Differential binding of ppGpp and pppGpp to E-coli RNA polymerase: photo-labeling and mass spectral studies

(p) ppGpp, a secondary messenger, is induced under stress and shows pleiotropic response. It binds to RNA polymerase and regulates transcription in Escherichia coli. More than 25 years have passed since the first discovery was made on the direct interaction of ppGpp with E. coli RNA polymerase. Several lines of evidence suggest different modes of ppGpp binding to the enzyme. Earlier cross-linking experiments suggested that the beta-subunit of RNA polymerase is the preferred site for ppGpp, whereas recent crystallographic studies pinpoint the interface of beta'/omega-subunits as the site of action. With an aim to validate the binding domain and to follow whether tetra-and pentaphosphate guanosines have different location on RNA polymerase, this work was initiated. RNA polymerase was photo-labeled with 8-azido-ppGpp/8-azido-pppGpp, and the product was digested with trypsin and subjected to mass spectrometry analysis. We observed three new peptides in the trypsin digest of the RNA polymerase labeled with 8-azido-ppGpp, of which two peptides correspond to the same pocket on beta'-subunit as predicted by X-ray structural analysis, whereas the third peptide was mapped on the beta-subunit. In the case of 8-azido-pppGpp-labeled RNA polymerase, we have found only one cross-linked peptide from the beta'-subunit. However, we were unable to identify any binding site of pppGpp on the beta-subunit. Interestingly, we observed that pppGpp at high concentration competes out ppGpp bound to RNA polymerase more efficiently, whereas ppGpp cannot titrate out pppGpp. The competition between tetraphosphate guanosine and pentaphosphate guanosine for E. coli RNA polymerase was followed by gel-based assay as well as by a new method known as DRaCALA assay.

Mass spectrometric analysis of dimer-disrupting mutations in Plasmodium triosephosphate isomerase

Electrospray ionization mass spectrometry (ESI MS) under nanospray conditions has been used to examine the effects of mutation at two key dimer interface residues, Gln (Q) 64 and Thr (T) 75, in Plasmodium falciparum triosephosphate isomerase. Both residues participate in an intricate network of intra- and intersubunit hydrogen bonds. The gas phase distributions of dimeric and monomeric protein species have been examined for the wild type enzyme (TWT) and three mutants, Q64N, Q64E, and 175S, under a wide range of collision energies (40-160 eV). The results established the order of dimer stability as TWT > T75S > Q64E similar to Q64N. The mutational effects on dimer stability are in good agreement with the previously reported estimates, based on the concentration dependence of enzyme activity. Additional experiments in solution, using inhibition of activity by a synthetic dimer interface peptide, further support the broad agreement between gas phase and solution studies. (C) 2016 Elsevier Inc. All rights reserved.

Análise de uma heme oxigenase funcional em Trypanosoma cruzi

O Trypanosoma cruzi é o agente etiológico da doença de Chagas, transmitida através de insetos vetores triatomíneos durante a alimentação no hospedeiro vertebrado. Os triatomíneos ingerem numa única alimentação cerca de 10 mM de heme ligado à hemoglobina. O heme é uma importante molécula no metabolismo dos organismos. Um mecanismo intracelular importante no controle de sua homeostase é a degradação enzimática pela Heme Oxigenase (HO) formando biliverdina (Bv), monóxido de carbono e ferro. Como esta enzima não está presente no genoma de T. cruzi, esse trabalho tem por objetivo identificar uma atividade funcional de HO neste parasito, uma vez que dados do nosso laboratório mostram a presença de biliverdina nas incubações dessas células com heme. No presente trabalho testamos o efeito do SnPPIX (inibidor da HO-1), CoPPIX (indutor da HO-1) e Bv sobre a proliferação da forma epimastigota do parasito. A adição de SnPPIX diminuiu a proliferação do parasito na tanto na ausência quanto na presença de heme. Quando a Bv foi adicionada à cultura esse efeito foi revertido; a Bv aumenta a proliferação celular na presença de heme. Por outro lado, a adição de CoPPIX não interferiu na proliferação. Posteriormente, mostramos através da técnica de immunoblotting, utilizando anticorpo monoclonal contra a HO-1, um aumento da expressão de uma proteína em resposta ao heme. Diferentemente das HO-1 já descritas que possuem massa molecular de 32 kDa, a única banda reconhecida pelo anticorpo apresenta 45 kDa. Analisamos também a expressão da HO-1 na presença de CoPPIX, SnPPIX e biliverdina, e somente o CoPPIX foi capaz de modular os níveis de expressão da HO-1. A análise estrutural através da técnica de imunocitoquímica mostrou uma maior expressão da enzima na presença de heme, e que a HO-1 de T. cruzi pode ter mais de uma localização, apresentando marcação citoplasmática e glicossomal. A fim de investigar a sequência da HO-1 de T. cruzi, o DNA genômico foi extraído para amplificação por PCR do gene da HO-1 utilizando oligonucleotídeos desenhados no genoma de T. cruzi. Os dois pares de oligonucleotídeos utilizados nao foram capazes de amplificar uma sequência equivalente a uma HO. Em seguida, utilizamos a técnica de imunoprecipitação, seguida de immunoblotting, com anticorpo anti-HO-1, com objetivo de concentrar a proteína alvo, e observamos um aumento significativo do imunocomplexo nas células tratadas com heme 300 mM, cerca de 2 vezes em relação ao controle. Dando seguimento à tentativa de identificação da HO-1 de T. cruzi, utilizamos a técnica de espectrometria de massa a partir de eletroforese unidimensional, que mostrou uma grande alteração do perfil protéico na presença de heme, mas futuros experimentos são necessários, como eletroforese 2D, para a identificação da proteína alvo

Analytical strategies to solve problems in industrial and official laboratories

210 p.

Pharmacological Blockade of Cannabinoid CB1 Receptors in Diet-Induced Obesity Regulates Mitochondrial Dihydrolipoamide Dehydrogenase in Muscle

Cannabinoid CB1 receptors peripherally modulate energy metabolism. Here, we investigated the role of CB1 receptors in the expression of glucose/pyruvate/tricarboxylic acid (TCA) metabolism in rat abdominal muscle. Dihydrolipoamide dehydrogenase (DLD), a flavoprotein component (E3) of alpha-ketoacid dehydrogenase complexes with diaphorase activity in mitochondria, was specifically analyzed. After assessing the effectiveness of the CB1 receptor antagonist AM251 (3 mg kg(-1), 14 days) on food intake and body weight, we could identified seven key enzymes from either glycolytic pathway or TCA cycle-regulated by both diet and CB1 receptor activity-through comprehensive proteomic approaches involving two-dimensional electrophoresis and MALDI-TOF/LC-ESI trap mass spectrometry. These enzymes were glucose 6-phosphate isomerase (GPI), triosephosphate isomerase (TPI), enolase (Eno3), lactate dehydrogenase (LDHa), glyoxalase-1 (Glo1) and the mitochondrial DLD, whose expressions were modified by AM251 in hypercaloric diet-induced obesity. Specifically, AM251 blocked high-carbohydrate diet (HCD)-induced expression of GPI, TPI, Eno3 and LDHa, suggesting a down-regulation of glucose/pyruvate/lactate pathways under glucose availability. AM251 reversed the HCD-inhibited expression of Glo1 and DLD in the muscle, and the DLD and CB1 receptor expression in the mitochondrial fraction. Interestingly, we identified the presence of CB1 receptors at the membrane of striate muscle mitochondria. DLD over-expression was confirmed in muscle of CB1-/- mice. AM251 increased the pyruvate dehydrogenase and glutathione reductase activity in C2C12 myotubes, and the diaphorase/oxidative activity in the mitochondria fraction. These results indicated an up-regulation of methylglyoxal and TCA cycle activity. Findings suggest that CB1 receptors in muscle modulate glucose/pyruvate/lactate pathways and mitochondrial oxidative activity by targeting DLD.

Estudo dos efeitos da radioterapia no tecido cardíaco e sua associação com o metabolismo energético

Durante o tratamento radioterápico para tumores localizados na região torácica, parte do coração frequentemente é incluída no campo de tratamento e pode receber doses de radiação ionizante, significativas em relação à terapêutica. A irradiação do coração é capaz de causar importantes complicações cardíacas ao paciente, caracterizadas por alterações funcionais progressivas cerca de 10 a 20 anos após a exposição do órgão. Devido ao seu alto grau de contração e grande consumo energético, o tecido cardíaco é altamente dependente do metabolismo oxidativo que ocorre nas mitocôndrias. Danos as estas organelas podem levar ao decréscimo da produção de energia, tendo um impacto direto sobre a performance cardíaca. Ainda, ao interagir com as células, a radiação ionizante pode gerar uma série de eventos bioquímicos que conduzem a uma resposta celular complexa, em que muitas proteínas parecem estar envolvidas. Tendo em vista tais conhecimentos, o objetivo do estudo foi avaliar o aspecto ultraestrutural do tecido cardíaco, a bioenergética mitocondrial e a expressão diferencial de proteínas após irradiação. Os ensaios foram realizados em amostras de tecido cardíaco de ratos Wistar irradiados com dose única de 20 Gy direcionada ao coração. As análise tiveram início 4 e 32 semanas após irradiação. A análise ultraestrutural foi realizada através de microscopia eletrônica de transmissão. A respiração mitocondrial foi mensurada em oxígrafo, a partir das taxas de consumo de oxigênio pelas fibras cardíacas. A identificação de proteínas diferencialmente expressas foi investigada através de duas técnicas proteômicas: 2D-DIGE (2-D Fluorescence Difference Gel Electrophoresis) e uma abordagem label-free seguida de espectrometria de massas. Os resultados mostraram que os efeitos tardios da radiação incluem a degeneração das mitocôndrias e das unidades contráteis do tecido cardíaco, disfunções na cadeia respiratória mitocondrial e expressão diferencial de proteínas envolvidas no metabolismo energético de carboidratos, lipídeos e da fosfocreatina. De forma geral, o estudo mostrou que a irradiação cardíaca prejudica o processo de síntese energética, conduzindo a um déficit da taxa respiratória mitocondrial como efeito tardio. Tal evento pode culminar em disfunções mecânicas no coração, caracterizando o desenvolvimento de doenças cardíacas radioinduzidas.

Formação de biofilmes por Enterococcus faecium sensível e multirresistente aos antimicrobianos: características à proteômica

Enterococcus faecium tem se destacado no cenário das infecções hospitalares, particularmente, amostras portadoras de características de multirresistência. Apesar de serem responsabilizados como agentes etiológicos em diferentes quadros clínicos, fatores associados a patogênese das infecções ainda não estão esclarecidos. Entretanto, sabe-se que a capacidade de formação de biofilmes pode ser responsabilizada como um dos atributos capazes de promover o papel patogênico desses microrganismos. Assim sendo, este estudo se propôs a investigar a capacidade de formação de biofilmes por duas amostras de E. faecium: SS-1274 (derivada da amostra tipo da espécie) e CL-6729 (multirresistente e pertencente a um complexo clonal globalmente disperso). As amostras foram caracterizadas fenotipica e genotipicamente para confirmação da identificação, determinação da susceptibilidade a 17 antimicrobianos, caracterização da concentração mínima inibitória para ampicilina, gentamicina e vancomicina, determinação do genótipo vanA e detecção de genes associados a expressão dos genes asa1, cylA, esp, gelE e hyl. A análise quantitativa da formação por 24h e 72h dos biofilmes foi realizada por metodologia do cristal violeta, em placas de microtitulação de poliestireno. Foram construídas curvas de formação pela avaliação da DO570nm das preparações coradas por cristal violeta em períodos de tempo de 2h a 74h. A influência de subCMIs de ampicilina, gentamicina e vancomicina na formação de biofilmes de E. faecium foi também caracterizada em ensaios de quantificação da biomassa. A presença de DNA e proteínas foi avaliada em ensaios de destacamento e por fluorimetria. A arquitetura, distribuição espacial e reação aos fluorocromos Syto9 e SYPRO Ruby Protein foram evidenciadas por microscopia confocal de varredura a laser. Análises proteômicas através da avaliação por SDS-PAGE e por ESI-Q-TOF também foram empregadas para avaliação de biofilmes versus crescimento planctônico. Nossos resultados demonstraram que a amostra CL-6729 apresentou uma maior biomassa nos tempos analisados. Apesar da menor quantidade de biomassa da amostra SS-1274, o perfil da curva de formação foi semelhante a CL-6729. As análises da matriz por ensaios quantitativos e microscopia confocal revelaram que proteína parece ser um importante constituinte para ambas as amostras, entretanto biofilmes formados na presença de da CMI e durante 24h, parecem sofrer alterações na constituição. Os resultados relativos às espectrometrias de massa sugerem que células de biofilmes de E. faecium podem também estar metabolicamente ativas, devido a identificação de um considerável número de proteínas relacionadas ao metabolismo e divisão celular, similarmente às células planctônicas. No entanto, investigações complementares são necessárias para quantificar as diferenças relacionadas a sua expressão. Foi observado que ambas as amostras independente das variações fenotípicas e genotípicas são capazes de formar biofilmes maduros exibindo constituição e arquitetura similares. Entretanto, nossos resultados sugeriram que cada amostra responde as diferentes situações de acordo com seus determinantes de virulência e resistência.

Protein Profiles in Zebrafish (Danio rerio) Embryos Exposed to Perfluorooctane Sulfonate

Perfluorooctane sulfonate (PFOS) is widely distributed and persistent in the environment and in wildlife, and it has the potential for developmental toxicity. However, the molecular mechanisms that lead to these toxic effects are not well known. In the present study, proteomic analysis has been performed to investigate the proteins that are differentially expressed in zebrafish embryos exposed to 0.5 mg/l PFOS until 192 h postfertilization. Two-dimensional electrophoresis coupled with mass spectrometry was employed to detect and identify the protein profiles. The analysis revealed that 69 proteins showed altered expression in the treatment group compared to the control group with either increase or decrease in expression levels (more than twofold difference). Of the 69 spots corresponding to the proteins with altered expression, 38 were selected and subjected to matrix-assisted laser desorption/ionization tandem time-of-flight mass spectrometry (TOF/TOF) analysis; 18 proteins were identified in this analysis. These proteins can be categorized into diverse functional classes such as detoxification, energy metabolism, lipid transport/steroid metabolic process, cell structure, signal transduction, and apoptosis. Overall, proteomic analysis using zebrafish embryos serves as an in vivo model in environmental risk assessment and provides insight into the molecular events in PFOS-induced developmental toxicity.

Proteomic analysis of the sarcosine-insoluble outer membrane fraction of Flavobacterium columnare

Outer membrane proteins (OMPs) of bacteria are key molecules interacting with the host environment. Flavobacterium columnare, a pathogen-causing columnaris disease of fish worldwide, was studied in order to understand the composition of its OMPs. The sarcosine-insoluble membrane fraction of the OMPs was analysed using sodium dodecyl sulphate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) in combination with reverse-phase high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (RP-HPLC MS/MS). Thirty-six proteins were identified, including proteins involved in cell wall/membrane biogenesis, specific transport of various nutrients and in essential metabolism. The present study is the first report on the OMPs of F. columnare, and may serve as the basis for understanding the pathogenesis of the bacterium.

Purification and characterization of hydrosoluble components from the sap of Chinese lacquer tree Rhus vernicifera

Continuous gradient elution chromatography (CGEC) was employed to purify and separate enzymes and polysaccharides from the sap of Rhus vernicifera Chinese lacquer tree. There are three different molecules with laccase enzyme activity. Two are enzymes of each other (L1, and L2), whereas the third (RL) is an entirely separate entity. Two polysaccharides (GP1 and GP2) were also found. The Rhus laccase (RL), and isoenzymes L1 and L2, have peak molecular masses of 109,100, 120,000, 103,000 respectively; each has four copper atoms per molecule, and the pI values were 8.2, 8.6, and 9.1, respectively. The structure of the laccases was studied by Fourier-transform infrared (FT-IR) and Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of flight (MALDI-TOF) mass spectrometry. The typical amide I (1646 cm(-1)) and amide II (1545 cm(-1)) bands were observed. The results from MALDI-TOF were similar to those from CGEC, but the molecular mass from the MALDI-TOF was significantly different from that obtained from sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

石油污染土壤微生物多样性分析及芘降解菌的鉴定

石油污染是目前最严重的环境问题之一，我国有近千万亩的耕地受到程度不同的石油污染。沈抚灌区位于辽宁省沈阳市和抚顺市之间，全长70多千米，是我国最大的石油污染灌区之一，有四五十年的污灌历史，已对当地的生态环境造成了严重的影响。随着人们对污水灌溉危害的认识，从20世纪80年代起，逐步停止了污水灌溉，开始了清水灌溉和改为旱田耕作，但污染问题仍然存在。目前，由于对该地区污染土壤微生物类群、原位降解菌及它们对环境条件变化的响应等信息缺乏了解，限制了对该地区污染土壤的生物修复。 分子生物学研究手段及稳定同位素分析技术，为污染土壤微生物生态学研究提供了全新的研究手段，为突破当前石油污染土壤生物修复研究止步不前的局面指引了方向。本论文采用变性梯度凝胶电泳（Denaturing Gradient Gel Electrophoresis, DGGE）和磷脂脂肪酸分析（Phospholipid Fatty-acid Analysis, PLFA）分析技术，对沈抚灌区水改旱田石油污染土壤的微生物多样性与环境指标的相关规律进行了分析；以PLFA为生物标示物，结合气相色谱-稳定同位素比率质谱（Gas Chromatography Combustion Isotope Ratio Mass Spectrometry, GC-c-IRMS）分析技术，对石油污染土壤和相对清洁土壤中多环芳烃菲和芘的土著降解菌群进行了鉴定；并以不同的吸附性载体为介质，富集、筛选了芘的降解菌。 研究结果表明，石油污染土壤中的微生物群落结构主要与其相对地理位置有关，当污染物的浓度达到一定程度，土壤中的微生物群落结构会发生明显的改变。以13C标记的稳定同位素菲和芘为代谢底物，对污染土壤中菲和芘的土著降解菌群进行了鉴定。 13C-PLFA- GC-c-IRMS分析结果显示，参与菲降解的微生物有G-、G+细菌和放线菌，其中以G-细菌为主；污染土壤和相对清洁土壤两种土壤都未检出有真菌参与；参与芘降解的微生物有放线菌、G-细菌和真菌，其中以G-细菌为主，同时，也检测到有真菌的参与；污染土壤中的降解菌群较清洁土壤丰富。研究还发现，芘在土壤中的降解可能存在不经过菲为中间产物的代谢途径。采用不同的吸附性载体所富集的优势细菌显著不同。从不同的吸附性载体上最终得到8株芘的降解菌，其中鉴定出的三株菌中Sp-A56，Sp-A21为多食鞘氨醇杆菌（Sphingobacterium multivorum）；Sp-B05氨基杆菌属的一个亚种（Aminobacter sp.），未见有关该菌株芘降解能力的报道，可能是一株新的芘降解菌。

A pilot experiment for mass measurement at CSRe

A pilot experiment of mass measurement was performed at CSRe with the method of isochronous mass spectrometry. The secondary fragments produced via RIBLL2 with the primary beam of 400 MeV/u, Ar-36 delivered by CSRm were injected into CSRe. The revolution periods of the stored ions, which depend on the mass-to-charge ratios of the stored ions, were measured with a time-of-flight detector system. The results show that the mass resolution around 8 x 10(-6) for Delta m/m is achieved.

DIRECT MASS MEASUREMENTS OF EXOTIC NUCLEI IN STORAGE RINGS

Mass measurements of exotic nuclei is a fast, developing field which is essential for basic nuclear physics and a wide range of applications. The method of storage ring mass spectrometry has many advantages: (1) a large amount of nuclides can be simultaneously measured; (2) very short-lived (T-1/2 greater than or similar to 50 mu s) and very rare species (yields down to single ions) can be accessed; (3) nuclides in several atomic charge states can be investigated, (4) half-life measurements can be performed with time-resolved mass spectrometry. In this contribution we concentrate on some recent achievements and future perspectives of the storage ring mass spectrometry.

A high performance Time-of-Flight detector applied to isochronous mass measurement at CSRe

A high performance Time-of-Flight detector has been designed and constructed for isochronous mass spectrometry at the experimental Cooler Storage Ring (CSRe) The detector has been successfully used in an experiment to measure the masses of the N approximate to Z approximate to 33 nuclides near the proton drip-line Of particular interest is the mass of As-65 A maximum detection efficiency of 70% and a time resolution of 118 +/- 8 Ps (FWHM) have been achieved in the experiment The dependence of detection efficiency and signal average pulse height (APH) on atomic number Z has been studied The potential of APH for Z identification has been discussed (C) 2010 Elsevier B V All rights reserved