The isolation and partial biochemical analysis of Sindbis virus proteins

Recently, the amino acid sequences have been reported for several proteins, including the envelope glycoproteins of Sindbis virus, which all probably span the plasma membrane with a common topology: a large N-terminal, extracellular portion, a short region buried in the bilayer, and a short C-terminal intracellular segment. The regions of these proteins buried in the bilayer correspond to portions of the protein sequences which contain a stretch of hydrophobic amino acids and which have other common characteristics, as discussed. Reasons are also described for uncertainty, in some proteins more than others, as to the precise location of some parts of the sequence relative to the membrane.

The signal hypothesis for the transmembrane translocation of proteins is briefly described and its general applicability is reviewed. There are many proteins whose translocation is accurately described by this hypothesis, but some proteins are translocated in a different manner.

The transmembraneous glycoproteins E1 and E2 of Sindbis virus, as well as the only other virion protein, the capsid protein, were purified in amounts sufficient for biochemical analysis using sensitive techniques. The amino acid composition of each protein was determined, and extensive N-terminal sequences were obtained for E1 and E2. By these techniques E1 and E2 are indistinguishable from most water soluble proteins, as they do not contain an obvious excess of hydrophobic amino acids in their N-terminal regions or in the intact molecule.

The capsid protein was found to be blocked, and so its N-terminus could not be sequenced by the usual methods. However, with the use of a special labeling technique, it was possible to incorporate tritiated acetate into the N-terminus of the protein with good specificity, which was useful in the purification of peptides from which the first amino acids in the N-terminal sequence could be identified.

Nanomole amounts of PE2, the intracellular precursor of E2, were purified by an immuno-affinity technique, and its N-terminus was analyzed. Together with other work, these results showed that PE2 is not synthesized with an N-terminal extension, and the signal sequence for translocation is probably the N-terminal amino acid sequence of the protein. This N-terminus was found to be 80-90% blocked, also by Nacetylation, and this acetylation did not affect its function as a signal sequence. The putative signal sequence was also found to contain a glycosylated asparagine residue, but the inhibition of this glycosylation did not lead to the cleavage of the sequence.

The intensity of photosynthesis in salt lakes of Crimea [Translation from: Informatsionnyi Byulleten Biologiya Vnutrennikh Vod No.37 26-29, 1978]

The purpose of this work was the study of phytoplankton production of the salt lakes of the Steppe region of Crimea, during the vegetative period of 1974. From May to October Sakskoe and Sasyk Lakes were examined, and from August to October - Moinakskoe Lake. The density of the salt water was measured and the intensity of photosynthesis was determined. From the data presented, it is apparent that the intensity of photosynthesis in Sakskoe and Sasyk Lakes, on average, is extremely high.

Part I. Synchronization of the cell division cycle of HeLa cells in suspension cultures. Part II. Studies on chromosomal proteins of HeLa cells during the cell division cycle

Part I

These studies investigate the potential of single and double treatments with either 5-fluorodeoxyuridine of excess thymidine to induce cell division synchrony in suspension cultures of HeLa cells. The patterns of nucleic acid synthesis and cell proliferation have been analyzed in cultures thus synchronized. Several changes in cell population during long incubation with 5-fluorodeoxyuridine or excess thymidine are also described. These results are subjected to detailed evaluation in terms of the degree and quality of synchrony finally achieved.

Part II

Histones and non-histone proteins associated with interphase and metaphase chromosomes of HeLa cells have been qualitatively and quantitatively analyzed. Histones were fractionated by chromatography on Amberlite CG-50 and further characterized by analytical disc electrophoresis and amino acid analysis of each chromatographic fraction. It is concluded that histones of HeLa cells are comprised of only a small number of major components and that these components are homologous to those of other higher organisms. Of all the histones, arginine-rich histone III alone contains cysteine and can polymerize through formation of intermolecular disulfide bridges between histone III monomers.

A detailed comparison by chromatography and disc electrophoresis established that interphase and metaphase histones are made up of similar components. However, certain quantitative differences in proportions of different histones of interphase and metaphase cells are reported. Indirect evidence indicates that a certain proportion of metaphase histone III is polymerized through intermolecular disulfide links, whereas interphase histone III occurs mainly in the monomeric form.

Metaphase chromosomes are associated with an additional acid-soluble protein fraction which is absent from interphase chromosomes. All of these additional acid-soluble proteins of metaphase chromosomes are shown to be non-histones and it is concluded that the histone/DNA ratio is identical in interphase and metaphase chromosomes. The bulk of acid-soluble non-histone proteins of metaphase chromosomes were found to be polymerized through disulfide bridges; corresponding interphase non-histone proteins displayed no evidence of similar polymerization.

The factors responsible for the condensed configuration and metabolic inactivity of metaphase chromosomes are discussed in light of these findings.

The relationship between histone and DNA synthesis in nondividing differentiated chicken erythrocyte cells and in rapidly dividing undifferentiated HeLa cells is also investigated. Of all the histones, only arginine-rich histones are synthesized in mature erythrocytes. Histone synthesis in HeLa cells was studied in both unsynchronized and synchronized cultures. In HeLa cells, only part of the synthesis of all histone fractions is dependent on concurrent DNA synthesis, whereas all histones are synthesized in varying degrees even in the absence of DNA synthesis.

Investigations of nonhistone chromosomal proteins

The major nonhistone chromosomal proteins (NHC proteins) are a group of 14-20 acidic proteins associated with DNA in eukaryotic chromatin. In comparisons by SDS gel electrophoresis (molecular weight sieving) one observes a high degree of homology among the NHC protein fractions of different tissues from a given species. Tissue-specific protein bands are also observed. The appearance of a new NHC protein, A, in the NHC proteins of rat liver stimulated to divide by partial hepatectomy and of rat ascites cells suggests that this protein may play a role in preparing the cell for division. The NHC proteins of the same tissue from different species are also very similar. Quantitative but not qualitative changes in the NHC proteins of rat uterus are observed on stimulation (in vivo) with estrogen. These observations suggest that the major NHC proteins play a general role in chromatin structure and the regulation of genome expression; several may be enzymes of nucleic acid and histone metabolism and/or structural proteins analogous to histones. One such enzyme, a protease which readily and preferentially degrades histones, can be extracted from chromatin with 0.7 N NaCl.

Although the NHC proteins readily aggregate, they can be separated from histone and fractionated by ion exchange chromatography on Sephadex SE C-25 resin in 10 M urea-25% formic acid (pH 2.5). Following further purification, four fractions of NHC protein are obtained; two of these are single purified proteins, and the other two contain 4-6 and 4-7 different proteins. These NHC proteins show a ratio of acidic to basic amino acids from 2.7 to 1.2 and isoelectric points from apparently less than 3.7 to 8.0. These isolated fractions appear more soluble and easier to work with than any whole NHC protein preparation.

Vegetation Effects on Fish Distribution in Impounded Salt Marshes

We compared the density and biomass of resident fish in vegetated and unvegetated flooded habitats of impounded salt marshes in the northern Indian River Lagoon (IRL) Estuary of east-central Florida. A 1-m2 throw trap was used to sample fish in randomly located, paired sample plots (n = 198 pairs) over 5 seasons in 7 impoundments. We collected a total of 15 fish taxa, and 88% of the fishes we identified from the samples belonged to three species: Cyprinodon variegatus (Sheepshead Minnow), Gambusia holbrooki (Eastern Mosquitofish), and Poecilia latipinna (Sailfin Molly). Vegetated habitat usually had higher density and biomass of fish. Mean fish density (and 95% confidence interval) for vegetated and unvegetated sites were 8.2 (6.7–9.9) and 2.0 (1.6–2.4) individuals m-2, respectively; mean biomass (and 95% confidence interval) for vegetated and unvegetated sites were 3.0 (2.5–3.7) and 1.1 (0.9–1.4) g m-2, respectively. We confirmed previous findings that impounded salt marshes of the northern IRL Estuary produce a high standing stock of resident fishes. Seasonal patterns of abundance were consistent with fish moving between vegetated and unvegetated habitat as water levels changed in the estuary. Differences in density, mean size, and species composition of resident fishes between vegetated and unvegetated habitats have important implications for movement of biomass and nutrients out of salt marsh by piscivores (e.g., wading birds and fishes) via a trophic relay.

Structural studies of the hipersaline adaptation of proteins belonging to halophilic archaea

183 p.

Análise proteômica comparativa dos componentes da superfície celular e do secretoma de Aspergillus fumigatus

Aspergillus fumigatus é o principal agente etiológico da aspergilose invasiva, infecção fúngica oportunista com altas taxas de mortalidade afetando, principalmente, pacientes com neutropenia profunda e prolongada. Durante o processo de invasão e disseminação características desta infecção sistêmica, os conídios do fungo inalados e não eliminados pelas células do sistema imune inato diferenciam-se em hifas que, por sua vez, são angioinvasivas. Pouco se conhece sobre as moléculas da parede celular envolvidas na patogênese do A. fumigatus e/ou secretadas por este patógeno. Neste contexto, este trabalho procura ampliar o entendimento desta doença através do estudo de proteínas diferencialmente expressas na superfície de A. fumigatus durante a morfogênese. Foi utilizada uma abordagem proteômica e foram estudados extratos de superfície de células de A. fumigatus em diferentes estágios durante o processo de filamentação. Estas células foram denominadas, de acordo com o tempo de cultivo e a morfologia, como: TG6h (tubo germinativo), H12h ou H72h (hifas). As proteínas de superfície celular foram extraídas, a partir de células intactas, por tratamento brando com o agente redutor DTT (ditiotreitol). Observou-se que o perfil funcional das proteínas expressas por H12h e H72h foi similar, com exceção de proteínas relacionadas à resposta ao estresse, enquanto o perfil para TG6h apresentou diferenças significativas para vários grupos funcionais de proteínas quando comparado às hifas. Desta forma, foram realizados experimentos de proteômica diferencial entre tubo germinativo (TG6h) e a hifa madura (H72h), pela técnica de DIGE (differential gel electrophoresis). Os resultados revelaram que entre as proteínas diferencialmente expressas, aquelas relacionadas às vias de biossíntese e outras denominadas multifuncionais encontraram-se superexpressas em TG6h. Em relação às proteínas de resposta a estresse, observou-se que algumas HSPs eram mais expressas neste morfotipo, enquanto a MnSOD, relativa à resposta ao estresse oxidativo, era mais abundante na hifa. Com exceção da PhiA, integrante da parede celular, as proteínas identificadas como diferencialmente expressas na superfície do A. fumigatus não possuem sinal para secreção identificável, enquadrando-se nas proteínas atípicas de superfície. Foi verificada a integridade da membrana celular após tratamento com DTT, bem como a marcação por biotina das proteínas extraídas, o que comprovou sua localização superficial na célula fúngica. Hipóteses de que estas proteínas sejam endereçadas à parede celular por via secretória alternativa sustentam estes dados. Estas evidências foram confirmadas pelo fato de não terem sido encontradas as mesmas proteínas da superfície na análise do secretoma do A. fumigatus. Além disso, todas as proteínas caracterizadas no secretoma apresentavam sinal de secreção determinado pelo FunSecKB (www.proteomics.ysu.edu/secretomes/fungi.php). A análise do secretoma foi realizada utilizando-se a cepa selvagem AF293 e a mutante ∆prtT, mutante para um fator de transcrição que atua na regulação da secreção de proteases. Os resultados revelam a ALP1 como expressa na cepa selvagem, assim como outras proteases importantes para virulência e desenvolvimento da célula fúngica, estando suprimidas quando o gene prtT foi deletado.

Estudo estrutural e funcional das proteínas ligadoras de ácidos graxos (FABP- Fatty Acid Binding Proteins) de Fasciola hepatica

As proteínas ligadoras de ácidos graxos (Fatty Acid Binding Proteins, FABPs) de parasitos têm um papel importante no processo de infecção por estes organismos. Por este motivo, estas proteínas são antígenos candidatos para vacina contra a infecção por Schistosoma mansoni e Fasciola hepatica. No presente trabalho foram caracterizadas FABPs de F. hepatica e comparadas com a proteína Sm14 de S. mansoni, a FABP de parasito melhor caracterizada, mediante análise de sequências e estruturas modeladas. Também foram clonadas, expressas e purificadas as FABPs tipo 1 e tipo 3 de F. hepatica. Os resultados do presente estudo indicam que a FABP tipo 3 de F. hepatica é relacionada estrutural, imunológica e funcionalmente com a Sm14, um candidato vacinal amplamente estudado. Devido à importância da Sm14 como alvo para o desenvolvimento de vacina para a esquistossomose, as características apresentadas pela FhFABP3 de F. hepatica apontam esta proteína como um candidato importante também para o desenvolvimento de uma vacina contra a fasciolose

Estudo do efeito do transplante de células mononucleares de medula óssea na bioenergética mitocondrial de ratos com fibrose hepática

A disfunção mitocondrial tem sido associada a várias doenças, incluindo a colestase hepática, caracterizada pela ativação de células de Kupffer e células fibrogênicas, as quais produzem matriz extracelular excessiva. O acúmulo de sais biliares tóxicos no parênquima hepático leva à lesão crônica com dano mitocondrial, redução da síntese de ATP, aumento de espécies reativas de oxigênio (ROS) e apoptose, resultando em comprometimento da função hepática. Trabalhos anteriores do nosso grupo mostraram o efeito positivo do transplante de células mononucleares da medula óssea (CMMO) na resolução da fibrose hepática e recuperação da função hepática em ratos com colestase, induzida pela ligadura de ducto biliar (LDB). Assim, o presente estudo teve como objetivo analisar a bioenergética mitocondrial após o transplante de CMMO no fígado de ratos com fibrose induzida por ligadura de ducto bilar (LDB). Ratos Wistar machos foram divididos em quatro grupos: animais normais, animais com fibrose hepática após 14 e 21 dias de LDB (F14d e F21d, respectivamente), e animais que após 14 dias de LDB receberam 1x107 CMMO, e foram eutanasiados sete dias após. Nossos dados demonstraram aumento do conteúdo de colágeno tipo I no grupo F21d em relação ao grupo normal, indicativo de fibrose, e sua diminuição após o transplante de CMMO. A análise da fisiologia mitocondrial do fígado mostrou diminuição significativa da taxa respiratória máxima estimulada por ADP (estado 3) nos grupos F14d e F21d, indicando redução da capacidade de oxidação de carboidratos e ácidos graxos. Além disso, a razão do controle respiratório (RCR), indicativa de acoplamento da fosforilação oxidativa com a produção de ATP, apresentou-se significativamente diminuída nos grupos F14d e F21d, sugerindo desacoplamento mitocondrial. No entanto, o transplante de CMMO aumentou significativamente nestes grupos tanto a capacidade oxidativa quanto o acoplamento mitocondrial a níveis semelhantes aos do grupo normal. Estes resultados foram confirmados por análise de western blotting, que mostrou aumento significativo no conteúdo de UCP2 e diminuição do conteúdo de PGC-1α no grupo F21d, com consequente restauração após o transplante de CMMO. Além disso, os resultados mostraram um aumento significativo do conteúdo de 4-HNE no grupo F14d com redução após o transplante CMMO. Assim, podemos concluir que o transplante de CMMO tem um efeito positivo sobre a bioenergética mitocondrial de fígados de ratos com colestase, com aumento da capacidade oxidativa e redução do estresse oxidativo, o que, por sua vez, contribui para a recuperação da função hepática.

Bioenergética mitocondrial do coração na obesidade induzida por dieta ocidental em camundongos Swiss

A obesidade, doença resultante do acúmulo excessivo de gordura corporal, é importante fator de risco para diabetes mellitus tipo 2, dislipidemias e doenças cardiovasculares, doenças de alta prevalência em todo o mundo. O processo de transição nutricional decorrente da globalização contribuiu para o crescente número de indivíduos com obesidade, principalmente pela modificação nos hábitos alimentares da população, com ampla inclusão de produtos industrializados ricos em gordura saturada, sal e açúcar, denominada dieta ocidental. Os mecanismos pelos quais a obesidade induzida por dieta leva ao desenvolvimento de doenças cardiovasculares ainda não estão completamente esclarecidos na literatura, porém sabe-se que a obesidade leva ao comprometimento da função cardíaca e do metabolismo energético, aumentando a morbidade e mortalidade. Em grande parte dos estudos relacionados à obesidade, o metabolismo energético celular comprometido associa-se à disfunção mitocondrial. Neste contexto, torna-se importante avaliar a função mitocondrial na obesidade, visto que as mitocôndrias são organelas com funções-chave no metabolismo energético. No presente estudo, avaliamos inicialmente o efeito obesogênico da dieta ocidental em camundongos Swiss por 16 semanas a partir do desmame. Para tal, analisamos a ingestão alimentar, evolução da massa corporal, Índice de Lee, peso das gorduras epididimal e retroperitoneal, peso e morfologia do fígado, relação entre o peso do fígado/massa corporal, peso do ventrículo esquerdo (VE)/massa corporal, glicemia de jejum e teste intraperitoneal de tolerância à glicose. Avaliamos também o consumo de oxigênio das fibras cardíacas através da respirometria de alta resolução. Além disso, o conteúdo das proteínas envolvidas no metabolismo energético: Carnitina Palmitoil Transferase 1 (CPT1), proteína desacopladora 2 (UCP2), Transportadores de glicose 1 e 4 (GLUT1 e GLUT4), proteína quinase ativada por AMP (AMPK), proteína quinase ativada por AMP fosforilada (pAMPK), receptor de insulina β (IRβ) e substrato do receptor de insulina 1 (IRS-1) foi determinado por western blotting. Nossos resultados confirmaram o caráter obesogênico da dieta ocidental, visto que os camundongos submetidos a esta dieta (GO), apresentaram-se hiperfágicos (P<0,001) e obesos (72,031,82, P<0,001), com aumento progressivo no ganho de massa corporal. Além do aumento significativo dos parâmetros: Índice de Lee (362,902,44, P<0,001), gorduras epididimal e retroperitonial (3,310,15 e 1,610,11, P<0,001), relação entre o peso do fígado/massa corporal (0,060,003, P<0,001) e peso de ventrículo esquerdo (VE)/massa corporal (0,080,002, P<0,01), hiperglicemia de jejum (192,1014,75, P<0,01), intolerância à glicose (P<0,05, P<0,01) e deposição ectópica de gordura no fígado. A respirometria de alta resolução evidenciou disfunção mitocondrial cardíaca no grupo GO, com reduzida capacidade de oxidação de carboidratos e ácidos graxos (P<0,001) e aumento do desacoplamento entre a fosforilação oxidativa e a síntese de ATP (P<0,001). Os resultados de western blotting evidenciaram aumento nos conteúdos de CPT1 (1,160,08, P<0,05) e UCP2 (1,080,06, P<0,05) e redução no conteúdo de IRS-1 (0,600,08, P<0,05). Não houve diferença significativa nos conteúdos de GLUT1, GLUT4, AMPK, pAMPK, pAMPK/AMPK e IRβ. Em conclusão, o consumo da dieta ocidental resultou no desenvolvimento de obesidade com disfunção mitocondrial associada a alterações no metabolismo energético.