Quantitative, Time-Resolved Proteomic Analysis Using Bio-Orthogonal Non-Canonical Amino Acid Tagging

Bio-orthogonal non-canonical amino acid tagging (BONCAT) is an analytical method that allows the selective analysis of the subset of newly synthesized cellular proteins produced in response to a biological stimulus. In BONCAT, cells are treated with the non-canonical amino acid L-azidohomoalanine (Aha), which is utilized in protein synthesis in place of methionine by wild-type translational machinery. Nascent, Aha-labeled proteins are selectively ligated to affinity tags for enrichment and subsequently identified via mass spectrometry. The work presented in this thesis exhibits advancements in and applications of the BONCAT technology that establishes it as an effective tool for analyzing proteome dynamics with time-resolved precision.

Chapter 1 introduces the BONCAT method and serves as an outline for the thesis as a whole. I discuss motivations behind the methodological advancements in Chapter 2 and the biological applications in Chapters 2 and 3.

Chapter 2 presents methodological developments that make BONCAT a proteomic tool capable of, in addition to identifying newly synthesized proteins, accurately quantifying rates of protein synthesis. I demonstrate that this quantitative BONCAT approach can measure proteome-wide patterns of protein synthesis at time scales inaccessible to alternative techniques.

In Chapter 3, I use BONCAT to study the biological function of the small RNA regulator CyaR in Escherichia coli. I correctly identify previously known CyaR targets, and validate several new CyaR targets, expanding the functional roles of the sRNA regulator.

In Chapter 4, I use BONCAT to measure the proteomic profile of the quorum sensing bacterium Vibrio harveyi during the time-dependent transition from individual- to group-behaviors. My analysis reveals new quorum-sensing-regulated proteins with diverse functions, including transcription factors, chemotaxis proteins, transport proteins, and proteins involved in iron homeostasis.

Overall, this work describes how to use BONCAT to perform quantitative, time-resolved proteomic analysis and demonstrates that these measurements can be used to study a broad range of biological processes.

Quantitative data on the feeding of Cyclops strenuus Fischer and Cyclops viridis Jurine. [Translation from: Trudy saratov.Otd.vses.nauchno-issled.Inst.ozer.rech.ryb.Khoz. 1, 163-176, 1951.]

Cyclopids, exactly in the same way as daphnids, significant component in the nutrition of plankton-f and the young of the majority of fishes. It is established that the food spectrum of cyclopids is extremely broad: daphnids, planarians, Copepodite stages of copepods (cannibalism), rotifers, protists, bacteria, phytoplankton and so on. It is clear that the problem of studying these or other components of feeding in the general food spectrum can be definitely resolved only after obtaining exact quantitative data on the feeding of cyclopids. This article attempts to fill the gap in the study of the quantitative side of the feeding of cyclopias; in it is investigated the size of the 24-hour ration of cyclopids feeding on protists, the dependence of the ration on some factors of the external medium, and the difference of 24-hour consumption per unit weight of tody with two species of cyclopids (Cyclops strenuus and Cyclops viridis).

Quantitative measurement of domain inversion in RuO2 : LiNbO3 crystal by digital holographic interferometry

We quantitatively study the domain inversion in a RuO2:LiNbO3 crystal wafer by the digital holographic interferometry. The crystal wafer is placed into one arm of a Mach-Zehnder-type interferometer to record a series of holograms. Making use of the angular spectrum backward propagation algorithm, we reconstruct the optical wave field in the crystal plane. The extracted phase difference from the reconstructed optical wave field is a well linear function of the applied external voltage. We deduce that the linear electro-optic coefficient of the detected RuO2:LiNbO3 crystal sample is 9.1x10(-12) m/V. An unexpected phase contrast at the antiparallel domain wall is observed and the influence of the applied external voltage on it is studied in detail. Also the built-in internal field is quantitatively measured as 0.72 kV/mm. (c) 2006 American Institute of Physics.

Rapid quantitative detection of Yersinia pestis by lateral-flow immunoassay and up-converting phosphor technology-based biosensor

Up-converting phosphor technology (UPT)-based lateral-flow immunoassay has been developed for quantitative detection of Yersinia pestis rapidly and specifically. In this assay, 400 nm up-converting phosphor particles were used as the reporter. A sandwich immumoassay was employed by using a polyclonal antibody against F1 antigen of Y. pestis immobilized on the nitrocellulose membrane and the same antibody conjugated to the UPT particles. The signal detection of the strips was performed by the UPT-based biosensor that could provide a 980 nm IR laser to excite the phosphor particles, then collect the visible luminescence emitted by the UPT particles and finally convert it to the voltage as a signal. V-T and V-c stand for the multiplied voltage units for the test and the control line, respectively, and the ratio V-T/V-C is directly proportional to the number of Y pestis in a sample. We observed a good linearity between the ratio and log CFU/ml of Y pestis above the detection limit, which was approximately 10(4) CFU/mI. The precision of the intra- and inter-assay was below 15% (coefficient of variation, CV). Cross-reactivity with related Gram-negative enteric bacteria was not found. The UPT-LF immunoassay system presented here takes less than 30 min to perform from the sample treatment to the data analysis. The current paper includes only preliminary data concerning the biomedical aspects of the assay, but is more concentrated on the technical details of establishing a rapid manual assay using a state-of-the-art label chemistry. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Data Gathering Bias: Trait Vulnerability to Psychotic Symptoms?

Background Jumping to conclusions (JTC) is associated with psychotic disorder and psychotic symptoms. If JTC represents a trait, the rate should be (i) increased in people with elevated levels of psychosis proneness such as individuals diagnosed with borderline personality disorder (BPD), and (ii) show a degree of stability over time. Methods The JTC rate was examined in 3 groups: patients with first episode psychosis (FEP), BPD patients and controls, using the Beads Task. PANSS, SIS-R and CAPE scales were used to assess positive psychotic symptoms. Four WAIS III subtests were used to assess IQ. Results A total of 61 FEP, 26 BPD and 150 controls were evaluated. 29 FEP were revaluated after one year. 44% of FEP (OR = 8.4, 95% CI: 3.9-17.9) displayed a JTC reasoning bias versus 19% of BPD (OR = 2.5, 95% CI: 0.8-7.8) and 9% of controls. JTC was not associated with level of psychotic symptoms or specifically delusionality across the different groups. Differences between FEP and controls were independent of sex, educational level, cannabis use and IQ. After one year, 47.8% of FEP with JTC at baseline again displayed JTC. Conclusions JTC in part reflects trait vulnerability to develop disorders with expression of psychotic symptoms.

Étude quantitative de l'upwelling sur le plateau continental ivorien

A wind-driven upwelling occurs on the continental shelf of Ivory Coast during the northern summer months; by studying the average conditions in the wind field, it has been found that in steady state the vertical speed upwards does not exceed 70 cm per day. The vertical flow per km super(2) is estimated in 46 m super(3)/s for a channel 50 m depth and in 92m super(3)/s for a channel 300 m depth. This study does not include the inclination of isopycnes in geostrophic adjustment with the variations of the Guinea current.

Qualitative and quantitative aspects of the food of Ethmalosa fimbriata (Bowdich) in the Ebrié lagoon (Côte d'Ivoire)

The food of Ethmalosa fimbriata in the central part of the Ebrié lagoon, where the salinity is low, consists on limnic phytoplankton. In the region near Abidjan, which is more strongly influenced by coastal water, it consists of marine phyto- and zooplankton. The daily ration of a 12.5 cm fork-length fish is estimated to be between 2 and 3 % of its body weight.

Mutações no gene JARID1C e rearranjos subteloméricos como causas de deficiência intelectual familiar de etiologia idiopática

A Deficiência Intelectual (DI) é uma condição complexa, que acomete 2-3% da população mundial, constituindo um importante problema de saúde pública. No entanto, uma parcela significativa dos casos de DI permanece sem um diagnóstico definitivo, o que demonstra que muitos fatores etiológicos associados a esta condição ainda precisam ser elucidados. Há um consenso de que o número de homens com DI supera em 30% o número de mulheres, um achado atribuído à presença de mutações em genes localizados no cromossomo X. Dentre os genes presentes neste cromossomo que são expressos no cérebro, o Jumonji AT-rich interactive domain 1C (JARID1C) foi identificado como um potencial candidato a estar relacionado à DI ligada ao X (DILX). O gene JARID1C codifica uma desmetilase da lisina 4 da histona H3 (H3K4), imprescindível para a regulação epigenética. Tão importante quanto o estudo do gene JARID1C em pacientes com DI é a busca por variações no número de cópias gênicas (VNCs) em regiões cromossômicas subteloméricas. Genes relacionados ao desenvolvimento cerebral são enriquecidos em VNCs e as regiões subteloméricas são mais susceptíveis à formação destes rearranjos. Diante do exposto, neste estudo, investigamos mutações no gene JARID1C (exons 3, 4, 5, 8, 10, 14 e 23) em 148 homens portadores de DI pertencentes a famílias com padrão de segregação sugestivo de DILX. Paralelamente, analisamos VNCs subteloméricas em 174 homens com DI familiar de etiologia idiopática, independente do padrão de segregação. Para todos os indivíduos selecionados, amostras de DNA genômico foram extraídas a partir de sangue periférico e alterações genéticas frequentemente relacionadas à DI foram previamente excluídas (expansões trinucleotídicas nos loci FRAXA e FRAXE e mutações nos genes MECP2 e ARX). A análise do gene JARID1C foi realizada pela técnica de PCR, seguida da análise dos produtos amplificados por sequenciamento. Foram identificadas quatro variantes silenciosas (c.564G>A, c.633G>C, c.1884G>A, c.1902C>A). Através da análise in silico de sequências exônicas acentuadoras de splicing (ESEs) localizadas nas posições das variantes encontradas, foi possível classificar a variante c.1884G>A como neutra e as três variantes restantes como possíveis criadoras de ESEs. Já para a investigação das VNCs subteloméricas, foi utilizada a metodologia de Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification (MLPA), capaz de identificar microdeleções e microduplicações nas 46 regiões subteloméricas. Para este fim, inicialmente, os indivíduos foram investigados pelo kit de MLPA P036, enquanto que para aqueles que exibiram alterações também foi utilizado o kit P070. A validação das VNCs encontradas foi realizada por PCR quantitativo em Tempo Real. A análise por MLPA revelou um indivíduo apresentando duas deleções (9p e 13q), um indivíduo apresentando duas amplificações (1p e 2p), dois indivíduos apresentando uma deleção e uma amplificação (18p e 18q; 4p e 8p), quatro indivíduos portadores de uma deleção cada (10p, 20p, 3q e 22q) e dois indivíduos com uma amplificação cada (7q e 20p). Algumas das alterações subteloméricas encontradas (2,87%) representam VNCs de relevância clínica para o estudo da DI, reforçando a importância do rastreamento de rotina de VNCs subteloméricas na DI familiar. Consideramos que a elucidação de novos genes ou mecanismos moleculares diretamente relacionados à DI é um caminho promissor e urgente para o estabelecimento de novas estratégias terapêuticas possíveis.

The calibration of a semi-quantitative approach to fish stock assessment in the North West Region of the NRA

(1) A total of 45 sites was sampled, each being fished using the semi-quantitative and quantitative techniques. (2) A significant relationship existed between the semi-quantitative and Quantitative results for all age groups of salmonids (R2 83.4% to 96.1%, p < 0.0001). (3) The results from each site were categorised according to an existing classification system for quantitative and semi-quantitative data. The semi-quantitative component of this system was modified using the results of this investigation. The degree of error associated with sites classified semi-quantitatively was found to be slightly less when using the modified system for 0+ salmon, > 0+ salmon and 0+ trout, ranging from 10.5% to 30%. (4) Insufficient data points were available for the analysis of coarse fish data.

Análise do polimorfismo numérico de sequências repetitivas em múltiplos loci (MLVA) como instrumentos de avaliação da diversidade genética de Streptococcus pneumoniae do sorotipo 14

Streptococcus pneumoniae é um importante agente etiológico de infecções invasivas e não invasivas, incluindo meningite, pneumonia e otite média. A cápsula polissacarídica é o principal fator de virulência desse microrganismo, sendo também considerada um importante marcador em estudos epidemiológicos. Dentre os mais de 90 tipos capsulares conhecidos, o sorotipo 14 se destaca pela prevalência elevada em várias regiões, inclusive no Brasil. A avaliação da diversidade genética desse microrganismo também inclui a aplicação de métodos moleculares, como PFGE e MLST. Entretanto, essas metodologias são relativamente onerosas, consomem muito tempo e os resultados obtidos com a técnica de PFGE são de difícil comparação entre diferentes laboratórios. A técnica de análise do polimorfismo numérico de segmentos repetitivos em múltiplos loci [MLVA, do inglês Multiple Loci VTNR (Variable-Number Tandem Repeat) Analysis] se apresenta como uma alternativa, embora ainda necessite de padronização e avaliação mais ampla para a espécie em questão. No presente estudo, 60 amostras de Streptococcus pneumoniae pertencentes ao sorotipo 14, isoladas de diversas fontes clínicas, em diferentes locais e períodos de tempo, foram caracterizadas pelas técnicas de MLVA (baseada na análise de 18 loci distintos), MLST, PFGE e tipagem do gene pspA. O gene pspA2 predominou entre as amostras analisadas, seguido pelo gene pspA1. Os tipos de MLVA, perfis de PFGE, e STs encontrados apresentaram resultados, em geral, concordantes, indicando o elevado poder discriminatório da versão da técnica de MLVA empregada. Cinco complexos clonais (CC) de MLVA e cinco singletons puderam ser definidos. O CC de MLVA denominado de L7 foi o predominante, compreendendo 36,7% da amostragem estudada. O CC L7 mostrou-se relacionado com genes pspA da família 2, com o CC1 de MLST, com o CC Pen14-H de PFGE, e com a não susceptibilidade à penicilina, Entre os complexos clonais de MLST, o CC1 foi o prevalente e incluiu predominantemente o ST156, pertencente ao clone internacional Spain9V-3. O CC L3 e o singleton L17 de MLVA apresentaram-se associados ao CC de PFGE Eri14-A, a família 1 de PspA e ao CC2 de MLST, que por sua vez também estava relacionado com o clone internacional England14-9. O CC L15 de MLVA esteve associado ao CC de PFGE Pen14-A, ao gene pspA2, aos CC3 e CC4 de MLST e ao clone internacional do PMEN Tennessee14-18. A técnica de MLVA revelou-se significativamente mais discriminatória que as técnicas de PFGE e MLST, conforme exemplificado pela detecção de 21 perfis de MLVA, 13 perfis de PFGE e cinco STs, entre as 22 amostras pertencentes ao CC de MLVA L7. Uma versão de MLVA, compreendendo um painel com os oito loci de maior poder discriminatório, pôde ser proposta a partir da análise dos resultados obtidos. Estes aspectos, aliados ao menor tempo e custo de execução, indicam que a técnica de MLVA constitui uma alternativa importante e satisfatória para uso em estudos sobre a diversidade genética de S. pneumoniae.