alkanes], referred as (C(16)Im)(2)C-n (where C-n is the alkane spacer length, n = 2, 3, 5, or 12, between the imidazolium heads) and DOPE zwitterionic lipid, have been analyzed by zeta potential, gel electrophoresis, SAXS, cryo-TEM, fluorescence anisotropy, transfection efficiency, fluorescence confocal microscopy, and cell viability/cytotoxicity experiments to establish a structure-biological activity relationship. The study, carried out at several mixed liposome compositions, alpha, and effective charge ratios, rho(eff), of the lipoplex, demonstrates that the transfection of pDNA using CLs initially requires the determination of the effective charge of both. The electrochemical study confirms that CLs with a delocalizable positive charge in their headgroups yield an effective positive charge that is 90% of their expected nominal one, while pDNA is compacted yielding an effective negative charge which is only 10-25% than that of the linear DNA. SAXS diffractograms show that lipoplexes formed by CLs with shorter spacer (n = 2, 3, or 5) present three lamellar structures, two of them in coexistence, while those formed by CL with longest spacer (n = 12) present two additional inverted hexagonal structures. Cryo-TEM micrographs show nanoaggregates with two multilamellar structures, a cluster-type (at low alpha value) and a fingerprint-type, that coexist with the cluster-type at moderate alpha composition. The optimized transfection efficiency (TE) of pDNA, in HEK293T, HeLa, and H1299 cells was higher using lipoplexes containing gemini CLs with shorter spacers at low a value. Each lipid formulation did not show any significant levels of toxicity, the reported lipoplexes being adequate DNA vectors for gene therapy and considerably better than both Lipofectamine 2000 and CLs of the 1,2-bis(hexadecyl ammnoniun) alkane series, recently reported.

Strontium eluting graphene hybrid nanoparticles augment osteogenesis in a 3D tissue scaffold

The objective of this work was to prepare hybrid nanoparticles of graphene sheets decorated with strontium metallic nanoparticles and demonstrate their advantages in bone tissue engineering. Strontium-decorated reduced graphene oxide (RGO_Sr) hybrid nanoparticles were synthesized by the facile reduction of graphene oxide and strontium nitrate. X-ray diffraction, transmission electron microscopy, and atomic force microscopy revealed that the hybrid particles were composed of RGO sheets decorated with 200-300 nm metallic strontium particles. Thermal gravimetric analysis further confirmed the composition of the hybrid particles as 22 wt% of strontium. Macroporous tissue scaffolds were prepared by incorporating RGO_Sr particles in poly(epsilon-caprolactone) (PCL). The PCL/RGO_Sr scaffolds were found to elute strontium ions in aqueous medium. Osteoblast proliferation and differentiation was significantly higher in the PCL scaffolds containing the RGO_Sr particles in contrast to neat PCL and PCL/RGO scaffolds. The increased biological activity can be attributed to the release of strontium ions from the hybrid nanoparticles. This study demonstrates that composites prepared using hybrid nanoparticles that elute strontium ions can be used to prepare multifunctional scaffolds with good mechanical and osteoinductive properties. These findings have important implications for designing the next generation of biomaterials for use in tissue regeneration.

Expression of Bioactive Callithrix jacchus Follicle-Stimulating Hormone in Pichia pastoris

Callithrix jacchus (common marmoset) is a New World primate monkey, used as an animal model in biomedical research. Marmoset-specific follicle-stimulating hormone (FSH) preparation is required to improve superovulation protocols and to develop homologous FSH monitoring assays in these monkeys. In this study, we document the large-scale expression of recombinant marmoset FSH in methylotropic yeast, Pichia pastoris. The recombinant preparation was found to be immunologically active in Western blotting and radioimmunoassay. The preparation displayed receptor binding ability in radioreceptor assay. Based on the receptor binding ability, the yield of fermentation was estimated to be 7.2 mg/L. FSH-induced cAMP assay and estradiol assay revealed that the recombinant hormone is able to induce signal transduction. Both immunological and in vitro biological activity of marmoset FSH was found to be comparable to purified human pituitary FSH, which served as reference hormone for these assays. Thus, the study suggests that a Pichia expression system can be used for large-scale expression of bioactive recombinant marmoset FSH.

Delivery of small nucleic acids by conjugation to carbohydrates and lipids as novel research and therapeutic tools

399 p. : il., graf.

New strategies for the total synthesis of aza-propellane natural products

The propellane alkaloids comprise a large class of natural products that possess varying degrees of structural complexity and biological activity. The earliest of these to be isolated was acutumine, a chlorinated alkaloid that has been shown to exhibit selective T-cell cytotoxicity and antiamnesic properties. Alternatively, the hasubanan family of natural products has garnered considerable attention from the synthetic community in part due to its structural similarities to morphine. While these alkaloids have been the subject of numerous synthetic studies over the last forty years, very few enantioselective total syntheses have been reported to date.

As part of a research program directed towards the synthesis of various alkaloid natural products, we have developed a unified strategy for the preparation of the hasubanan and acutumine alkaloids. Specifically, a highly diastereoselective 1,2-addition of organometallic reagents to benzoquinone-derived tert-butanesulfinimines was established, which provides access to enantioenriched 4-aminocyclohexadienone products. This methodology enabled the enantioselective construction of functionalized dihydroindolones, which were found to undergo intramolecular Friedel-Crafts conjugate additions to furnish the propellane cores of several hasubanan alkaloids. As a result of these studies, the first enantioselective total syntheses of 8-demethoxyrunanine and cepharatines A, C, and D were accomplished in 9-11 steps from commercially available starting materials.

More recent efforts have focused on applying the sulfinimine methodology to the synthesis of a more structurally complex propellane alkaloid, acutumine. Extensive studies have determined that a properly functionalized dihydroindolone undergoes a photochemical [2+2] cycloaddition followed by a lactone fragmentation/Dieckmann cyclization to establish the carbocyclic framework of the natural product. The preparation of more appropriately oxidized propellane intermediates is currently under investigation, and is anticipated to facilitate our synthetic endeavors toward acutumine.

Studies toward the total synthesis of ritterazine B : the investigation of alkynylation reactions for use in the synthesis of the western fragment

The ritterazine and cephalostatin natural products have biological activities and structures that are interesting to synthetic organic chemists. These products have been found to exhibit significant cytotoxicity against P388 murine leukemia cells, and therefore have the potential to be used as anticancer drugs. The ritterazines and cephalostatins are steroidal dimers joined by a central pyrazine ring. Given that the steroid halves are unsymmetrical and highly oxygenated, there are several challenges in synthesizing these compounds in an organic laboratory.

Ritterazine B is the most potent derivative in the ritterazine family. Its biological activity is comparable to drugs that are being used to treat cancer today. For this reason, and the fact that there are no reported syntheses of ritterazine B to date, our lab set out to synthesize this natural product.

Herein, efforts toward the synthesis of the western fragment of ritterazine B are described. Two different routes are explored to access a common intermediate. An alkyne conjugate addition reaction was initially investigated due to the success of this key reaction in the synthesis of the eastern fragment. However, it has been found that a propargylation reaction has greater reactivity and yields, and has the potential to reduce the step count of the synthesis of the western fragment of ritterazine B.

Neocarzinostatin chromophore: structural, mechanistic, and synthetic studies

Neocarzinostatin chromophore 1 is the active component of the antitumor antibiotic neocarzinostatin (NCS). The chromophore reacts with thiols to form a highly strained cumulene-enyne species which rapidly rearranges to a biradical intermediate which can abstract hydrogen atoms from DNA, leading to strand cleavage. DNA damage is the proposed source of biological activity for NCS. The structure of the methyl thioglycolate monoadduct 2 of NCS chromophore, including the absolute stereochemistry, was determined by NMR studies. The presence of the cumulene-enyne intermediate and the rearrangement to a biradical were supported by data from low temperature NMR investigations. Also included are synthetic approaches to NCS chromophore model compounds based on intramolecular addition of an acetylide to an aldehyde.

Investigations on saprolegniosis. II. Study on the process of penetrations showing evidence of a proteolytic enzyme and histopathological aspects [Translation from: Riv.ital.Piscicolt.Ittiopatol. 11(4), 109-117, 1976]

The study of enzymatic activity is of great importance in the immunology of fungi. Indeed, knowledge of biological activity of antigenic structures is important for the elucidation of host-parasite relations as well as in the search for a taxonomic factor permitting differential diagnoses. The authors used Saprolegnia cultures to analyse soluble antigenic fractions arising from the mycelium of cultures of 4 species of Saprolegnia, which are found most frequently in the parasitic state on fish: S. parasitica, S. ferax, S. delica, S. diclina. The authors conclude that in the study of saprolegniasis, the enzymatic approach affords new elements for the examination of the etiology of fungi as well as an element of gravity concerning the biochemical modifications necessary to the change of saprophytism to parasitism.

Calcareous concretions in the Levriere (tributary of the Epte, secondary tributary of the Seine, Eure department) [Translation from: Bull.Ass.fr.Etud.Quaternaire 1973(2), 79-87, 1973]

From research carried, out on a section of the Levriere, concretions (granules, nodules, which were sometimes joined together) partly covering the river ”bottom” were observed. The authors propose to make besides a petrographic examination of the calcareous precipitations and to see if their origin is connected to a biological activity, or if it is purely a case of a physical-chemical precipitation. The hydrological background of the Levriere, a small river of the Normandy Vexin, is given and conditions of the formation of the concretions studied.

Prediction of Multi-Target Networks of Neuroprotective Compounds with Entropy Indices and Synthesis, Assay, and Theoretical Study of New Asymmetric 1,2-Rasagiline Carbamates

In a multi-target complex network, the links (L-ij) represent the interactions between the drug (d(i)) and the target (t(j)), characterized by different experimental measures (K-i, K-m, IC50, etc.) obtained in pharmacological assays under diverse boundary conditions (c(j)). In this work, we handle Shannon entropy measures for developing a model encompassing a multi-target network of neuroprotective/neurotoxic compounds reported in the CHEMBL database. The model predicts correctly >8300 experimental outcomes with Accuracy, Specificity, and Sensitivity above 80%-90% on training and external validation series. Indeed, the model can calculate different outcomes for >30 experimental measures in >400 different experimental protocolsin relation with >150 molecular and cellular targets on 11 different organisms (including human). Hereafter, we reported by the first time the synthesis, characterization, and experimental assays of a new series of chiral 1,2-rasagiline carbamate derivatives not reported in previous works. The experimental tests included: (1) assay in absence of neurotoxic agents; (2) in the presence of glutamate; and (3) in the presence of H2O2. Lastly, we used the new Assessing Links with Moving Averages (ALMA)-entropy model to predict possible outcomes for the new compounds in a high number of pharmacological tests not carried out experimentally.

RARRES3 suppresses breast cancer lung metastasis by regulating adhesion and differentiation

In estrogen receptor-negative breast cancer patients, metastatic relapse usually occurs in the lung and is responsible for the fatal outcome of the disease. Thus, a better understanding of the biology of metastasis is needed. In particular, biomarkers to identify patients that are at risk of lung metastasis could open the avenue for new therapeutic opportunities. Here we characterize the biological activity of RARRES3, a new metastasis suppressor gene whose reduced expression in the primary breast tumors identifies a subgroup of patients more likely to develop lung metastasis. We show that RARRES3 downregulation engages metastasis-initiating capabilities by facilitating adhesion of the tumor cells to the lung parenchyma. In addition, impaired tumor cell differentiation due to the loss of RARRES3 phospholipase A1/A2 activity also contributes to lung metastasis. Our results establish RARRES3 downregulation as a potential biomarker to identify patients at high risk of lung metastasis who might benefit from a differentiation treatment in the adjuvant programme.

Cultura de tecidos, análise fitoquímica e avaliação da atividade biológica de Arachis villosulicarpa Hoehne

O amendoim cultivado (Arachis hypogaea) possui várias substâncias com capacidade antioxidante que apresentam efeitos benéficos para a saúde humana. Entretanto, a produção dessas substâncias ainda não foi observada em outras espécies do gênero. O objetivo deste trabalho foi o estabelecimento de sistemas de cultura in vitro para Arachis villosulicarpa, visando o desenvolvimento de alternativas para a produção metabólitos especiais. Segmentos nodais, internodais e foliares foram excisados de plantas in vitro e inoculados em meio MS suplementado com BAP, ANA, PIC ou 2,4-D. Os explantes apresentaram respostas distintas de acordo com o regulador de crescimento utilizado. Na presença de PIC, foi observada a formação de calos friáveis levemente oxidados em todos os explantes. Por outro lado, quando cultivados na presença de BAP ou 2,4-D, os explantes apresentaram a formação de calos compactos, com formação de brotos em diferentes taxas. Na presença de ANA, segmentos nodais e internodais não apresentaram resposta, enquanto que segmentos foliares apresentaram a formação de raízes adventícias em todas as concentrações testadas. Neste trabalho foi realizado uma avaliação comparativa da produção de metabólitos especiais e da atividade biológica em extratos de calos oriundos de folíolos inoculados em BAP 8,8 M, plantas in vitro e plantas ex vitro . Nas análises por meio do HPTLC e do HPLC foi possível demonstrar a diferença na produção de algumas substâncias e indicar a presença de flavonóides e polifenóis nos materiais analisados. Além disso, a partir das atividades biológicas foi possível identificar tanto a atividade antioxidante quanto a não mutagênica dos extratos. Dessa forma, estudos visando à detecção de metabólitos especiais em A. villosulicarpa podem expandir o conhecimento sobre as possibilidades de utilização de espécies do gênero Arachis.

Emissão de CO2 do solo e sua correlação com a rizosfera de diferentes paisagens de áreas mineradas do município de Santo Antônio de Pádua-RJ

Objetivando avaliar o comportamento das emissões de CO2 do solo em áreas mineradas do município de Santo Antônio de Pádua-RJ e sua correlação com a rizosfera, este presente estudo utilizou uma câmara fechada com sensor de infravermelho em três diferentes paisagens, a saber: A-1 (área reflorestada há 10 anos), A-2 (área desmatada) e A-3 (área em processo de recuperação). Em cada área foi instalada três cilindros para efeitos de repetição. O monitoramento foi realizado durante os meses representativos de cada estação do ano de 2013, sendo a análise realizada durante dois dias consecutivos. Concomitantemente as coletas de CO2 foram realizadas coletas de dados de temperatura e umidade do solo, sendo também avaliadas informações pedológicas através das análises de granulometria, porosidade, pH, carbono orgânico e matéria orgânica. Informações meteorológicas e microclimatológicas também foram extraídas através de uma estação meteorológica automática e através de sensores portáteis. Os resultados permitem concluir que existe uma variação sazonal dos fluxos de CO2, havendo uma tendência de máximos de emissão durante o verão e de mínimas durante o inverno, sendo o outono e a primavera marcados por valores medianos. A correlação das áreas entre os dois dias monitoramento indicam que as emissões foram semelhantes ao da análise em dia anterior, apresentando uma correlação significativa a 5% para A-1 e A-2 e de 1% para A-3. A-1 e A-2 apresentaram emissões de CO2 mais homogêneas que A-3, havendo, entretanto, um maior fluxo de CO2 durante o verão para todas as áreas. Os dados de MOS, COS e pH demonstraram não haver uma correlação direta com as emissões de CO2. Os dados de porosidade e densidade, porém, apontam para uma possível correlação com as menores emissões de CO2 em A-3 devido a menor porosidade e maior densidade de seus solos. A temperatura do solo foi a variável que mais se correlacionou com as emissões de CO2, havendo um índice igual a r =0,68 para A-1 e de r =0,74 para A-2, sendo que em A-3 esta correlação não foi significativa. A temperatura do ar demonstrou uma correlação somente na área descampada de A-2. No que se refere à correlação da umidade do solo não houve correlações diretas significativas, sendo que somente houve uma correlação negativa (r=-0,50) significativa a 5% em A-3 com a umidade do ar. O diagnóstico ambiental das áreas de monitoramento revela que estas possuem baixos indicadores de qualidade, sendo afetados também pela escassez hídrica da região durante oito meses do ano. A-1 apresenta os melhores indicadores biológicos, químicos e microclimáticos, seguidos por A-2 e A-3 que apresentam diversas deficiências e problemas em termos de estrutura e atividade biológica dos solos. Neste estudo permite-se concluir que áreas próximas, porém com características distintas podem produzir diferentes padrões de emissão de CO2, dificultando, portanto, estimativas globais de emissão de CO2. Os elementos mais associados às emissões de CO2 parecem estar relacionados à temperatura do solo e do ar, umidade do ar e estrutura do solo, havendo, entretanto, outros fatores que podem estar indiretamente relacionados e que exercem diferentes influências de acordo com o ambiente analisado.

Influência da ck2 no processo de interação Leishmania donovani-macrófagos

O gênero Leishmania apresenta espécies capazes de desenvolver doenças de grande importância para a saúde pública, as leishmanioses, que apresentam prevalência mundial de 12 milhões de pessoas. Quando os parasitos entram em contato com o hospedeiro humano passam por um processo de metaciclogênese adquirindo capacidade de interagir com os macrófagos. Inúmeras atividades biológicas são desencadeadas pela ativação de sistemas de transdução de sinais, onde as proteínas cinases e fosfatases desempenham papel fundamental. A proteína cinase CK2 parece estar presente em todas as células eucarióticas (núcleo, citoplasma e superfície). É caracterizada como enzima serina/treonina cinase, embora também seja capaz de fosforilar resíduos de tirosina em suas proteínas-alvo. No presente trabalho, demonstramos que o principal inibidor da CK2, TBB, foi capaz de inibir o crescimento de formas promastigotas de L. donovani e mostrou um mecanismo de ação irreversível, entretanto não foi capaz de induzir apoptose nas formas promastigotas de L. donovani. O pré-tratamento dos parasitos e macrófagos, assim como a adição do TBB durante o processo de infecção induziram uma redução significativa no número de amastigotas por macrófagos possivelmente pelo mecanismo de morte celular programada demosntrada pela técnica do TUNEL. O tratamento de macrófagos com TBB não induziram o aumento de óxido nítrico. Ensaios de imunofluorescência demonstraram a presença de CK2α em promastigotas. Macrófagos não infectados demonstraram pouca marcação para CK2α. Após a interação, a enzima mostrou-se distribuída preferencialmente na periferia dos macrófagos. Os dados do trabalho sugerem que a CK2 é uma importante enzima para a atividade biológica da Leishmania donovani, tendo seu estudo importante relevância para a descoberta de novos alvos terapêuticos.

Controle de microrganismos filamentosos com a utilização de uma solução de peróxido de hidrogênio (H2O2).

O processo de lodos ativados consiste em um tratamento biológico amplamente utilizado nas estações de tratamento, para remoção de matéria orgânica, devido à qualidade do efluente ao final do processo. Essa remoção é realizada por microrganismos que atuam neste sistema como bactérias, protozoários, metazoários e organismos filamentosos, como fungos e bactérias, formadores de flocos biológicos. Para garantir a eficiência deste processo deve haver um equilíbrio da microbiota dentro do reator aeróbio e o controle do número de filamentosos, tendo em vista que seu excesso no sistema pode causar o intumescimento do lodo (bulking) interferindo na qualidade do efluente gerado. O presente estudo teve como objetivo testar a eficiência de uma solução de 0,001% de peróxido de hidrogênio (H2O2) no controle de microrganismos filamentosos em lodos provenientes de duas indústrias, farmacêutica e alimentícia, reduzindo assim os riscos relacionados à utilização desta substância em grandes volumes. Foram realizadas análises microscópicas do lodo para avaliação quantitativa e monitoramento da atividade biológica dos reatores, essa avaliação serviu como base para a análise qualitativa a partir do índice de Madoni (1994) gerando um Índice Biótico do Lodo (IBL). Foram realizados outros testes, como IVL e teste de respiração, sendo os resultados destes testes comparados a fim de avaliar a eficiência da solução de H2O2 e sua interferência no processo. A solução de H2O2 foi eficiente em ambos os experimentos, mostrando através dos testes de TCO e TCOe não haver interferência desta solução no metabolismo da microfauna; os resultados do IBL mostraram uma boa qualidade do lodo para ambos experimentos e a partir desta análise foi observado que a elevação de temperatura, acima de 30,0C, causa interferência no sistema levando a uma redução do IBL. Os resultados de IVL não demonstraram diferença entre os valores dos reatores controle e tratado, porém a avaliação do tamanho dos flocos e filamentos mostrou que o aumento na concentração da solução de H2O2 levou a um controle na quantidade de filamentosos nos reatores tratados que reduziram em tamanho e quantidade.