Functional genomic studies of the structure and regulation of eukaryotic transcriptomes

The main focus of this thesis is the use of high-throughput sequencing technologies in functional genomics (in particular in the form of ChIP-seq, chromatin immunoprecipitation coupled with sequencing, and RNA-seq) and the study of the structure and regulation of transcriptomes. Some parts of it are of a more methodological nature while others describe the application of these functional genomic tools to address various biological problems. A significant part of the research presented here was conducted as part of the ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements) Project.

The first part of the thesis focuses on the structure and diversity of the human transcriptome. Chapter 1 contains an analysis of the diversity of the human polyadenylated transcriptome based on RNA-seq data generated for the ENCODE Project. Chapter 2 presents a simulation-based examination of the performance of some of the most popular computational tools used to assemble and quantify transcriptomes. Chapter 3 includes a study of variation in gene expression, alternative splicing and allelic expression bias on the single-cell level and on a genome-wide scale in human lymphoblastoid cells; it also brings forward a number of critical to the practice of single-cell RNA-seq measurements methodological considerations.

The second part presents several studies applying functional genomic tools to the study of the regulatory biology of organellar genomes, primarily in mammals but also in plants. Chapter 5 contains an analysis of the occupancy of the human mitochondrial genome by TFAM, an important structural and regulatory protein in mitochondria, using ChIP-seq. In Chapter 6, the mitochondrial DNA occupancy of the TFB2M transcriptional regulator, the MTERF termination factor, and the mitochondrial RNA and DNA polymerases is characterized. Chapter 7 consists of an investigation into the curious phenomenon of the physical association of nuclear transcription factors with mitochondrial DNA, based on the diverse collections of transcription factor ChIP-seq datasets generated by the ENCODE, mouseENCODE and modENCODE consortia. In Chapter 8 this line of research is further extended to existing publicly available ChIP-seq datasets in plants and their mitochondrial and plastid genomes.

The third part is dedicated to the analytical and experimental practice of ChIP-seq. As part of the ENCODE Project, a set of metrics for assessing the quality of ChIP-seq experiments was developed, and the results of this activity are presented in Chapter 9. These metrics were later used to carry out a global analysis of ChIP-seq quality in the published literature (Chapter 10). In Chapter 11, the development and initial application of an automated robotic ChIP-seq (in which these metrics also played a major role) is presented.

The fourth part presents the results of some additional projects the author has been involved in, including the study of the role of the Piwi protein in the transcriptional regulation of transposon expression in Drosophila (Chapter 12), and the use of single-cell RNA-seq to characterize the heterogeneity of gene expression during cellular reprogramming (Chapter 13).

The last part of the thesis provides a review of the results of the ENCODE Project and the interpretation of the complexity of the biochemical activity exhibited by mammalian genomes that they have revealed (Chapters 15 and 16), an overview of the expected in the near future technical developments and their impact on the field of functional genomics (Chapter 14), and a discussion of some so far insufficiently explored research areas, the future study of which will, in the opinion of the author, provide deep insights into many fundamental but not yet completely answered questions about the transcriptional biology of eukaryotes and its regulation.

Influência de pré-tratamentos de células epiteliais com penicilina e eritromicina na aderência e na viabilidade intracelular de Corynebacterium diphtheriae

A difteria é uma síndrome toxêmica causada pelo Corynebacterium diphtheriae. Embora programas de imunização mantenham a doença sob controle em países desenvolvidos, a difteria ainda permanece endêmica em diversas partes do mundo, especialmente em indivíduos parcialmente imunizados para toxina diftérica. Junto a isso, nos últimos 20 anos, tem-se observado a ocorrência crescente de quadros de infecções sistêmicas causados por cepas atoxinogênicas. A penicilina e eritromicina são as principais drogas de escolha no tratamento destas infecções, entretanto, a escassez de trabalhos reavaliando a terapia de escolha e a influência dos antibióticos no processo de interação bacteriana com células epiteliais humanas são escassos, logo compreendem aspectos que justificam o presente estudo. O objetivo principal deste projeto consiste na análise da influência do pré-tratamento de células epiteliais Hep-2 com os antimicrobianos penicilina e eritromicina na colonização e viabilidade intracelular de amostras de C. diphtheriae. As monocamadas foram submetidas ao tratamento prévio com doses séricas terapêuticas de penicilina (5g mL1) e eritromicina (1,92 g mL1) por 24 horas e os antibióticos foram removidos por lavagens com PBS antes da interação com a suspensão bacteriana (MOI de 107). Três horas após a infecção, o padrão de aderência foi investigado como também, realizada a análise das bactérias viáveis associadas e internalizadas nas monocamadas. O pré-tratamento com penicilina induziu a formação de perfil de aderência difuso (AD) pelas amostras estudadas. Microorganismos que normalmente apresentam padrão de aderência localizado (AL) passaram a expressar perfil (AD) após pré-tratamento das camadas com ambos antimicrobianos. A expressão do tipo agregativo (AA) não foi influenciada pela presença de eritromicina. A penicilina e a eritromicina reduziram o número de bactérias viáveis associadas às células HEp-2 na maioria das oportunidades. Entretanto, a penicilina interferiu em maior magnitude nesse processo. As três amostras invasoras de C. diphtheriae (HC01, HC04 e BR5015), apresentaram maior capacidade de sobrevivência no compartimento intracelular, independente do pré-tratamento. A expressão dos perfis de aderência assim como a capacidade de sobrevivência no compartimento intracelular frente aos antimicrobianos testados mostraram-se independentes da produção de toxina e dos percentuais de associação com as células HEp-2. Foi observada uma maior eficiência da eritromicina na eliminação de bactérias viáveis internalizadas reforçando a utilização clínica da eritromicina tanto no tratamento de pacientes quanto na erradicação do estado de portador. Novos estudos serão desenvolvidos para investigar alterações na expressão de fatores de virulência por amostras de C. diphtheriae na interação com células HEp-2 pré-tratadas com antimicrobianos e a influência sobre a evolução clínica das infecções por corinebactérias

Análise da citotoxicidade do extrato do fruto de juçara (Euterpe oleracea Mart.) do Maranhão em células malignas humanas

A juçara, Euterpe oleracea Mart., fruta indígena da Amazônia Legal, é rica em fitoquímicos com atividades anti-oxidante, antiinflamatória e anti-câncer. Este estudo tem por objetivo analisar os efeitos do extrato hidroalcoólico da casca, caroço e fruto total da juçara em diferentes linhagens de células malignas humana. Os frutos foram coletados no Parque da Juçara, localizado no Maracanã, município de São Luís, seguida da confecção da excicata que se mantém registrada no Herbário Rosa Mochel do Núcleo de Estudos Biológicos da Universidade Estadual do Maranhão. Os extratos hidroalcoólicos da casca, caroço e fruto total foram extraidos no Laboratório de Farmacologia e Psicobiologia da UERJ. As linhagens celulares utilizadas nos ensaios foram MCF-7 (adenocarcinoma de mama), CACO-2 e HT-20 (adenocarcinoma colo retal) e adenocarcinoma na mama (MDA-MB-468). As linhagens foram tratadas com 10, 20 e 40g/mL dos extratos por 24 e 48 horas e feitas às análises. Células MCF-7 controle apresentaram núcleo proeminente com nucléolos evidentes. Após tratamento com o extrato hidroalcoólico da casca da juçara, as células mostraram morfologia arredondada com retração do citoplasma. O ensaio de viabilidade com MTT ((3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide)) demonstrou uma redução na viabilidade das células. Após 48 horas, o tratamento das células com 20g/mL do extrato da casca reduziu a viabilidade sendo que o efeito citotóxico do tratamento com 40g/mL do extrato da casca foi potencializado. Células tratadas com 10g/mL do extrato do caroço de juçara apresentavam-se arredondadas com consequente redução no volume celular. A concentração 20g/mL de extrato hidroalcoólico do caroço, causou severa redução no volume das células e ocasionou o surgimento de vacúolos intracelulares. O mesmo foi observado após tratamento com 40g/mL. O tratamento com 40g/mL do extrato hidroalcoólico do fruto total, modificou drasticamente a morfologia das células MCF-7 causando vacuolização e aparente lise com perda do conteúdo citoplasmático e o ensaio da viabilidade com MTT demonstrou redução na viabilidade das células MCF-7 tratadas com 20 e 40g/mL após 24 horas de tratamento. Análises por MET (Microscopia Eletrônica de Transmissão) demonstraram o surgimento de vesículas autofágicas, cuja comprovação deu-se com a identificação da expressão da proteína LC3BII na membrana do autofagossoma pela técnica de Western Blotting. Mediante o demonstrado pelos experimentos, com as linhagens MCF-7 e MDA-MB-468, confirma-se que as frações isoladas do extrato do caroço da juçara, promove modificações celulares indicativas de autofagia a partir de 10g/mL, em 24 horas. O núcleo permaneceu íntegro, não apresentando características de núcleo apoptótico. Os dados são conclusivos para ocorrência de morte celular por autofagia em linhagem celulares de carcinoma de mama MCF-7 quando tratadas com extrato hidroalcoólico da casca, caroço e fruto total da juçara do Maranhão, agente quimiopreventivo no câncer de mama estrogênio-dependente.

Estudo do metabolismo mitocondrial e da resposta anti-apoptótica de células endoteliais humanas durante a evolução da infecção por taquizoítos de Toxoplasma gondii

A toxoplasmose é uma zoonose amplamente distribuída que afeta mais de um terço da população mundial e de grande importância na saúde pública. A maioria das infecções em humanos por Toxoplasma gondii é assintomática. A toxoplasmose é amplamente investigada visto que se apresenta como uma doença grave em pessoas imunodeprimidas (portadores da síndrome da imunodeficiência adquirida (SIDA), não tratados, indivíduos transplantados, paciente em tratamento quimioterápico ou em uso de drogas supressoras e gestantes). A toxoplasmose congênita frequentemente pode levar ao aborto espontâneo ou até mesmo resultar na formação de crianças com algum grau de atraso no desenvolvimento mental e/ou físicos, deste modo, a transmissão congênita pode ser muito mais importante do que se pensava, pois os parasitos encontrados na circulação sanguinea são capazes de infectar as células endoteliais dos vasos e os tecidos circunjacentes, podendo resultar no encistamento do T. gondii. Atualmente a toxoplasmose vem sendo investigada devido a sua associação a inúmeras outras doenças, assim, estudos sobre a evolução da infecção por T. gondii em diferentes tipos de células hospedeiras se fazem necessários para uma abordagem terapêutica adequada. Ao invadir a célula hospedeira o parasito possui a capacidade de recrutar as mitocôndrias promovendo mudanças na organização mitocondrial ao longo da progressão da infecção, garantindo um ambiente favorável a sua multiplicação. Diante disso, investigamos se o parasito possui a capacidade de interferir no metabolismo mitocondrial e na resposta apoptótica da célula endotelial. O presente trabalho teve como objetivo analisar o metabolismo mitocondrial através da respirometria de alta-resolução e da resposta apoptótica através do western blotting das células endoteliais da veia umbilical humana (HUVEC) infectadas por 2, 6 e 20 horas por taquizoítos de T. gondii. A respirometria de alta-resolução revelou que o parasito interfere no metabolismo energético da célula hospedeira. A análise do conteúdo de proteínas da família Bcl-2 por western blotting revelou maior estímulo apoptótico no tempo inicial de infecção, quando comparado aos demais tempos. Os resultados dos conteúdos de caspase 3, proteína efetora da apoptose, não demonstrou diferença nos tempos iniciais de infecção Entretanto, em tempos mais tardios, o conteúdo de caspase 3 mostrou-se significativamente aumentado quando comparado às HUVEC não infectadas. A dinâmica de replicação do parasito foi observada através do monitoramento pelo sistema Time-Lapse Nikon BioStation IMQ em tempo real das células infectadas por T.gondii. Portanto, nossos resultados sugerem que o protozoário ao recrutar as mitocôndrias da célula hospedeira interfere no metabolismo mitocondrial e na modulação da apoptose para garantir um ambiente favorável a sua multiplicação.

Avaliação da interação de Escherichia coli enterohemorrágica (EHEC) pertencente ao sorotipo O157: H7 isoladas de bovinos assintomáticos e de doença humana com células enterocíticas humanas (linhagem Caco-2)

Reconhecida como agente de doença humana em 1982, E.coli enterohemorrágica (EHEC) pode causar diarréia sanguinolenta, colite hemorrágica e síndrome hemolítica urêmica (SHU). EHEC constitui um subgrupo especialmente virulento das E.coli produtoras de toxina de Shiga (Stx). O fator crítico da sua virulência é a toxina Shiga, capaz de interromper a síntese proteica da célula eucariótica. São conhecidos dois subgrupos de Stx, Stx1 e Stx2. Stx1 possui duas variantes Stx1c e Stx1d. Stx2 possui muitas variantes. Estudos epidemiológicos sugerem que cepas com os perfis toxigênicos Stx2 ou Stx2/Stx2c seriam mais frequentemente associadas a pacientes com SHU. Além da expressão de Stx, EHEC do sorotipo O157:H7 colonizam a mucosa intestinal induzindo a formação de lesões denominadas attaching/effacing (A/E). Para a produção da lesão A/E, é necessária a presença de uma ilha de patogenicidade cromossômica denominada LEE, composta por cinco operons, LEE 1 a LEE5. Em LEE 5 são codificadas a adesina intimina e o seu receptor Tir, o qual é translocado por um sistema de secreção tipo III (SSTT) e em LEE 4 são codificadas as proteínas secretadas EspA,B e D. Em EHEC O157:H7 são descritos muitos fatores de virulência, codificados em ilhas de patogenicidade, no cromossomo e no megaplasmídio pO157. Bovinos são o principal reservatório deste patógeno e alimentos de origem bovina e produtos contaminados com fezes de bovinos são causadores de surtos epidêmicos. Em nosso país EHEC O157:H7 é isolada do reservatório animal mas é muito rara a sua ocorrência em doença humana. Notamos que nas cepas bovinas predomina Stx2c, enquanto nas cepas humanas predomina o perfil toxigenico Stx2/Stx2c. Quanto a interação com enterocitos humanos cultivados in vitro (linhagem Caco-2), verificamos que tanto cepas bovinas quanto humanas mostram idêntica capacidade de invadir e persistir no compartimento intracelular das células Caco-2. No entanto, em comparação com as cepas humanas, as cepas bovinas mostram uma reduzida capacidade de produzir lesões A/E. Empregamos qPCR para aferir a transcrição de três diferentes locus (eae, espA e tir) situados nos operons LEE4 e LEE5 de cepas bovinas e humanas, durante a infecção de células Caco-2. Verificamos diferenças na expressão dos genes, especialmente espA, entre cepas bovinas e humanas com maior expressão para estas ultimas, em linha com os achados dos testes FAS. Através de clonagem e expressão de proteínas recombinantes, purificamos as proteínas Eae, EspA e Tir e obtivemos anticorpos específicos, empregados para acompanhar a sua expressão ao longo da infecção de células Caco-2, por imunofluorescencia. Verificamos que as três proteínas são detectadas tanto em cepas bovinas quanto humanas, mas nestas ultimas, a marcação é precoce e torna-se mais intensa com o avanço da infecção. Nossos resultados indicam que cepas EHEC O157:H7 isoladas do reservatório bovino em nosso país apresentam diferenças importantes em relação ao perfil toxigenico e a capacidade de indução de lesões A/E, características apontadas na literatura como relevantes para a virulência do micro-organismo. Por outro lado, nossos achados quanto a capacidade de invadir e multiplicar-se no interior de enterócitos pode explicar a persistência do patógeno no reservatório animal e a sua capacidade de transmissão horizontal.

Diversidade de respostas de Corynebacterium diphtheriae frente a agentes oxidantes: resistência, adaptação e envolvimento do determinante de resistência ao telurito (TeR) e do sistema OxyR na virulência bacteriana

Corynebacterium diphtheriae é um importante patógeno humano e agente causal da difteria. Embora seja observada uma redução mundial no número de casos da doença, a difteria permanece endêmica em muitos países e surtos são esporadicamente notificados. No Brasil, o último surto ocorreu no estado no Maranhão e revelou mudanças em aspectos clínico-epidemiológicos da doença. Diferentemente da maioria das cepas de difteria brasileiras, que pertencem ao biovar mitis, nesse surto dois diferentes pulsotipos de C. diphtheriae biovar intermedius foram isolados. Além disso, sinais patognomônicos da doença não foram relatados em parte dos casos. C. diphtheriae também vem sendo relacionado com quadros de infecções invasivas, apesar de ser reconhecido como patógeno tipicamente extracelular. Em conjunto, estas mudanças no perfil das infecções por C. diphtheriae sugerem a existência de outros fatores de virulência além da produção da toxina diftérica. Neste sentindo, foram realizadas análises de tipagem molecular e de genômica comparativa para avaliar a diversidade genética e o potencial de virulência de cepas de C. diphtheriae isoladas de difteria clássica e infecções invasivas. Os resultados obtidos demonstram a circulação de diferentes clones invasores no Brasil. Além disso, revelaram diferenças marcantes na presença e na composição de ilhas de patogenicidade entre as amostras, bem como nos genes sob regulação do DtxR e nas sequências dos corinefagos integradas ao cromossomo bacteriano. Uma vez que o potencial invasor bacteriano e a persistência no ambiente podem estar relacionados à tolerância ao estresse oxidativo, foram procurados nos genomas sequenciados, genes possivelmente envolvidos neste processo. Dentre estes, os genes DIP0906, predito como gene de resistência ao oxidante telurito (TeO32-), e DIP1421, codificador do regulador transcricional OxyR, foram caracterizados funcionalmente e tiveram seus papéis na patogenicidade investigados. Ensaios in vivo utilizando o nematódeo Caenorhabditis elegans demonstraram que ambos são importantes para a virulência de C. diphtheriae. Além da resistência ao TeO32, DIP0906 parece contribuir para a resistência ao peróxido de hidrogênio (H2O2) e para a viabilidade no interior de células respiratórias humanas. Já OxyR, além de controlar negativamente a resposta ao H2O2, parece estar envolvido com a ligação de C. diphtheriae a proteínas plasmáticas e de matriz extracelular. Adicionalmente, foi investigada resistência e a capacidade de adaptação de C. diphtheriae frente a agentes oxidantes, através da indução de resposta adaptativa e/ou resistência cruzada e da formação de biofilme. As cepas de C. diphtheriae apresentaram diferentes níveis de resistência e um comportamento heterogêneo na presença dos agentes oxidantes, o que sugere a existência de diferentes estratégias de sobrevivência e adaptação de C. diphtheriae nas condições de estresse oxidativo.

Ação molecular da 1,25(OH)2D3 em células endoteliais humanas submetidas a diferentes concentrações de leptina

Altas concentrações plasmáticas de leptina têm sido relacionadas ao aumento da formação de espécies reativas de oxigênio (ROS) que podem desempenhar um papel regulador central em eventos inflamatórios e cardiovasculares. Estudos recentes têm demonstrado que a vitamina D é capaz de reduzir marcadores do estresse oxidativo, bem como modular a produção de citocinas inflamatórias. O objetivo do presente estudo foi avaliar o efeito do pré-tratamento com concentração fisiológica (10-10 M) e suprafisiológica(10-7 M) de 1,25(OH)2D3 na produção do ânion superóxido (O2) e nos fatores de transcrição NF-κB e Nrf2,em células endoteliais humanas estimuladas com diferentes concentrações de leptina (1 e 10 ng/mL). Quando as células foram pré-tratadas com 1,25(OH)2D3, e estimuladas com leptina (1 e 10 ng/mL), a 1,25(OH)2D3 reduziu (p<0,05) a produção de ânion superóxido (O ), principalmente na concentração de 10-7 M. O fator de transcrição NF-κB foi positivamente ativado em células incubadas com 10 ng/mL de leptina, entretanto, quando se realizou o pré-tratamento com 1,25(OH)2D3 houve redução da translocação do NF-κB, assim como a produção de citocinas reguladas por este fator de transcrição. Também foi observado que o pré-tratamento com 10-7 M de 1,25(OH)2D3 aumentou de forma significativa (p<0,05) a expressão do fator de transcrição Nrf2 na fração nuclear em comparação ao controle, principalmente quando associada à 10 ng/mL de leptina (p<0,05). Tomados em conjunto, nossos resultados indicam que o tratamento com ambas as concentrações, 10-10 e 10-7 M de 1,25(OH)2D3 em células endoteliais humanas, foram eficazes em inibir a produção do ânion superóxido (O2), citocinas pró-inflamatórias, bem como inibir a translocação nuclear do fator de transcrição NF-κB, e ativar a via antioxidante Nrf2. Estes achados sugerem que o pré-tratamento com ambas as concentrações (fisiológica e suprafisiológica) de 1,25(OH)2D3 na presença de alta concentração de leptina, pode ter um efeito positivo no endotélio através da regulação de marcadores de inflamação e atividade antioxidante

Expression, purification and characterization of recombinant Jerdonitin, a P-II class snake venom metalloproteinase comprising metalloproteinase and disintegrin domains

Jerdonitin is a P-II class snake venom metalloproteinase comprising metalloproteinase and disintegrin domains. In this study, we established a high-level expression system in Pichia pastoris and developed a purification strategy for the recombinant Jerdonitin. This recombinant Jerdonitin degraded fibrinogen at a level of activity comparable with its wild type. The effects of recombinant Jerdonitin on inhibiting ADP-induced human platelet aggregation were in a dose-dependent manner with an IC50 of 248 nM. In addition, we reported here that Jerdonitin can significantly inhibit the growth of several cell lines, including human liver cancer cells (Bel7402), human leukemia cells (K562) and human gastric carcinoma cells (BGC823). This study offers recombinant Jerdonitin that will be valuable for further functional and structural studies of Jerdonitin. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Studies on advantages of heavy ions in radiotherapy compared with gamma-rays

Hepatoma and melanoma cells were exposed to C-12(6+) beams generated by HIRFL facility and gamma-rays and the cell response was studied by colony assays as well as the analysis of RBE of carbon ions was evolved. The survival curves of cells irradiated by heavy ions were different from those of cells irradiated by gamma-rays. And two kinds of cell showed the obvious discrepancy in response to the photon and ion irradiation. The results showed that heavy ions have special physical properties and mighty potency to kill cell in both single and fractional irradiation meanwhile it can kill tumor cells with high radioresistance more efficiently. When involved in clinical therapy, heavy ions will enhance the therapy efficiency and decrease the suffering of patients because it can impair the repair for sublethal damage of cells which can lead to fewer irradiation fractions.

Biphasic regulation of H2O2 on angiogenesis implicated NADPH oxidase

ROS (reactive oxygen species) take an important signalling role in angiogenesis. Although there are several ways to produce ROS in cells, multicomponent non-phagocytic NADPH oxidase is an important source of ROS that contribute to angiogenesis. In the present work, we examined the effects of H2O2 on angiogenesis including proliferation and migration in HUVECs (human umbilical vein endothelial cells), new vessel formation in chicken embryo CAM (chorioallantoic membrane) and endothelial cell apoptosis, which is closely related to anti-angiogenesis. Our results showed that H2O2 dose-dependently increased the generation of O-2(-) (superoxide anion) in HUVECs, which was suppressed by DPI (diphenylene iodonium) and APO (apocynin), two inhibitors of NADPH oxidase. H2O2 at low concentrations (10 mu M) stimulated cell proliferation and migration, but at higher concentrations, inhibited both. Similarly, H2O2 at 4 nmol/cm(2) strongly induced new vessel formation in CAM, while it suppressed at high concentrations (higher than 4 nmol/cm(2)). Also, H2O2 (200 similar to 500 mu M) could stimulate apoptosis in HUVECs. All the effects of H2O2 on angiogenesis could be suppressed by NADPH oxidase inhibitors, which suggests that NADPH oxidase acts downstream of H2O2 to produce O-2(-) and then to regulate angiogenesis. In summary, our results suggest that H2O2 as well as O-2(-) mediated by NADPH oxidase have biphasic effects on angiogenesis in vitro and in vivo.

辐射联合p53基因转导对人黑色素瘤细胞系生物学效应的研究

恶性黑色素瘤具有早期高度转移潜能，尽管常常检测到野生型p53基因，却对常规放化疗高度抗拒，因此，寻求有效治疗黑色素瘤的方法十分重要。本文就如何将放射治疗与基因治疗有机结合、外源性p53对不同p53状态的黑色素瘤细胞生长抑制和辐射增敏作用，以及外源性P53蛋白对不同传能线密度（LET）射线辐照诱导肿瘤细胞死亡途径的影响做了一些粗浅研究。 首先，采用复制缺陷的重组腺病毒载体(AdCMV-p53)介导人野生型p53基因转染1 Gy X-射线预辐照的黑色素瘤细胞系A375(wt p53)和WM983a(mu p53)，RT-PCR检测mRNA水平，流式细胞仪测定细胞周期阻滞及外源性P53蛋白表达情况,克隆形成率测定辐射后细胞存活率。用携带报道基因的复制缺陷重组腺病毒载体AdCMV-GFP（绿色荧光蛋白）作为对照。结果显示1 Gy X-射线辐照可明显增加AdCMV-p53对A375和WM983a细胞系的基因转导效率，转导的外源性野生型P53可在两种细胞中高效表达，并诱导细胞周期G1期阻滞；单纯转导p53对A375(wt p53)细胞无明显诱导凋亡和生长抑制效应，但可部分诱导WM983a(mu p53)细胞凋亡；而转导p53基因48小时后给予X-射线辐射，两种细胞克隆存活率较其对照组均明显减低；外源性p53基因对WM983a(mu p53)细胞的辐射增敏作用较A375(wt p53)细胞明显。这些结果表明小剂量辐射既可有效增加腺病毒介导的p53转导，又不会对患者产生明显副作用。而且，外源性野生型p53可明显增加黑色素瘤细胞系A375(wt p53)和WM983a(mu p53)的辐射敏感性。提示p53是基因治疗黑色素瘤较好的侯选基因，也为临床上放疗联合基因治疗恶性黑色素瘤提供了实验室依据。 其次，观察了外源性P53蛋白对不同传能线密度（LET）射线辐照诱导肿瘤细胞凋亡和坏死的影响，并探讨其可能的机理。人黑色素瘤细胞系A375（wild-type p53）经携带人野生型p53基因的腺病毒载体（AdCMV-p53）感染后分别给予X-射线和碳离子束照射，采用克隆形成法测定细胞辐射敏感性，Hoechst33258和吖啶橙-溴化乙锭双染，荧光显微镜下观察细胞凋亡和死亡。结果发现：（1）高LET射线辐照时，A375细胞和转导人野生型p53基因的A375细胞（A375/p53）的辐射敏感性没有明显差异；（2）虽然辐射诱导细胞凋亡比例的增加依赖于LET，但是无论高LET或低LET，外源性P53蛋白均可有效诱导细胞凋亡。（3）高LET射线辐照时，A375细胞的坏死细胞明显高于A375/p53细胞。提示尽管高LET射线辐射对A375和A375/p53细胞的存活无明显影响，但是对细胞凋亡的诱导却部分依赖于P53蛋白的功能，提示P53蛋白可能在调节细胞死亡类型中发挥重要作用。这对临床应用高LET射线辐射联合p53基因治疗恶性黑色素瘤有一定参考意义

DNA损伤检验点蛋白表达对肿瘤细胞辐射敏感性的影响

本论文应用X射线和12C6+离子对不同肿瘤细胞：HL-60、K562、SMMC-7721和HepG2进行辐照，用克隆形成率和四唑盐比色法(MTT)测定四种细胞的辐射敏感性；通过流式细胞术测定细胞周期分布、细胞凋亡、ATM和SMC1蛋白的表达变化。应用免疫细胞化学法与流式检测相结合研究了γ-H2AX蛋白表达的时间效应与剂量效应之间的关系。实验结果表明，四种细胞的辐射敏感性由强到弱依次为HL-60>K562>SMMC-7721>HepG2。即ATM表达量越低的细胞对辐射越敏感，周期阻滞水平越低，细胞凋亡越明显，但辐照后ATM蛋白的表达无显著增加，说明ATM的表达量和功能状态与细胞辐射敏感性有关，但其表达水平不能完全反映ATM蛋白激酶的活性。对ATM表达量差异最显著的HepG2和HL-60细胞来说,辐照前SMC1的表达水平与细胞S期的含量没有直接关系，辐照后SMC1蛋白的上调表达在S期阻滞修复中发挥明显的作用。辐照后1h,HL-60和HepG2细胞的H2AX磷酸化水平随吸收剂量的增加呈线性正相关,但曲线斜率与细胞辐射抗性的差异没有直接的联系。γ-H2AX的消失率与存活分数存在良好的相关性，HepG2细胞抗辐射能力强，这一时间短，HL-60细胞抗辐射能力弱，这一时间长。可以用γ-H2AX的消失速率来评估细胞的辐射敏感性。 以SMMC-7721细胞为同步化细胞模型发现，与其它同步化方法相比，步进电机旋转同步化培养法对细胞损伤最小，同步化效率最高，达到M期＞90%，GO/G1期＞80%，S期＞60%，G2/M>50%。同种射线辐照，GO/G1期SMMC-7721细胞的存活相对G2/M期来说较高。12C6+离子辐照明显减小了二者敏感度的差异性

Surface modification of poly(L-lactic acid) to improve its cytocompatibility via assembly of polyelectrolytes and gelatin

Poly(L-lactide) (PLLA) surface was modified via aminolysis by poly(allylamine hydrochloride) (PAH) at high pH and subsequent electrostatic self-assembly of poly(sodium styrenesulfonate) (PSS) and PAH, and the process was monitored by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and contact angle measurement. These modified PLLAs were then used as charged substrates for further incorporation of gelatin to improve their cytocompatibility. The amphoteric nature of the gelatin was exploited and the gelatin was adsorbed to the negatively charged PLLA/PSS and positively charged PLLA/PAH at pH = 3.4 and 7.4, respectively. XPS and water contact angle data indicated that the gelatin adsorption at pH = 3.4 resulted in much higher surface coverage by gelatin than at pH = 7.4. All the modified PLLA surfaces became more hydrophilic than the virgin PLLA. Chondrocyte culture was used to test the cell attachment, cell morphology and cell viability on the modified PLLA substrates.

High-throughput synergy screening identifies microbial metabolites as combination agents for the treatment of fungal infections

The high mortality rate of immunocompromised patients with fungal infections and the limited availability of highly efficacious and safe agents demand the development of new antifungal therapeutics. To rapidly discover such agents, we developed a high-throughput synergy screening (HTSS) strategy for novel microbial natural products. Specifically, a microbial natural product library was screened for hits that synergize the effect of a low dosage of ketoconazole (KTC) that alone shows little detectable fungicidal activity. Through screening of approximate to 20,000 microbial extracts, 12 hits were identified with broadspectrum antifungal activity. Seven of them showed little cytotoxicity against human hepatoma cells. Fractionation of the active extracts revealed beauvericin (BEA) as the most potent component, because it dramatically synergized KTC activity against diverse fungal pathogens by a checkerboard assay. Significantly, in our immunocompromised mouse model, combinations of BEA (0.5 mg/kg) and KTC (0.5 mg/kg) prolonged survival of the host infected with Candida parapsilosis and reduced fungal colony counts in animal organs including kidneys, lungs, and brains. Such an effect was not achieved even with the high dose of 50 mg/kg KTC. These data support synergism between BEA and KTC and thereby a prospective strategy for antifungal therapy.