Feedback-inducible nuclear-receptor-driven reporter gene expression in transgenic mice

Understanding nuclear receptor signaling in vivo would be facilitated by an efficient methodology to determine where a nuclear receptor is active. Herein, we present a feedback-inducible expression system in transgenic mice to detect activated nuclear receptor effector proteins by using an inducible reporter gene. With this approach, reporter gene induction is not limited to a particular tissue, and, thus, this approach provides the opportunity for whole-animal screens. Furthermore, the effector and reporter genes are combined to generate a single strain of transgenic mice, which enables direct and rapid analysis of the offspring. The system was applied to localize sites where the retinoic acid receptor ligand-binding domain is activated in vivo. The results identify previously discovered sources of retinoids in the embryo and indicate the existence of previously undiscovered regions of retinoic acid receptor signaling in vivo. Notably, the feedback-inducible nuclear-receptor-driven assay, combined with an independent in vitro assay, provides evidence for a site of retinoid synthesis in the isthmic mesenchyme. These data illustrate the potential of feedback-inducible nuclear-receptor-driven analyses for assessing in vivo activation patterns of nuclear receptors and for analyzing pharmacological properties of natural and synthetic ligands of potential therapeutic value.

Varying the number of telomere-bound proteins does not alter telomere length in tel1Δ cells

Yeast telomere DNA consists of a continuous, ≈330-bp tract of the heterogeneous repeat TG1-3 with irregularly spaced, high affinity sites for the protein Rap1p. Yeast monitor, or count, the number of telomeric Rap1p C termini in a negative feedback mechanism to modulate the length of the terminal TG1-3 repeats, and synthetic telomeres that tether Rap1p molecules adjacent to the TG1-3 tract cause wild-type cells to maintain a shorter TG1-3 tract. To identify trans-acting proteins required to count Rap1p molecules, these same synthetic telomeres were placed in two short telomere mutants: yku70Δ (which lack the yeast Ku70 protein) and tel1Δ (which lack the yeast ortholog of ATM). Although both mutants maintain telomeres with ≈100 bp of TG1-3, only yku70Δ cells maintained shorter TG1-3 repeats in response to internal Rap1p molecules. This distinct response to internal Rap1p molecules was not caused by a variation in Rap1p site density in the TG1-3 repeats as sequencing of tel1Δ and yku70Δ telomeres showed that both strains have only five to six Rap1p sites per 100-bp telomere. In addition, the tel1Δ short telomere phenotype was epistatic to the unregulated telomere length caused by deletion of the Rap1p C-terminal domain. Thus, the length of the TG1-3 repeats in tel1Δ cells was independent of the number of the Rap1p C termini at the telomere. These data indicate that tel1Δ cells use an alternative mechanism to regulate telomere length that is distinct from monitoring the number of telomere binding proteins.

BIM1 Encodes a Microtubule-binding Protein in Yeast

A previously uncharacterized yeast gene (YER016w) that we have named BIM1 (binding to microtubules) was obtained from a two-hybrid screen of a yeast cDNA library using as bait the entire coding sequence of TUB1 (encoding α-tubulin). Deletion of BIM1 results in a strong bilateral karyogamy defect, hypersensitivity to benomyl, and aberrant spindle behavior, all phenotypes associated with mutations affecting microtubules in yeast, and inviability at extreme temperatures (i.e., ≥37°C or ≤14°C). Overexpression of BIM1 in wild-type cells is lethal. A fusion of Bim1p with green fluorescent protein that complements the bim1Δ phenotypes allows visualization in vivo of both intranuclear spindles and extranuclear microtubules in otherwise wild-type cells. A bim1 deletion displays synthetic lethality with deletion alleles of bik1, num1, and bub3 as well as a limited subset of tub1 conditional-lethal alleles. A systematic study of 51 tub1 alleles suggests a correlation between specific failure to interact with Bim1p in the two-hybrid assay and synthetic lethality with the bim1Δ allele. The sequence of BIM1 shows substantial similarity to sequences from organisms across the evolutionary spectrum. One of the human homologues, EB1, has been reported previously as binding APC, itself a microtubule-binding protein and the product of a gene implicated in the etiology of human colon cancer.

ACTIVITY: a database on DNA/RNA sites activity adapted to apply sequence-activity relationships from one system to another

ACTIVITY is a database on DNA/RNA site sequences with known activity magnitudes, measurement systems, sequence-activity relationships under fixed experimental conditions and procedures to adapt these relationships from one measurement system to another. This database deposits information on DNA/RNA affinities to proteins and cell nuclear extracts, cutting efficiencies, gene transcription activity, mRNA translation efficiencies, mutability and other biological activities of natural sites occurring within promoters, mRNA leaders, and other regulatory regions in pro- and eukaryotic genomes, their mutant forms and synthetic analogues. Since activity magnitudes are heavily system-dependent, the current version of ACTIVITY is supplemented by three novel sub-databases: (i) SYSTEM, measurement systems; (ii) KNOWLEDGE, sequence-activity relationships under fixed experimental conditions; and (iii) CROSS_TEST, procedures adapting a relationship from one measurement system to another. These databases are useful in molecular biology, pharmacogenetics, metabolic engineering, drug design and biotechnology. The databases can be queried using SRS and are available through the Web, http://wwwmgs.bionet.nsc.ru/systems/Activity/.

Flavonoids Promote Haustoria Formation in the Root Parasite Triphysaria versicolor1

Parasitic plants in the Scrophulariaceae develop infective root structures called haustoria in response to chemical signals released from host-plant roots. This study used a simple in vitro assay to characterize natural and synthetic molecules that induce haustoria in the facultative parasite Triphysaria versicolor. Several phenolic acids, flavonoids, and the quinone 2,6-dimethoxy-p-benzoquinone induced haustoria in T. versicolor root tips within hours after treatment. The concentration at which different molecules were active varied widely, the most active being 2,6-dimethoxy-p-benzoquinone and the anthocyanidin peonidin. Maize (Zea mays) seeds are rich sources of molecules that induce T. versicolor haustoria in vitro, and chromatographic analyses indicated that the active molecules present in maize-seed rinses include anthocyanins, other flavonoids, and simple phenolics. The presence of different classes of inducing molecules in seed rinses was substantiated by the observation that maize kernels deficient in chalcone synthase, a key enzyme in flavonoid biosynthesis, released haustoria-inducing molecules, although at reduced levels compared with wild-type kernels. We discuss these results in light of existing models for host perception in the related parasitic plant Striga.

A new endogenous natriuretic factor: LLU-alpha.

For over three decades, renal physiology has sought a putative natriuretic hormone (third factor) that might control the body's pool of extracellular fluid, an important determinant in hypertension, congestive heart failure, and cirrhosis. In our search for this hormone, we have isolated several pure natriuretic factors from human uremic urine that would appear, alone or in combination, to mark a cluster of phenomena previously presumed to be that of a single "natriuretic hormone." This paper reports the purification, chemical structure, and total synthesis of the first of these compounds, LLU-alpha, which proved to be 2,7,8-trimethyl-2-(beta-carboxyethyl)-6-hydroxychroman, presumably a metabolite of gamma-tocopherol. Both natural LLU-alpha and synthetic material are identical (except for optical activity) with respect to structure and biological activity. It appears that the natriuretic activity of LLU-alpha is mediated by inhibition of the 70 pS K+ channel in the apical membrane of the thick ascending limb of the kidney.

Novel retinoic acid receptor ligands in Xenopus embryos.

Retinoids are a large family of natural and synthetic compounds related to vitamin A that have pleiotropic effects on body physiology, reproduction, immunity, and embryonic development. The diverse activities of retinoids are primarily mediated by two families of nuclear retinoic acid receptors, the RARs and RXRs. Retinoic acids are thought to be the only natural ligands for these receptors and are widely assumed to be the active principle of vitamin A. However, during an unbiased, bioactivity-guided fractionation of Xenopus embryos, we were unable to detect significant levels of all-trans or 9-cis retinoic acids. Instead, we found that the major bioactive retinoid in the Xenopus egg and early embryo is 4-oxoretinaldehyde, which is capable of binding to and transactivating RARs. In addition to its inherent activity, 4-oxoretinaldehyde appears to be a metabolic precursor of two other RAR ligands, 4-oxoretinoic acid and 4-oxoretinol. The remarkable increase in activity of retinaldehyde and retinol as a consequence of 4-oxo derivatization suggests that this metabolic step could serve a critical regulatory function during embryogenesis.

Activation of c-Jun N-terminal kinase in bacterial lipopolysaccharide-stimulated macrophages.

Activation of macrophages by bacterial lipopolysaccharide (LPS) induces transcription of genes that encode for proinflammatory regulators of the immune response. Previous work has suggested that activation of the transcription factor activator protein 1 (AP-1) is one LPS-induced event that mediates this response. Consistent with this notion, we found that LPS stimulated AP-1-mediated transcription of a transfected reporter gene in the murine macrophage cell line RAW 264.7. As AP-1 activity is regulated in part by activation of the c-Jun N-terminal kinase (JNK), which phosphorylates and subsequently increases the transcriptional activity of c-Jun, we examined whether LPS treatment of macrophages resulted in activation of this kinase. LPS treatment of RAW 264.7 cells, murine bone marrow-derived macrophages, and the human monocyte cell line THP-1 resulted in rapid activation of the p46 and p54 isoforms of JNK. Treatment with wild-type and rough mutant forms of LPS and synthetic lipid A resulted in JNK activation, while pretreatment with the tyrosine kinase inhibitor herbimycin A inhibited this response. Binding of LPS-LPS binding protein (LBP) complexes to CD14, a surface receptor that mediates many LPS responses, was found to be crucial, as pretreatment of THP-1 cells with the monoclonal antibody 60b, which blocks this binding, inhibited JNK activation. These results suggest that LPS activation of JNK in monocyte/macrophage cells is a CD14- and protein tyrosine phosphorylation-dependent event that may mediate the early activation of AP-1 in regulating LPS-triggered gene induction.

Redirecting the specificity of ubiquitination by modifying ubiquitin-conjugating enzymes.

Depletion of specific cellular proteins is a powerful tool in biological research and has many medical and agricultural benefits. In contrast to genetic methods currently available to attenuate protein levels, we describe an alternative approach that redirects the ubiquitin-dependent proteolytic pathway to facilitate specific proteolytic removal. Degradation via the ubiquitin pathway requires the prior attachment of multiple ubiquitins to the target protein. This attachment is accomplished, in part, by a family of enzymes designated E2s (or ubiquitin-conjugating enzymes), some of which use domains near their C termini for target recognition. Here, we demonstrate that E2 target recognition can be redefined by engineering E2s to contain appropriate protein-binding peptides fused to their C termini. In five dissimilar examples, chimeric E2s were created that recognized and ubiquitinated their respective binding partners with high specificity. We also show that ubiquitination of one protein targeted by this method led to its ATP-dependent degradation in vitro. Thus, by exploiting interacting domains derived from natural and synthetic ligands, it may be possible to design E2s capable of directing the selective removal of many intracellular proteins.

Radiometal labeling of recombinant proteins by a genetically engineered minimal chelation site: technetium-99m coordination by single-chain Fv antibody fusion proteins through a C-terminal cysteinyl peptide.

We describe a method to facilitate radioimaging with technetium-99m (99mTc) by genetic incorporation of a 99mTc chelation site in recombinant single-chain Fv (sFv) antibody proteins. This method relies on fusion of the sFv C terminus with a Gly4Cys peptide that specifically coordinates 99mTc. By using analogues of the 26-10 anti-digoxin sFv as our primary model, we find that addition of the chelate peptide, to form 26-10-1 sFv', does not alter the antigen-binding affinity of sFv. We have demonstrated nearly quantitative chelation of 0.5-50 mCi of 99mTc per mg of 26-10-1 sFv' (1 Ci = 37 GBq). These 99mTc-labeled sFv' complexes are highly stable to challenge with saline buffers, plasma, or diethylenetriaminepentaacetic acid. We find that the 99mTc-labeled 741F8-1 sFv', specific for the c-erbB-2 tumor-associated antigen, is effective in imaging human ovarian carcinoma in a scid mouse tumor xenograft model. This fusion chelate methodology should be applicable to diagnostic imaging with 99mTc and radioimmunotherapy with 186Re or 188Re, and its use could extend beyond the sFv' to other engineered antibodies, recombinant proteins, and synthetic peptides.

TRAP, the trp RNA-binding attenuation protein of Bacillus subtilis, is a toroid-shaped molecule that binds transcripts containing GAG or UAG repeats separated by two nucleotides.

The trp RNA-binding attenuation protein of Bacillus subtilis, TRAP, regulates both transcription and translation by binding to specific transcript sequences. The optimal transcript sequences required for TRAP binding were determined by measuring complex formation between purified TRAP protein and synthetic RNAs. RNAs were tested that contained repeats of different trinucleotide sequences, with differing spacing between the repeats. A transcript containing GAG repeats separated by two-nucleotide spacers was bound most tightly. In addition, transmission electron microscopy was used to examine the structure of TRAP and the TRAP-transcript complex. TRAP was observed to be a toroid-shaped oligomer when free or when bound to either a natural or a synthetic RNA.

Influência da configuração da célula combustível microbiana na geração de energia elétrica a partir da degradação de compostos orgânicos

Nessa pesquisa foram testadas tanto CCM com membranas e sem membranas que tinham por característica reproduzir sistemas de tratamento de esgoto sanitário. A etapa experimental desse trabalho foi dividida entre o Brasil (ensaios com CCM sem a MTP e utilizando esgoto sanitário) e Portugal (ensaios com CCM tradicionais de uma e duas câmaras, utilizando água residuária sintética e a bactéria Lactobacillus pentosus). A execução em dois locais diferentes resultou em um maior aprofundamento e desenvolvimento da pesquisa. As CCM foram avaliadas principalmente quanto ao potencial elétrico e eficiência da degradação de compostos orgânicos (esgoto sanitário e água residuária sintética). Para os dados obtidos no Brasil, as três configurações apresentaram maior diferença na potência em função do modo de operação. A operação intermitente apresentou a maior potência (11 mW/m2) para a CCM cilíndrica de fluxo ascendente, enquanto que operação continua a maior potência (4,2 mW/m2) foi obtida para a CCM retangular de fluxo horizontal, a qual também apresentava uma maior facilidade na manutenção quanto aos eletrodos (adição/remoção). A CCM cúbica de fluxo ascendente devido a sua concepção simples demandava um sistema complementar para o aumento da remoção de DQO. Apesar da baixa potência mensurada para os ensaios realizados no Brasil há de se pontuar que os mesmos foram obtidos para reatores sem membranas e utilizando o esgoto sanitário, o qual apresentou grande sazonalidade. Para a etapa realizada em Portugal, foi possível realizar quinze diferentes ensaios e mais um ensaio específico de crescimento. A maior potência (10,37 mW/m2) foi obtida para CCM de câmara dupla operada de modo contínuo para um tempo de detenção hidráulico (TDH) de 20 horas. A maior potência obtida para a CCM de câmara única foi de 5,53 mW/m2 quando houve a adição do extrato de levedura (função teórica de mediador). A potência da CCM, na maioria das vezes, esteve relacionada à proporção de sólidos voláteis e totais, SV/ST, quantidade de bactérias, pH, características de operação e por fim a configuração da CCM. O ensaio de crescimento revelou a correlação da potência em função da quantidade de bactérias inseridas da massa do biofilme (SV) e mostra-se como uma ferramenta na avaliação da potência das CCM.

Avaliação da remoção de nitrogênio via nitrificação e desnitrificação simultânea em um reator biológico com leito móvel (IFAS).

O fenômeno conhecido como Nitrificação e Desnitrificação Simultânea (SND) significa que em um mesmo reator ocorre simultaneamente a nitrificação e a desnitrificação, sob condições de operações idênticas, podendo ser justificada principalmente pela teoria de microambiente no floco ou biofilme. Assim, em um único reator, sob condições controladas de oxigênio dissolvido (OD) e elevados tempos de residênciacelular épossível que ocorra a nitrificação e a criação de zonas anóxicas no interior dos flocos ou biofilme para a ocorrência da desnitrificação. Neste sentido, a tecnologia MBBR/IFAStem como característicaelevado tempo de residência celular do biofilme formado nos meios suporte presentes no reator. Deste modo, neste estudo avaliou-se a remoção de nitrogênio via SND em um sistema IFAS quando submetido a diferentes concentrações de OD e Tempo de DetençãoHidraulica de 5,5 e 11 horas, tratando efluente sanitário e efluente sintético. Os resultados experimentais demonstraram que pode ser possível desenvolver efetiva SND com concentrações de OD média de 1,0 mg.L-1 e 1,5 mg.L-1. Sendo que, foram obtidas eficiência média de remoção de NTde cerca de 68% e concentrações médias efluente de N-NH4 de aproximadamente 5,0 mg L-1, de N-NO3 inferiores a 4,5 mg L-1 e de N-NO2 em torno de 0,1 mg L-1, e com eficiência média de remoção DQO solúvel acima de 90%, quando empregado efluente sintético. Ademais, por meio da avaliação da emissão de Óxido Nitroso (N2O), foi possível comprovar que a desnitrificação ocorreu de forma efetiva.

Flotação aplicada ao pós-tratamento do efluente de reator anaeróbio de leito expandido tratando esgoto sanitário

Este trabalho apresenta e discute os resultados de um estudo amplo e aprofundado sobre os principais parâmetros operacionais da flotação por ar dissolvido, utilizada no pós-tratamento de efluentes de um reator anaeróbio de leito expandido (RALEx), tratando 10 m3/hora de esgoto sanitário. Foram realizados preliminarmente ensaios utilizando o flotateste, unidade de flotação em escala de laboratório, para identificar as melhores dosagens de coagulante (cloreto férrico), o polímero mais adequado, dentre os 26 testados, e sua respectiva dosagem, o pH de coagulação adequado, o tempo (Tf) e o gradiente de velocidade (Gf) de floculação mais apropriados e a quantidade de ar (S*) requerida. Para obtenção das condições operacionais adequadas para a unidade piloto de flotação, os valores de Tf e de Gf foram variados de zero a 24 minutos e de 40 a 100 s-1, respectivamente. As concentrações de cloreto férrico e de polímero sintético variaram de 15 a 92 mg/L e de 0,25 a 7,0 mg/L, respectivamente. S* variou de 2.85 a 28.5 gramas de ar por metro cúbico de efluente e a taxa de aplicação superficial na unidade de flotação abrangeu de 180 a 250 m3/m2/d. O desempenho da flotação durante a partida do reator anaeróbio também foi investigado. O uso de 50 mg/L de cloreto férrico, de Tf igual a 20 min e Gf de 80 s-1, de S* de 19,7 g de ar por m3 de efluente e taxa de 180 m3/m2/d produziu excelentes resultados nos ensaios com a instalação piloto de flotação, com elevadas remoções de carga de DQO (80,6%), de fósforo total (90,1%) e de sólidos suspensos totais (92,1%) e com turbidez entre 1,6 e 15,4 uT e residuais de ferro de 0,5 mg/L, com remoção estimada, na forma de lodo, de 77 gramas de SST por m3 de efluente tratado. Nestas mesmas condições, no sistema RALEx+FAD, foram observadas remoções globais de 91,6% de carga de DQO, de 90,1% de carga de fósforo e de 96,6% de carga de SST. O emprego da flotação por ar dissolvido (FAD) mostrou-se alternativa bastante atraente para o pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios. Se a coagulação estiver bem ajustada, o sistema composto de reator anaeróbio seguido de unidade de flotação consegue alcançar excelente remoção de matéria orgânica, redução significativa da concentração de fósforo e de sólidos suspensos, além de precipitação dos sulfetos dissolvidos, gerados no reator anaeróbio. Bons resultados foram alcançados mesmo quando o reator RALEx produziu efluentes de baixa qualidade durante seu período de partida. Nesse período, o sistema de flotação atuou como barreira eficaz, evitando a emissão de efluente de baixa qualidade do sistema.

Avaliação do processamento por atrito linear em chapas da liga de titânio Ti-6Al-4V.

Esta tese tem por objetivo a aplicação do processamento por atrito linear na liga de titânio Ti-6Al-4V. Derivado da solda por atrito linear, é um processo recente desenvolvido na década de 90 para união de alumínio. Sua aplicação em outros tipos de materiais como aços e ligas de alto desempenho, em especial o titânio, tem interessado a industria. A metodologia utilizada nesta tese para avaliar o processamento por atrito linear, consistiu na execução de ensaios mecânicos de tração em condições mistas em chapas da liga de titânio Ti-6Al-4V. A máquina utilizada para o processamento das chapas foi um centro de usinagem CNC convencional, adaptado com dispositivos especiais. Além dos ensaios de tração em condições mistas, foram executadas medições de microdurezas nas regiões atingidas pelo processo, avaliação das microestruturas resultantes e medições de tensão residual para uma caracterização mais ampla do processo. As microestruturas na região processada são caracterizadas por uma estrutura totalmente transformada. As temperaturas de pico na região processada excederam a temperatura -transus durante o processamento e a transformação da fase + ocorreu durante a fase de resfriamento. A transformação da fase para resultou na formação de agulhas de fase nos contornos e pelo interior dos grãos da fase . Pequenas regiões com estrutura equiaxial de grãos ( globular) foram observados na zona de processamento. A abordagem dos resultados quantitativos foi feita de forma estatística, visando identificar os parâmetros de maior interação com os resultados observados. Foi identificado nesta tese que a rotação da ferramenta apresentou a maior influência nos resultados de tensão residual, microdureza e tensão de escoamento. Uma importante contribuição à modelagem da tensão de escoamento para materiais anisotrópicos é proposta, baseado em um critério de escoamento ortotrópico. Equações complementares baseadas nos testes mistos de tração e cisalhamento são propostas para modificar o modelo ortotrópico. O intuito deste modelo é indicar em que condições o material tem seu regime de escoamento atingido, podendo servir de base para simulações práticas de peças em condições similares.