Association with coregulators is the major determinant governing peroxisome proliferator-activated receptor mobility in living cells.

The nucleus is an extremely dynamic compartment, and protein mobility represents a key factor in transcriptional regulation. We showed in a previous study that the diffusion of peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs), a family of nuclear receptors regulating major cellular and metabolic functions, is modulated by ligand binding. In this study, we combine fluorescence correlation spectroscopy, dual color fluorescence cross-correlation microscopy, and fluorescence resonance energy transfer to dissect the molecular mechanisms controlling PPAR mobility and transcriptional activity in living cells. First, we bring new evidence that in vivo a high percentage of PPARs and retinoid X receptors is associated even in the absence of ligand. Second, we demonstrate that coregulator recruitment (and not DNA binding) plays a crucial role in receptor mobility, suggesting that transcriptional complexes are formed prior to promoter binding. In addition, association with coactivators in the absence of a ligand in living cells, both through the N-terminal AB domain and the AF-2 function of the ligand binding domain, provides a molecular basis to explain PPAR constitutive activity.

Assignment strategies for large proteins by magic-angle spinning NMR: the 21-kDa disulfide-bond-forming enzyme DsbA.

We present strategies for chemical shift assignments of large proteins by magic-angle spinning solid-state NMR, using the 21-kDa disulfide-bond-forming enzyme DsbA as prototype. Previous studies have demonstrated that complete de novo assignments are possible for proteins up to approximately 17 kDa, and partial assignments have been performed for several larger proteins. Here we show that combinations of isotopic labeling strategies, high field correlation spectroscopy, and three-dimensional (3D) and four-dimensional (4D) backbone correlation experiments yield highly confident assignments for more than 90% of backbone resonances in DsbA. Samples were prepared as nanocrystalline precipitates by a dialysis procedure, resulting in heterogeneous linewidths below 0.2 ppm. Thus, high magnetic fields, selective decoupling pulse sequences, and sparse isotopic labeling all improved spectral resolution. Assignments by amino acid type were facilitated by particular combinations of pulse sequences and isotopic labeling; for example, transferred echo double resonance experiments enhanced sensitivity for Pro and Gly residues; [2-(13)C]glycerol labeling clarified Val, Ile, and Leu assignments; in-phase anti-phase correlation spectra enabled interpretation of otherwise crowded Glx/Asx side-chain regions; and 3D NCACX experiments on [2-(13)C]glycerol samples provided unique sets of aromatic (Phe, Tyr, and Trp) correlations. Together with high-sensitivity CANCOCA 4D experiments and CANCOCX 3D experiments, unambiguous backbone walks could be performed throughout the majority of the sequence. At 189 residues, DsbA represents the largest monomeric unit for which essentially complete solid-state NMR assignments have so far been achieved. These results will facilitate studies of nanocrystalline DsbA structure and dynamics and will enable analysis of its 41-kDa covalent complex with the membrane protein DsbB, for which we demonstrate a high-resolution two-dimensional (13)C-(13)C spectrum.

Physicochemical characterization of nebulized superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs)

Abstract Background: Aerosol-mediated delivery of nano-based therapeutics to the lung has emerged as a promising alternative for treatment and prevention of lung diseases. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) have attracted significant attention for such applications due to their biocompatibility and magnetic properties. However, information is lacking about the characteristics of nebulized SPIONs for use as a therapeutic aerosol. To address this need, we conducted a physicochemical characterization of nebulized Rienso, a SPION-based formulation for intravenous treatment of anemia. Methods: Four different concentrations of SPION suspensions were nebulized with a one-jet nebulizer. Particle size was measured in suspension by transmission electron microscopy (TEM), photon correlation spectroscopy (PCS), and nanoparticle tracking analysis (NTA), and in the aerosol by a scanning mobility particle sizer (SMPS). Results: The average particle size in suspension as measured by TEM, PCS, and NTA was 9±2 nm, 27±7 nm, and 56±10 nm, respectively. The particle size in suspension remained the same before and after the nebulization process. However, after aerosol collection in an impinger, the suspended particle size increased to 159±46 nm as measured by NTA. The aerosol particle concentration increased linearly with increasing suspension concentration, and the aerodynamic diameter remained relatively stable at around 75 nm as measured by SMPS. Conclusions: We demonstrated that the total number and particle size in the aerosol were modulated as a function of the initial concentration in the nebulizer. The data obtained mark the first known independent characterization of nebulized Rienso and, as such, provide critical information on the behavior of Rienso nanoparticles in an aerosol. The data obtained in this study add new knowledge to the existing body of literature on potential applications of SPION suspensions as inhaled aerosol therapeutics.

Espectroscopia de correlação bidimensional: fundamentos, aplicações e perspectivas

This paper presents the basic theory of generalized two-dimensional correlation spectroscopy. This method is applicable to various types of spectroscopy, including Infrared, Near Infrared and Raman Spectroscopy and it emphasizes spectral features not readily observable in conventional one-dimensional spectra. Some applications are cited, including work developed in Brazil.

Extracting Ramachandran torsional angle distributions from 2D NMR data using Tikhonov regularization /

Solid state nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy is a powerful technique for studying structural and dynamical properties of disordered and partially ordered materials, such as glasses, polymers, liquid crystals, and biological materials. In particular, twodimensional( 2D) NMR methods such as ^^C-^^C correlation spectroscopy under the magicangle- spinning (MAS) conditions have been used to measure structural constraints on the secondary structure of proteins and polypeptides. Amyloid fibrils implicated in a broad class of diseases such as Alzheimer's are known to contain a particular repeating structural motif, called a /5-sheet. However, the details of such structures are poorly understood, primarily because the structural constraints extracted from the 2D NMR data in the form of the so-called Ramachandran (backbone torsion) angle distributions, g{^,'4)), are strongly model-dependent. Inverse theory methods are used to extract Ramachandran angle distributions from a set of 2D MAS and constant-time double-quantum-filtered dipolar recoupling (CTDQFD) data. This is a vastly underdetermined problem, and the stability of the inverse mapping is problematic. Tikhonov regularization is a well-known method of improving the stability of the inverse; in this work it is extended to use a new regularization functional based on the Laplacian rather than on the norm of the function itself. In this way, one makes use of the inherently two-dimensional nature of the underlying Ramachandran maps. In addition, a modification of the existing numerical procedure is performed, as appropriate for an underdetermined inverse problem. Stability of the algorithm with respect to the signal-to-noise (S/N) ratio is examined using a simulated data set. The results show excellent convergence to the true angle distribution function g{(j),ii) for the S/N ratio above 100.

Quantifying diffusion in biofilms : from model hydrogels to living biofilms

Les biofilms sont des communautés de microorganismes incorporés dans une matrice exo-polymérique complexe. Ils sont reconnus pour jouer un rôle important comme barrière de diffusion dans les systèmes environnementaux et la santé humaine, donnant lieu à une résistance accrue aux antibiotiques et aux désinfectants. Comme le transfert de masse dans un biofilm est principalement dû à la diffusion moléculaire, il est primordial de comprendre les principaux paramètres influençant les flux de diffusion. Dans ce travail, nous avons étudié un biofilm de Pseudomonas fluorescens et deux hydrogels modèles (agarose et alginate) pour lesquels l’autodiffusion (mouvement Brownien) et les coefficients de diffusion mutuels ont été quantifiés. La spectroscopie par corrélation de fluorescence a été utilisée pour mesurer les coefficients d'autodiffusion dans une volume confocal de ca. 1 m3 dans les gels ou les biofilms, tandis que les mesures de diffusion mutuelle ont été faites par cellule de diffusion. En outre, la voltamétrie sur microélectrode a été utilisée pour évaluer le potentiel de Donnan des gels afin de déterminer son impact sur la diffusion. Pour l'hydrogel d'agarose, les observations combinées d'une diminution du coefficient d’autodiffusion et de l’augmentation de la diffusion mutuelle pour une force ionique décroissante ont été attribuées au potentiel de Donnan du gel. Des mesures de l'effet Donnan (différence de -30 mV entre des forces ioniques de 10-4 et 10-1 M) et l'accumulation correspondante d’ions dans l'hydrogel (augmentation d’un facteur de 13 par rapport à la solution) ont indiqué que les interactions électrostatiques peuvent fortement influencer le flux de diffusion de cations, même dans un hydrogel faiblement chargé tel que l'agarose. Curieusement, pour un gel plus chargé comme l'alginate de calcium, la variation de la force ionique et du pH n'a donné lieu qu'à de légères variations de la diffusion de sondes chargées dans l'hydrogel. Ces résultats suggèrent qu’en influençant la diffusion du soluté, l'effet direct des cations sur la structure du gel (compression et/ou gonflement induits) était beaucoup plus efficace que l'effet Donnan. De même, pour un biofilm bactérien, les coefficients d'autodiffusion étaient pratiquement constants sur toute une gamme de force ionique (10-4-10-1 M), aussi bien pour des petits solutés chargés négativement ou positivement (le rapport du coefficient d’autodiffusion dans biofilm sur celui dans la solution, Db/Dw ≈ 85 %) que pour des nanoparticules (Db/Dw≈ 50 %), suggérant que l'effet d'obstruction des biofilms l’emporte sur l'effet de charge. Les résultats de cette étude ont montré que parmi les divers facteurs majeurs qui affectent la diffusion dans un biofilm environnemental oligotrophe (exclusion stérique, interactions électrostatiques et hydrophobes), les effets d'obstruction semblent être les plus importants lorsque l'on tente de comprendre la diffusion du soluté. Alors que les effets de charge ne semblaient pas être importants pour l'autodiffusion de substrats chargés dans l'hydrogel d'alginate ou dans le biofilm bactérien, ils ont joué un rôle clé dans la compréhension de la diffusion à travers l’agarose. L’ensemble de ces résultats devraient être très utiles pour l'évaluation de la biodisponibilité des contaminants traces et des nanoparticules dans l'environnement.

Étude de l’effet d'agents potentiellement perturbateurs de la structure des biofilms sur la diffusion des macromolécules dans les biofilms de Streptococcus mutans : cas de l’EDTA et de l’aspirine

Le but de ce travail de mémoire était d'explorer des moyens pour augmenter la perméabilité des biofilms de Streptococcus mutans aux macromolécules en utilisant des agents potentiellement perturbateurs de la structure des biofilms. L’acide éthylènediamine tétraacétique (EDTA) ainsi que l’acide acétylsalicylique (aspirine) sont les agents perturbateurs choisis. Le changement de perméabilité des biofilms de S. mutans a été déterminé en mesurant les coefficients de diffusion globale du polyéthylène glycol (PEG) et de diffusion locale de dextrans. Les coefficients de diffusion globale ont été mesurés par spectroscopie infrarouge avec un échantillonnage par réflexion totale atténuée (ATR) alors que la spectroscopie par corrélation de fluorescence (SCF) a été utilisée pour la mesure des coefficients de diffusion locale. Les résultats ont démontré que l’incorporation de l’EDTA à une concentration de 7.5 (m/v) % dans la solution de diffusion permet d’améliorer les propriétés de transport du PEG dans les biofilms en augmentant sa pénétrabilité et son coefficient de diffusion globale. Par contre, aucune variation n’a été constatée dans la valeur du coefficient de diffusion locale de dextran fluorescent. Cette différence peut être expliquée, entre autres, par l'échelle des mesures et la nature différente des molécules diffusantes. L’aspirine n’a démontré aucun effet sur le transport du PEG à travers les biofilms de S. mutans. La pénétration accrue du PEG en présence de l’EDTA a été corrélée aux tests de viabilité des cellules bactériennes. En effet, la combinaison de la pénicilline G (PenG) avec l’EDTA 2 (m/v) % a eu comme effet l’augmentation du pouvoir biocide d’un facteur 3. De plus, les images de microscopie à épifluorescence et de microscopie confocale à balayage de laser ont démontré que les bactéries dans le cœur des microcolonies sont plus affectées par la PenG lorsque le milieu contient de l'EDTA. A la lumière des résultats obtenus, il s’avère que l’incorporation d'agents perturbateurs de la structure des biofilms est une option sérieuse à considérer dans l’éradication des biofilms microbiens. Plus d’études devront être effectuées afin d’investiguer l’effet d’autres molécules possédant les propriétés perturbatrices de la structure des biofilms sur la résistance de ces derniers aux agents antimicrobiens.

Caractérisation des nanoparticules polymériques par la technique d'ultracentrifugation analytique

L’utilisation de nanoparticules (NPs) dans divers domaines industriels est de plus en plus fréquente ce qui génère leur propagation dans l’environnement. Selon leur persistance, mobilité, bioaccumulation et toxicité, des risques inconnus pour la santé et pour des écosystèmes peuvent en résulter. En effet, la caractérisation et la quantification sont des défis analytiques très complexes en raison de la nature dynamique (petite taille, grande réactivité et instabilité) des nanomatériaux. L'objectif de cette étude est donc de caractériser par ultracentrifugation analytique (AUC) des nanoparticules polymériques (Allosperse® dites allosphères) qui sont destinées à des fins agricoles. Pour y parvenir, différentes NPs métalliques (argent, quantum dot), oxydes métalliques (dioxyde de titane, oxyde de zinc) et NPs de polystyrène ont d’abord été mesurés par AUC à l’aide des différents systèmes de détection (absorbance, fluorescence et interférence). Dans le cas des allosphères, un grand nombre d'essais préliminaires ont été réalisés afin d'optimiser la vitesse d'ultracentrifugation, le temps d'ultracentrifugation, le nombre de numérisations et la concentration de l'échantillon. Un protocole optimisé a été utilisé pour la détermination du diamètre hydrodynamique (dh) des NPs. Les différentes analyses qui ont été réalisées dans cette étude révèlent que l’AUC permet de déterminer la taille de très petites NPs. Par ailleurs, une étude du comportement de ces allosphères pour des pH entre 4-8, des forces ioniques de 0 à 500 mM, en présence ou absence de matière organique naturelle a été entreprise. Les travaux ont montré que le dH était d’environ 7,0 nm avec de petites augmentations à faible pH, ou à très grande force ionique ou dureté. Ces résultats indiquent la grande stabilité physique et chimique des allosphères qui auront, ainsi, une grande mobilité dans les sols. La diffusion de lumière dynamique et la spectroscopie de corrélation de fluorescence ont été utilisées afin de valider les résultats obtenus par l’AUC.

Agglomération et hétéroagglomération des nanoparticules d'argent en eaux douces

Les nanomatériaux sont une classe de contaminants qui est de plus en plus présent dans l’environnement. Leur impact sur l’environnement dépendra de leur persistance, mobilité, toxicité et bioaccumulation. Chacun de ces paramètres dépendra de leur comportement physicochimique dans les eaux naturelles (i.e. dissolution et agglomération). L’objectif de cette étude est de comprendre l’agglomération et l’hétéroagglomération des nanoparticules d’argent dans l’environnement. Deux différentes sortes de nanoparticules d’argent (nAg; avec enrobage de citrate et avec enrobage d’acide polyacrylique) de 5 nm de diamètre ont été marquées de manière covalente à l’aide d’un marqueur fluorescent et ont été mélangées avec des colloïdes d’oxyde de silice (SiO2) ou d’argile (montmorillonite). L’homo- et hétéroagglomération des nAg ont été étudiés dans des conditions représentatives d’eaux douces naturelles (pH 7,0; force ionique 10 7 à 10-1 M de Ca2+). Les tailles ont été mesurées par spectroscopie de corrélation par fluorescence (FCS) et les résultats ont été confirmés à l’aide de la microscopie en champ sombre avec imagerie hyperspectrale (HSI). Les résultats ont démontrés que les nanoparticules d’argent à enrobage d’acide polyacrylique sont extrêmement stables sous toutes les conditions imposées, incluant la présence d’autres colloïdes et à des forces ioniques très élevées tandis que les nanoparticules d’argent avec enrobage de citrate ont formées des hétéroagrégats en présence des deux particules colloïdales.

Fluorinated ionic surfactant microemulsions in hydrofluorocarbon 134a (HFC 134a)

The factors influencing the formation of water-in-134a-propellant microemulsions using the fluorinated ionic surfactants ammonium perfluorooctanoate, ammonium perfluoroheptanoate, and sodium perfluorooctanoate has been determined. None of the fluorinated ionic surfactants could be used to prepare clear, one-phase systems when used as sole surfactant, but they could be when combined with a short-chain fluoro- or hydrocarbon alcohol in surfactant:cosurfactant weight-mixing ratios (K(m)) in the range 1:2 to 2:1. When hydrocarbon alcohols were used this clear region extended over a wide range of compositions and was confirmed by means of photon correlation spectroscopy (PCS) to contain microemulsion droplets in the propellant-rich part of the phase diagram. PCS studies performed in the presence of the water-soluble drug terbutaline sulfate showed that it was possible to solubilize the drug within water-in-propellant microemulsion droplets. These studies confirm for the first time that it is possible to prepare water-in-propellant 134a microemulsions using fluorinated ionic surfactants and to solubilize water-soluble drugs within these systems.

Vesicles with charged domains

This work summarizes results obtained on membranes composed of the ternary mixture dioleoylphosphatidylglycerol (DOPG), egg sphingomyelin (eSM) and cholesterol (Chol). The membrane phase state as a function of composition is characterized from data collected with fluorescence microscopy on giant unilamellar vesicles. The results suggest that the presence of the charged DOPG significantly decreases the composition region of coexistence of liquid ordered and liquid disordered phases as compared to that in the ternary mixture of dioleoylphosphatidycholine, sphingomyelin and cholesterol. The addition of calcium chloride to DOPG:eSM:Chol vesicles, and to a lesser extent the addition of sodium chloride, leads to the stabilization of the two-phase coexistence region, which is expressed in an increase in the miscibility temperature. On the other hand, addition of the chelating agent EDTA has the opposite effect, suggesting that impurities of divalent cations in preparations of giant vesicles contribute to the stabilization of charged domains. We also explore the behavior of these membranes in the presence of extruded unilamellar vesicles made of the positively charged lipid dioleoyltrimethylammoniumpropane (DOTAP). The latter can induce domain formation in DOPG:eSM:Chol vesicles with initial composition in the one-phase region. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

FT-Raman investigation of biodegradable polymers: Poly(3-hydroxybutyrate) and poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)

This work presents a FT-Raman study (lambda(0) = 1064 nm) of naturally occurring polyester poly[(R)-3-hydroxybutyrate] (PHB) and its copolymer poly[(R)-3-hydroxybutyrate-co-(R)-3-hydroxyvalerate] (PHBV) with 5,8 and 12 mol % of HV (hydroxyvalerate). The FT-Raman spectra of films indicate that full width at half height of the band centered at 1725 cm(-1) and relative intensity of bands at 1443 and 1458 cm(-1) can be use to estimate the crystalline degree in film samples. The similarity between Raman spectra of molten PHB and PHBV and theirs CDCl(3) solutions suggested that molten polymers present similar conformation than polymers in solution. Raman data of these samples showed that bands at 1220, 1402, 1725, 2998 and 3009 cm(-1) are due to crystalline helical structure and the bands at 1453, 1740, 2881, 2938 and 2990 cm(-1) are originated from disordered domains. It is shown that composition of PHBV samples can be estimated by analyzing the ratio of the intensity of the bands at 2938 cm(-1) (nu C-H) and 1740 cm(-1) (nu C=O) in the spectra of solutions and of bands at 1354 (wCH(2)) and 1740 cm(-1) (nu C=O) in spectra of molten polymers. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Amphotericin B Microemulsion Reduces Toxicity and Maintains the Efficacy as an Antifungal Product

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Structural Properties Induced by the Composition of Biocompatible Phospholipid-Based Microemulsion and Amphotericin B Association

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Síntese e caracterização de poliacrilamidas modificadas para utilização na indústria do petróleo

Modified polyacrylamides with ≅ 0.2 mol % of N,N-dihexylacrylamide and hydrolysis degree from 0 to 25 % were synthesized by micellar copolymerization. The hydrophobic monomer was obtained by the reaction between acryloyl chloride and N,Ndihexylamine and characterized by infrared (IR) and proton nuclear magnetic resonance (1H NMR) spectroscopy. The polymer molecular structures were determined through 1H and 13C NMR spectroscopy and the polymers were studied in dilute and semi-dilute regimes by viscometry, rheometry, static light scattering and photon correlation spectroscopy, at the temperature range from 25 to 55 ºC. The data obtained by viscometry showed that the intrinsic viscosity from the hydrolyzed polymers is larger than the precursor polymers at the same ionic strength. The comparison between the charged polymers showed that the polymer with higher hydrolysis degree has a more compact structure in formation water (AFS). The increase of temperature led to an enhanced reduced viscosity to the polymers in Milli-Q water (AMQ), although, in brine, only the unhydrolyzed polymer had an increase in the reduced viscosity with the temperature, and the hydrolyzed derivatives had a decrease in the reduced viscosity. The static light scattering (SLS) analyses in salt solutions evidenced a decrease of weight-average molecular weight (⎯Mw) with the increase of the hydrolysis degree, due to the reduction of the thermodynamic interactions between polymer and solvent, which was evidenced by the decrease of the second virial coefficient (A2). The polymers showed more than one relaxation mode in solution, when analyzed by photon correlation spectroscopy, and these modes were attributed to isolated coils and aggregates of several sizes. The aggregation behavior depended strongly on the ionic strength, and also on the temperature, although in a lower extension. The polymers showed large aggregates in all studied conditions, however, their solutions did not displayed a good increase in water viscosity to be used in enhanced oil recovery (EOR) processes