Dual roles for DNA sequence identity and the mismatch repair system in the regulation of mitotic crossing-over in yeast

Sequence divergence acts as a potent barrier to homologous recombination; much of this barrier derives from an antirecombination activity exerted by mismatch repair proteins. An inverted repeat assay system with recombination substrates ranging in identity from 74% to 100% has been used to define the relationship between sequence divergence and the rate of mitotic crossing-over in yeast. To elucidate the role of the mismatch repair machinery in regulating recombination between mismatched substrates, we performed experiments in both wild-type and mismatch repair defective strains. We find that a single mismatch is sufficient to inhibit recombination between otherwise identical sequences, and that this inhibition is dependent on the mismatch repair system. Additional mismatches have a cumulative negative effect on the recombination rate. With sequence divergence of up to approximately 10%, the inhibitory effect of mismatches results mainly from antirecombination activity of the mismatch repair system. With greater levels of divergence, recombination is inefficient even in the absence of mismatch repair activity. In both wild-type and mismatch repair defective strains, an approximate log-linear relationship is observed between the recombination rate and the level of sequence divergence.

A three-hybrid system for detecting small ligand–protein receptor interactions

Small ligand–receptor interactions underlie many fundamental processes in biology and form the basis for pharmacological intervention of human diseases in medicine. We report herein a genetic system, named the yeast three-hybrid system, for detecting ligand–receptor interactions in vivo. This system is adapted from the yeast two-hybrid system with which a third synthetic hybrid ligand is combined. The feasibility of this system was demonstrated using as the hybrid ligand a heterodimer of covalently linked dexamethasone and FK506. Yeast expressing fusion proteins of the hormone binding domain of the rat glucocorticoid receptor fused to the LexA DNA-binding domain and of FKBP12 fused to a transcriptional activation domain activated reporter genes when plated on medium containing the dexamethasone–FK506 heterodimer. The reporter gene activation is completely abrogated in a competitive manner by the presence of excess FK506. Using this system, we screened a Jurkat cDNA library fused to the transcriptional activation domain in yeast expressing the hormone binding domain of rat glucocorticoid receptor–LexA DNA binding domain fusion protein in the presence of dexamethasone–FK506 heterodimer. We isolated overlapping clones of human FKBP12. These results demonstrate that the three-hybrid system can be used to discover receptors for small ligands and to screen for new ligands to known receptors.

Genetic footprinting with mariner-based transposition in Pseudomonas aeruginosa

The complete DNA sequence of Pseudomonas aeruginosa provides an opportunity to apply functional genomics to a major human pathogen. A comparative genomics approach combined with genetic footprinting was used as a strategy to identify genes required for viability in P. aeruginosa. Use of a highly efficient in vivo mariner transposition system in P. aeruginosa facilitated the analysis of candidate genes of this class. We have developed a rapid and efficient allelic exchange system by using the I-SceI homing endonuclease in conjunction with in vitro mariner mutagenesis to generate mutants within targeted regions of the P. aeruginosa chromosome for genetic footprinting analyses. This technique for generating transposon insertion mutants should be widely applicable to other organisms that are not naturally transformable or may lack well developed in vivo transposition systems. We tested this system with three genes in P. aeruginosa that have putative essential homologs in Haemophilus influenzae. We show that one of three H. influenzae essential gene homologs is needed for growth in P. aeruginosa, validating the practicality of this comparative genomics strategy to identify essential genes in P. aeruginosa.

A novel tetracycline-dependent transactivator with E2F4 transcriptional activation domain

A tetracycline-controlled gene expression system provides a powerful tool to dissect the functions of gene products. However, it often appears difficult to establish cell lines or transgenic animals stably expressing tetracycline-dependent transactivators, possibly as a result of toxicity of the transactivator domains used. In order to overcome this problem, we developed a novel tetracycline-dependent transactivator that works efficiently in mammalian cells. This transactivator is a fusion of the tet reverse repressor mutant and the transcriptional activating domain of human E2F4, which is ubiquitously expressed in vivo. We demonstrate here that this tetracycline-regulated gene expression system provides a two log transcriptional activation in mammalian cells as assessed by northern blot and luciferase analyses. Combining this system with green fluorescent protein reporter systems or microarray gene expression profiling will facilitate the study of gene function.

Identification of GIT1/Cat-1 as a substrate molecule of protein tyrosine phosphatase ζ/β by the yeast substrate-trapping system

We used a genetic method, the yeast substrate-trapping system, to identify substrates for protein tyrosine phosphatases ζ (PTPζ/RPTPβ). This method is based on the yeast two-hybrid system, with two essential modifications: conditional expression of protein tyrosine kinase v-src (active src) to tyrosine-phosphorylate the prey proteins and screening by using a substrate-trap mutant of PTPζ (PTPζ-D1902A) as bait. By using this system, several substrate candidates for PTPζ were isolated. Among them, GIT1/Cat-1 (G protein-coupled receptor kinase-interactor 1/Cool-associated, tyrosine-phosphorylated 1) was examined further. GIT1/Cat-1 bound to PTPζ-D1902A dependent on the substrate tyrosine phosphorylation. Tyrosine-phosphorylated GIT1/Cat-1 was dephosphorylated by PTPζ in vitro. Immunoprecipitation experiments indicated that PTPζ-D1902A and GIT1/Cat-1 form a stable complex also in mammalian cells. Immunohistochemical analyses revealed that PTPζ and GIT1/Cat-1 were colocalized in the processes of pyramidal cells in the hippocampus and neocortex in rat brain. Subcellular colocalization was further verified in the growth cones of mossy fibers from pontine explants and in the ruffling membranes and processes of B103 neuroblastoma cells. Moreover, pleiotrophin, a ligand for PTPζ, increased tyrosine phosphorylation of GIT1/Cat-1 in B103 cells. All these results indicate that GIT1/Cat-1 is a substrate molecule of PTPζ.

Creation of a reversible on/off system for site-specific in vivo control of exogenous gene activity in the renal glomerulus.

Using genetically engineered glomerular mesangial cells, an in vivo gene transfer approach was developed that specifically targets the renal glomerulus. By combining this system with a tetracycline (Tc)-responsive promoter, the present study aimed to create a reversible on/off system for site-specific in vivo control of exogenous gene activity within the glomerulus. In the Tc regulatory system, a Tc-controlled transactivator (tTA) encoded by a regulator plasmid induces target gene transcription by binding to a tTA-responsive promoter located in a response plasmid. Tc inhibits this tTA-dependent transactivation via its affinity for tTA. In double-transfected cells, therefore, the activity of a transgene can be controlled by Tc. Cultured rat mesangial cells were cotransfected with a regulator plasmid and a response plasmid that introduces a beta-galactosidase gene. In vitro, stable double-transfectant MtTAG cells exhibited no beta-galactosidase activity in the presence of Tc. However, following withdrawal of Tc from culture media, expression of beta-galactosidase was induced within 24 h. When Tc was again added, the expression was rapidly resuppressed. Low concentrations of Tc were sufficient to maintain the silent state of tTA-dependent promoter. MtTAG cells were then transferred into the rat glomeruli via renal artery injection. In the isolated chimeric glomeruli, expression of beta-galactosidase was induced ex vivo in the absence of Tc, whereas it was repressed in its presence. When Tc-pretreated MtTAG cells were transferred into the glomeruli of untreated rats, beta-galactosidase expression was induced in vivo within 3 days. Oral administration of Tc dramatically suppressed this induction. These data demonstrate the feasibility of using mesangial cell vectors combined with the Tc regulatory system for site-specific in vivo control of exogenous gene expression in the glomerulus.

Identification of receptor ligands and receptor subtypes using antagonists in a capillary electrophoresis single-cell biosensor separation system.

A capillary electrophoresis system with single-cell biosensors as a detector has been used to separate and identify ligands in complex biological samples. The power of this procedure was significantly increased by introducing antagonists that inhibited the cellular response from selected ligand-receptor interactions. The single-cell biosensor was based on the ligand-receptor binding and G-protein-mediated signal transduction pathways in PC12 and NG108-15 cell lines. Receptor activation was measured as increases in cytosolic free calcium ion concentration by using fluorescence microscopy with the intracellular calcium ion indicator fluo-3-acetoxymethyl ester. Specifically, a mixture of bradykinin (BK) and acetylcholine (ACh) was fractionated and the components were identified by inhibiting the cellular response with icatibant (HOE 140), a selective antagonist to the BK B2 receptor subtype (B2BK), and atropine, an antagonist to muscarinic ACh receptor subtypes. Structurally related forms of BK were also identified based on inhibiting B2BK receptors. Applications of this technique include identification of endogenous BK in a lysate of human hepatocellular carcinoma cells (Hep G2) and screening for bioactivity of BK degradation products in human blood plasma. The data demonstrate that the use of antagonists with a single-cell biosensor separation system aids identification of separated components and receptor subtypes.

A modified tetracycline-regulated system provides autoregulatory, inducible gene expression in cultured cells and transgenic mice.

A system for tetracycline-regulated inducible gene expression was described recently which relies on constitutive expression of a tetracycline-controlled transactivator (tTA) fusion protein combining the tetracycline repressor and the transcriptional activation domain of VP16 [Gossen, M. & Bujard, H. (1992) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, 5547-5551]. This system yielded only low levels of transactivator protein, probably because tTA is toxic. To avoid this difficulty, we placed the tTA gene under the control of the inducible promoter to which tTA binds, making expression of tTA itself inducible and autoregulatory. When used to drive expression of the recombination activating genes 1 and 2 (RAG-1 and RAG-2), the autoregulatory system yielded both substantially higher levels of variable (diversity) joining [V(D)J] recombination activity (70-fold on average) and inducible expression in a much larger fraction of transfected cells (autoregulatory, 90%, vs. constitutive, 18%). In addition, this system allowed the creation of transgenic mice in which expression of a luciferase transgene was inducible tens to hundreds of times the basal levels in most tissues examined. Induced levels of expression were highest in thymus and lung and appear to be substantially higher than in previously reported inducible luciferase transgenic mice created with the constitutive system. With the modified system, inducible transactivator mRNA and protein were easily detected in cell lines by RNA and Western blotting, and transactivator mRNA was detected by RNA blotting in some tissues of transgenic mice. This autoregulatory system represents an improved strategy for tetracycline-regulated gene expression both in cultured cells and in transgenic animals.

Sistema computacional com geração de dados e visualização de resultados para estrutura de edifícios

Este trabalho trata do desenvolvimento de um sistema computacional, para a geração de dados e apresentação de resultados, específico para as estruturas de edifícios. As rotinas desenvolvidas devem trabalhar em conjunto com um sistema computacional para análise de estruturas com base no Método dos Elementos Finitos, contemplando tanto as estruturas de pavimentos; com a utilização de elementos de barra, placa/casca e molas; como as estruturas de contraventamento; com a utilização de elementos de barra tridimensional e recursos especiais como nó mestre e trechos rígidos. A linguagem computacional adotada para a elaboração das rotinas mencionadas é o Object Pascal do DELPHI, um ambiente de programação visual estruturado na programação orientada a objetos do Object Pascal. Essa escolha tem como objetivo, conseguir um sistema computacional onde alterações e adições de funções possam ser realizadas com facilidade, sem que todo o conjunto de programas precise ser analisado e modificado. Por fim, o programa deve servir como um verdadeiro ambiente para análise de estruturas de edifícios, controlando através de uma interface amigável com o usuário uma série de outros programas já desenvolvidos em FORTRAN, como por exemplo o dimensionamento de vigas, pilares, etc.

Modelos de mapas simpléticos para o movimento de deriva elétrica com efeitos de raio de Larmor finito

Mapas simpléticos têm sido amplamente utilizados para modelar o transporte caótico em plasmas e fluidos. Neste trabalho, propomos três tipos de mapas simpléticos que descrevem o movimento de deriva elétrica em plasmas magnetizados. Efeitos de raio de Larmor finito são incluídos em cada um dos mapas. No limite do raio de Larmor tendendo a zero, o mapa com frequência monotônica se reduz ao mapa de Chirikov-Taylor, e, nos casos com frequência não-monotônica, os mapas se reduzem ao mapa padrão não-twist. Mostramos como o raio de Larmor finito pode levar à supressão de caos, modificar a topologia do espaço de fases e a robustez de barreiras de transporte. Um método baseado na contagem dos tempos de recorrência é proposto para analisar a influência do raio de Larmor sobre os parâmetros críticos que definem a quebra de barreiras de transporte. Também estudamos um modelo para um sistema de partículas onde a deriva elétrica é descrita pelo mapa de frequência monotônica, e o raio de Larmor é uma variável aleatória que assume valores específicos para cada partícula do sistema. A função densidade de probabilidade para o raio de Larmor é obtida a partir da distribuição de Maxwell-Boltzmann, que caracteriza plasmas na condição de equilíbrio térmico. Um importante parâmetro neste modelo é a variável aleatória gama, definida pelo valor da função de Bessel de ordem zero avaliada no raio de Larmor da partícula. Resultados analíticos e numéricos descrevendo as principais propriedades estatísticas do parâmetro gama são apresentados. Tais resultados são então aplicados no estudo de duas medidas de transporte: a taxa de escape e a taxa de aprisionamento por ilhas de período um.

Emissões de gases de efeito estufa e amônia oriundas da criação de frangos de corte em múltiplos reúsos da cama

Vários países têm buscado investigar as emissões de gases do efeito estufa (GEE) e amônia (NH3) na atividade animal para melhor compreensão da dinâmica e excesso desses gases na atmosfera. As informações disponíveis na literatura sobre as emissões de GEE e NH3 em aviários são variáveis e incertas devido à diversidade e condições particulares das instalações, bem como das inúmeras diferenças no sistema de criação e das complexas interações observadas nos dejetos dos animais. A caracterização das emissões do setor avícola normalmente é realizada por monitoramento aéreo das concentrações dos gases dentro das instalações de produção. No entanto, alguns métodos adotados são insuficientes devido às interferências de outros gases, razão por que as medições podem não refletir, com exatidão, as emissões reais. Diante dessa complexidade, nesta pesquisa buscou-se aplicar técnicas que apresentam menores interferências, bem como desenvolver um sistema de amostragem para medir diretamente as emissões de N2O, CH4 e NH3 dos dejetos de frangos de corte. No desenvolvimento do método, utilizou-se como referência o princípio da câmara estática fechada e a análise por cromatografia gasosa (CG), para estimar as emissões de GEE. Para quantificação direta das emissões de NH3, adaptou-se um método semiaberto estático, baseado na captura, em meio ácido, do NH3 volatilizado dos dejetos das aves. Adicionalmente, buscou-se monitorar as emissões diárias de NH3, CH4 e N2O dos dejetos dos frangos, considerando o típico manejo de reutilização da cama de frango. Foram propostos modelos empíricos para as predições das emissões de N2O, CH4 e NH3, em função do número de reutilizações da cama, da idade das aves e de propriedades físico-químicas da cama de frango. As emissões acumuladas por quatro ciclos de criação permitiram calcular perdas anuais de 0,14, 0,35, e 72,0 g de N2O, CH4 e NH3 ave-alojada-1 ano-1, respectivamente. Considerando o número de frangos de corte alojados em 2015, a atividade avícola emitiu cerca de 545,1 Gg CO2eq pelo manejo dos dejetos nos aviários, correspondente a 0,04 kg CO2eq por kg de carne. Reduções de 21, 40 e 78% foram observadas nas emissões anuais de N2O, CH4 e NH3, respectivamente, ao utilizar (seis ciclos) a cama somente em um ciclo de criação. Contudo, um balanço de N foi conduzido para contabilizar as entradas e saídas de N na produção de frangos de corte durante os quatro ciclos de criação avaliados. A principal entrada de N no sistema foi pela ração, como entrada secundária, o N via cama de frango, o qual aumentou consideravelmente a cada ciclo de reutilização. Considerando que esta pesquisa apresenta uma metodologia aplicável e inovadora para determinar os fluxos de GEE em galpões abertos no país, os dados serão úteis para o inventário anual brasileiro das emissões de GEE oriundas dos dejetos da avicultura de corte. Os resultados são úteis também para incentivar novas pesquisas que possam avançar no conhecimento de impactos e alternativas de mitigação de GEE na produção de frangos de corte e, adicionalmente, conferir sustentabilidade à produção de carne no Brasil

O uso do eucalipto em sistemas silvipastoril: acúmulo de fitomassa arbórea e de pastagem

O presente estudo foi dividido em três capitulos, todos realizados na Estação Experimental de Ciências Florestais de Anhembi/SP, entre os anos de 2014 e 2015. O primeiro estudo intitulado de \"Variação mensal da fitomassa da forragem em função do grau de cobertura do dossel em sistemas silvipastoris\", foi realizado em 3 monoculturas de 13 anos de idade, com área útil de 50 m x 30 m para coleta de pasto as mesmas efectuadas mensalmente. Os resultados apresentaram que não há relação significativa entre a cobertura do dossel e fitomassa da forragem pelo caso de que o sub-bosque estava muito sombreado. Entretanto, houve uma relação indireta entre área basal e fitomassa. Evidenciando-se que o talhão de Eucalipto urograndis apresentou as melhores condições de crescimento e disponibilidade de materia seca mensal para Bachiaria decumbens além de obter a maior porcentagem de folha entre todos os tratamentos. Ao contrario, no talhão de Pinus tecunumanii, foi encontrada a menor disponibilidade de materia seca mensal e por consequência, menor porcentagem de folha. O segundo estudo foi chamado de: \"Disponibilidade de fitomassa de B. decumbens, em um sistema silvipastoril com eucalipto: o papel da radiação\" onde o componente florestal foi o eucalyptus (COP-1377) de 2 anos de idade plantado em uma área útil de 10 ha, dividido em 3 tratamentos (onda longa-OL (39 m), onda curta-OC (21 m), e testemunha-T) e instalado em 4 blocos distintos. Foram realizadas duas coletas dutante o período de verão e de inverno, onde foi possível verificar que o tratamento OL mostrou maior disponibilidade de fitomassa a 65% de irradiância além de obter maior porcentagem da fração folha. Este foi favorecido pelo maior espaçamento entre as aléias. Contudo, houve ataque de cigarinha na pastagem, mantendo a queda da disponibilidade no período de inverno. O terceiro estudo intitulado de: \"Variaçoes arquiteturais de uma monocultura de E. urograndis em função de sua posição espacial\", foi também realizado na monocultura do primeiro estudo, numa área de 7 ha. Para este estudo, realizou-se um inventario florestal, logo após, dividiu-se as árvores por sua classe diamétrica e selecionou-se aleatoriamente 60 árvores para cubagem, e destas, escolheu-se 15 para determinação da fitomassa e respectiva densidade da madeira. Para a obtenção da fitomassa dividiu-se as árvores em três frações de análise: tronco, galhos e folha. Além disso, as 15 árvores foram divididas em: bordadura, intermediária e centro da parcela, de acordo com a sua localização. Verificou-se que a bordadura apresentou os maiores crescimentos em DAP, altura, largura de copa e, que por consequência, obteve maior volume e fitomassa em todas suas frações. Também foi possível observar que tanto a bordadura quanto o centro apresentaram maior densidade básica em função da maior copa e altura das árvores incentivando a geração de mais fitomassa foliar. Finalmente conforme os três estudos realizados neste trabalho de pesquisa, concluiu-se que a radiação solar é fator chave na produtividade da cultura forrageira, demonstrando a necessidade de mais pesquisas sobre os sistemas agroforestais e silvipastoris para o sucesso de futuros emprendimentos.

System for robot control inspired by the functionality and organisation of the human nervous system

This paper presents a model of a control system for robot systems inspired by the functionality and organisation of human neuroregulatory system. Our model was specified using software agents within a formal framework and implemented through Web Services. This approach allows the implementation of the control logic of a robot system with relative ease, in an incremental way, using the addition of new control centres to the system as its behaviour is observed or needs to be detailed with greater precision, without the need to modify existing functionality. The tests performed verify that the proposed model has the general characteristics of biological systems together with the desirable features of software, such as robustness, flexibility, reuse and decoupling.

Will austerity cuts dismantle the Spanish healthcare system?

In the face of austerity, a series of disconnected “reforms” could, without corrective measures, lead to the effective dismantling of large parts of the Spanish healthcare system, with potentially detrimental effects on health. Helena Legido-Quigley and colleagues explain.

Phase equilibria of the water + 1-butanol + toluene ternary system at 101.3 kPa

Isobaric vapour–liquid and vapour–liquid–liquid equilibrium data for the water + 1-butanol + toluene ternary system were measured at 101.3 kPa with a modified VLE 602 Fischer apparatus. In addition, the liquid–liquid equilibrium data at 313.15 K were measured and compared with data from other authors at different temperatures. The system exhibits a ternary heterogeneous azeotrope whose temperature and composition have been determined by interpolation. The thermodynamic consistency of the experimental vapour–liquid and vapour–liquid–liquid data was checked by means of the Wisniak’s Li/Wi consistency test. Moreover, the vapour–liquid and the liquid–liquid equilibrium correlation for the ternary system with NRTL and UNIQUAC models, together with the prediction made with the UNIFAC model, were studied and discussed.