Bioengineering of AAV2 Capsid at Specific Serine, Threonine, or Lysine Residues Improves Its Transduction Efficiency in Vitro and in Vivo

We hypothesized that the AAV2 vector is targeted for destruction in the cytoplasm by the host cellular kinase/ubiquitination/proteasomal machinery and that modification of their targets on AAV2 capsid may improve its transduction efficiency. In vitro analysis with pharmacological inhibitors of cellular serine/threonine kinases (protein kinase A, protein kinase C, casein kinase II) showed an increase (20-90%) on AAV2-mediated gene expression. The three-dimensional structure of AAV2 capsid was then analyzed to predict the sites of ubiquitination and phosphorylation. Three phosphodegrons, which are the phosphorylation sites recognized as degradation signals by ubiquitin ligases, were identified. Mutation targets comprising eight serine (S) or seven threonine (T) or nine lysine (K) residues were selected in and around phosphodegrons on the basis of their solvent accessibility, overlap with the receptor binding regions, overlap with interaction interfaces of capsid proteins, and their evolutionary conservation across AAV serotypes. AAV2-EGFP vectors with the wild-type (WT) capsid or mutant capsids (15 S/T -> alanine A] or 9 K -> arginine R] single mutant or 2 double K -> R mutants) were then evaluated in vitro. The transduction efficiencies of 11 S/T -> A and 7 K -> R vectors were significantly higher (similar to 63-90%) than the AAV2-WT vectors (similar to 30-40%). Further, hepatic gene transfer of these mutant vectors in vivo resulted in higher vector copy numbers (up to 4.9-fold) and transgene expression (up to 14-fold) than observed from the AAV2-WT vector. One of the mutant vectors, S489A, generated similar to 8-fold fewer antibodies that could be cross-neutralized by AAV2-WT. This study thus demonstrates the feasibility of the use of these novel AAV2 capsid mutant vectors in hepatic gene therapy.

The two-component signalling networks of Mycobacterium tuberculosis display extensive cross-talk in vitro

Two-component systems (TCSs), which contain paired sensor kinase and response regulator proteins, form the primary apparatus for sensing and responding to environmental cues in bacteria. TCSs are thought to be highly specific, displaying minimal cross-talk, primarily due to the co-evolution of the participating proteins. To assess the level of cross-talk between the TCSs of Mycobacterium tuberculosis, we mapped the complete interactome of the M. tuberculosis TCSs using phosphotransfer profiling. Surprisingly, we found extensive crosstalk among the M. tuberculosis TCSs, significantly more than that in the TCSs in Escherichia coli or Caulobacter crescentus, thereby offering an alternate to specificity paradigm in TCS signalling. Nearly half of the interactions we detected were significant novel cross-interactions, unravelling a potentially complex signalling landscape. We classified the TCSs into specific `one-to-one' and promiscuous `one-to-many' and `many-to-one' circuits. Using mathematical modelling, we deduced that the promiscuous signalling observed can explain several currently confounding observations about M. tuberculosis TCSs. Our findings suggest an alternative paradigm of bacterial signalling with significant cross-talk between TCSs yielding potentially complex signalling landscapes.

Flow Cytometry Analysis of Cytotoxicity In Vitro and Long-Term Toxicity of HA-40wt% BaTiO3 Nanoparticles In Vivo

The development of new implantable biomaterials requires bone-mimicking physical properties together with desired biocompatible property. In continuation to our earlier published research to establish compositional dependent multifunctional bone-like properties and cytocompatibility response of hydroxyapatite (HA)-BaTiO3 composites, the toxicological property evaluation, both invitro and invivo, were conducted on HA-40wt% BaTiO3 and reported in this work. In particular, this work reports invitro cytotoxicity of mouse myoblast cells as well as invivo long-term tissue and nanoparticles interaction of intra-articularly injected HA-40wt% BaTiO3 and BaTiO3 up to the concentration of 25mg/mL in physiological saline over 12weeks in mouse model. The careful analysis of flow cytometry results could not reveal any statistically significant difference in terms of early/late apoptotic cells or necrotic cells over 8d in culture. Extensive histological analysis could not record any signature of cellular level toxicity or pronounced inflammatory response in vital organs as well as at knee joints of Balb/c mice after 12weeks. Taken together, this study establishes nontoxic nature of HA-40wt% BaTiO3 and therefore, HA-40wt% BaTiO3 can be used safely for various biomedical applications.

Interplay of Substrate Conductivity, Cellular Microenvironment, and Pulsatile Electrical Stimulation toward Osteogenesis of Human Mesenchymal Stem Cells in Vitro

The influences of physical stimuli such as surface elasticity, topography, and chemistry over mesenchymal stem cell proliferation and differentiation are well investigated. In this context, a fundamentally different approach was adopted, and we have demonstrated the interplay of inherent substrate conductivity, defined chemical composition of cellular microenvironment, and intermittent delivery of electric pulses to drive mesenchymal stem cell differentiation toward osteogenesis. For this, conducting polyaniline (PANI) substrates were coated with collagen type 1 (Coll) alone or in association with sulfated hyaluronan (sHya) to form artificial extracellular matrix (aECM), which mimics the native microenvironment of bone tissue. Further, bone marrow derived human mesenchymal stem cells (hMSCs) were cultured on these moderately conductive (10(-4)10(-3) S/cm) aECM coated PANI substrates and exposed intermittently to pulsed electric field (PEF) generated through transformer-like coupling (TLC) approach over 28 days. On the basis of critical analysis over an array of end points, it was inferred that Coll/sHya coated PANI (PANI/Coll/sHya) substrates had enhanced proliferative capacity of hMSCs up to 28 days in culture, even in the absence of PEF stimulation. On the contrary, the adopted PEF stimulation protocol (7 ms rectangular pulses, 3.6 mV/cm, 10 Hz) is shown to enhance osteogenic differentiation potential of hMSCs. Additionally, PEF stimulated hMSCs had also displayed different morphological characteristics as their nonstimulated counterparts. Concomitantly, earlier onset of ALP activity was also observed on PANI/Coll/sHya substrates and resulted in more calcium deposition. Moreover, real-time polymerase chain reaction results indicated higher mRNA levels of alkaline phosphatase and osteocalcin, whereas the expression of other osteogenic markers such as Runt-related transcription factor 2, Col1A, and osteopontin exhibited a dynamic pattern similar to control cells that are cultured in osteogenic medium. Taken together, our experimental results illustrate the interplay of multiple parameters such as substrate conductivity, electric field stimulation, and aECM coating on the modulation of hMSC proliferation and differentiation in vitro.

Enhanced Metastatic Potential in a 3D Tissue Scaffold toward a Comprehensive in Vitro Model for Breast Cancer Metastasis

Metastasis is clinically the most challenging and lethal aspect of breast cancer. While animal-based xenograft models are expensive and time-consuming, conventional two-dimensional (2D) cell culture systems fail to mimic in vivo signaling. In this study we have developed a three-dimensional (3D) scaffold system that better mimics the topography and mechanical properties of the breast tumor, thus recreating the tumor microenvironment in vitro to study breast cancer metastasis. Porous poly(e-caprolactone) (PCL) scaffolds of modulus 7.0 +/- 0.5 kPa, comparable to that of breast tumor tissue were fabricated, on which MDA-MB-231 cells proliferated forming tumoroids. A comparative gene expression analysis revealed that cells growing in the scaffolds expressed increased levels of genes implicated in the three major events of metastasis, viz., initiation, progression, and the site-specific colonization compared to cells grown in conventional 2D tissue culture polystyrene (TCPS) dishes. The cells cultured in scaffolds showed increased invasiveness and sphere efficiency in vitro and increased lung metastasis in vivo. A global gene expression analysis revealed a significant increase in the expression of genes involved in cell cell and cell matrix interactions and tissue remodeling, cancer inflammation, and the PI3K/Akt, Wnt, NF-kappaB, and HIFI signaling pathways all of which are implicated in metastasis. Thus, culturing breast cancer cells in 3D scaffolds that mimic the in vivo tumor-like microenvironment enhances their metastatic potential. This system could serve as a comprehensive in vitro model to investigate the manifold mechanisms of breast cancer metastasis.

Structural characterization and in vitro biomedical activities of sulfated chitosan from Sepia pharaonis

A low molecular weight sulfated chitosan (SP-LMWSC) was isolated from the cuttlebone of Sepia pharaonis. Elemental analysis established the presence of C, H and N. The sulfation of SP-LMWSC was confirmed by the presence of characteristic peaks in FT-IR and FT-Raman spectra. The thermal properties of SP-LMWSC were studied by thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry. Electrolytic conductivity of SP-LMWSC was measured by cyclic voltammetry and the molecular weight was determined by MALDI-TOF/MS. The molecular structure and sulfation sites of SP-LMWSC were unambiguously confirmed using H-1,C-13, 2D COSY and 2D HSQC NMR spectroscopy. SP-LMWSC exhibited increased anticoagulant activity in avian blood by delaying coagulation parameters and displayed cytostatic activity by inhibiting the migration of avian leucocytes. SP-LMWSC demonstrated avian antiviral activity by binding to Newcastle disease virus receptors at a low titer value of 1/64. These findings suggested that SP-LMWSC isolated from an industrial discard holds immense potentials as carbohydrate based pharmaceuticals in future. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

Synergistic effect of polymorphism, substrate conductivity and electric field stimulation towards enhancing muscle cell growth in vitro

Poly(vinylidene difluoride), a well-known candidate for artificial muscle patch applications is a semi-crystalline polymer with a host of attributes such as piezo- and pyroelectricity, polymorphism along with low dielectric constant and stiffness. The present work explores the unique interplay among the factors (conductivity, polymorphism and electrical stimulation) towards cell proliferation on poly(vinylidene difluoride) (PVDF)-based composites. In this regard, multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) are introduced in the PVDF matrix (limited to 2%) through melt mixing to increase the conductivity of PVDF. The addition of MWNTs also led to an increase in the fraction of piezoelectric beta-phase, tensile strength and modulus. The melting and crystallization behaviour of PVDF-MWNT together with FT-IR confirms that the crystallization is found to be aided by the presence of MWNT. The conducting PVDF-MWNTs are used as substrates for the growth of C2C12 mouse myoblast cells and electrical stimulation with a range of field strengths (0-2 V cm(-1)) is intermittently delivered to the cells in culture. The cell viability results suggest that metabolically active cell numbers can statistically increase with electric stimulation up to 1 V cm(-1), only on the PVDF + 2% MWNT. Summarising, the current study highlights the importance of biophysical cues on cellular function at the cell-substrate interface. This study further opens up new avenues in designing conducting substrates, that can be utilized for enhancing cell viability and proliferation and also reconfirms the lack of toxicity of MWNTs, when added in a tailored manner.

The MHP36 line of murine neural stem cells expresses functional CXCR1 chemokine receptors that initiate chemotaxis in vitro.

Chemokines help to establish cerebral inflammation after ischemia, which comprises a major component of secondary brain injury. The CXCR4 chemokine receptor system induces neural stem cell migration, and hence has been implicated in brain repair. We show that CXCR1 and interleukin-8 also stimulate chemotaxis in murine neural stem cells from the MHP36 cell line. The presence of CXCR1 was confirmed by reverse transcriptase PCR and immunohistochemistry. Interleukin-8 evoked intracellular calcium currents, upregulated doublecortin (a protein expressed by migrating neuroblasts), and elicited positive chemotaxis in vitro. Therefore, effectors of the early innate immune response may also influence brain repair mechanisms.

Metabolite and transcriptome analysis of Campylobacter jejuni in vitro growth reveals a stationary-phase physiological switch.

Campylobacter jejuni is a prevalent cause of food-borne diarrhoeal illness in humans. Understanding of the physiological and metabolic capabilities of the organism is limited. We report a detailed analysis of the C. jejuni growth cycle in batch culture. Combined transcriptomic, phenotypic and metabolic analysis demonstrates a highly dynamic 'stationary phase', characterized by a peak in motility, numerous gene expression changes and substrate switching, despite transcript changes that indicate a metabolic downshift upon the onset of stationary phase. Video tracking of bacterial motility identifies peak activity during stationary phase. Amino acid analysis of culture supernatants shows a preferential order of amino acid utilization. Proton NMR (1H-NMR) highlights an acetate switch mechanism whereby bacteria change from acetate excretion to acetate uptake, most probably in response to depletion of other substrates. Acetate production requires pta (Cj0688) and ackA (Cj0689), although the acs homologue (Cj1537c) is not required. Insertion mutants in Cj0688 and Cj0689 maintain viability less well during the stationary and decline phases of the growth cycle than wild-type C. jejuni, suggesting that these genes, and the acetate pathway, are important for survival.

Digestibilidad in vitro de la biomasa verde amonificada del pasto Guinea (Panicum maximum, Jacq), cv Colonial, finca Santa Rosa, Sabana Grande, Managua

Se llevó a cabo un estudio con el objetivo de determinar el mejoramiento de la composición química de la biomasa verde y tratada con urea como proceso de amonificación y la digestibilidad In vitro de los parámetros de calidad, materia seca (DIVMS), materia orgánica (DIVMO) y fibra detergente neutro (DIVFDN). El pasto utilizado fue el Guinea (Panicum maximum, Jacq), cv Colonial, el cual se encontraba en etapa vegetativa con 75 días de rebrote. El muestreo se realizó durante el mes de octubre del año 2012 en la Finca Santa Rosa, Universidad Nacional Agraria. Managua, Nicaragua. Los tratamiento consistieron en cuatro niveles de aplicación de urea; 0, 1, 3 y 5 % en base al forraje verde a tratar, diluido en 0.5 L de agua, y almacenados en bolsas de polietileno durante 21 días a temperatura ambiente; las mismas muestras con los mismos tratamientos se utilizaron para determinar la digestibilidad in vitro de MS, MO, FDN. El diseño utilizado tanto en la determinación de la digestibilidad fue un DCA (Diseño completo al Azar) con tres repeticiones. Las variables de estudio para cada tratamiento fueron, porcentajes de; materia seca, materia orgánica y fibra detergente neutro (FDN). Se realizaron análisis de varianza (ANDEVA) y separaciones de medias, usando Tukey (P<0.05). Para el análisis estadístico las variables codificadas en porcentajes se transformaron, según, 2 arco seno p (Dos veces Arco seno de la raíz cuadrada de la proporción). Se encontró diferencias significativas (P ≤ 0.05) para las variables de materia seca, materia orgánica y fibra detergente neutro. La digestibilidad de la materia seca presentó diferencias estadísticas entre los distintos tratamiento y fue mejorada significativamente (38.79 vs 48.74 para 0 y 5% de urea respectivamente). La materia orgánica es mejor que la fibra detergente neutro también fueron mejoradas en su digestibilidad con el tratamiento de 5% de urea en base a forraje verde. Se concluye que el tratamiento de 5 % de urea es el más recomendado para la amonificación de forraje verde y de 75 días de edad del Panicum maximum, Jacq), cv Colonial. Estos resultados son halagadores ya que con el uso de esta tecnología se evidencia la transformación de materiales maduros de baja o nula calidad en alimentos que provean nutrientes (Proteína –Energía y Minerales) al animal como se evidencia en los resultados de digestibilidad in vitro de los diferentes nutrientes evaluados por nuestro trabajo.

Efecto del asa, manitol e intensidad lumínica sobre el crecimiento de apices in vitro de yuca (Manihot esculenta crantz): observaciones preliminares

En el presente estudio se trat6 de determinar la influencia de 3 factures: Ácido Acetil Salicílico (ASAP). Manitol e intensidad de la Luz, sobre el crecimiento de plantas de yuca (Manihot esculenta ) in vitro. Se trabajó con explantes de la variedad M-Col 22 con una edad promedio de 7 meses. Los explantes fueron yemas apicales quo se inocularon en el medio básico Murashigo y Skoog. Los cultivos fueron mantenidos en un cuarto do incubación a 26 +/- 2C, 3000 lux y un fotoperiodo de 16 horas. Cuando las plantas alcanzaron 3 cm de Altura aproximadamente a los 120 días, fue realizada la inoculación de las yemas en los diferentes medios para los experimentos programados. Se efectuaron 4 tratamientos para el factor ASA, siendo estos 0, 2, 5 y 10 mg/1 de ASA. Para el factor Manitol 0, 100, 300 y 500 mg/1, y finalmente para luz fueron probadas 4 intensidades 5000 1000, 1500 y 2500 lux. Se observó buen resultado en todos los tratamientos, sin embargo aunque los 3 factores estudiados inhibieron el desarrollo de plantas de yuca in vitro, se observó mejor efecto con el factor ASA. La adición de 2 mg/1 de este ácido resultó ser una concentración altamente inhibitoria pare las 3 variables estudiadas (altura, número de hojas y número de yemas). La concentración de 100 mg/1 do Manitol inhibió el crecimiento de las plantas en forma más eficiente que los demás tratamientos. En el caso del efecto de la Intensidad lumínica, se observó que 500 lux fue el tratamiento más efectivo en la reducción del crecimiento.

Comportamiento in vitro de tres variedades de papa (Solanum tuberosum L.) en tres variantes del medio básico de Murashige y Skoog (1962) y tres subcultivos

Actualmente el cultivo de tejidos vegetales como una de las técnicas más modernas en la agricultura, permite obtener elevados volúmenes de material vegetal de buena calidad para la siembra en numerosos cultivos, impactando directamente en el incremento de la calidad y rendimiento de las cosechas. El objetivo del presente trabajo fue evaluar el comportamiento de las variedades de papa Desirée, DT0-28 y Baraka en tres medios de cultivo: Ml (Sales MS + 0.5 mg/l * AIA + 0.2 mg/l Kinetina + 0.2 mg/1 Tiamina-HCL); M2 (Sales MS + 0.2 mg/l Tiamina-HCL) y M3 (Sales MS + 0.25 mg/l **GA3 + 0.2 mg/l Tiamina-HCL) y tres subcultivos continuos. Se evaluaron las variables Altura de plántula, Longitud de entrenudos y Número de hojas. Las tres variedades manifestaron una dinámica de crecimiento muy variada en los medios de cultivo y en los subcultivos, Desirée registró disminución del número de hojas en la medida que incrementaron los subcultivos. Igual tendencia mostró DT0-28. Por el contrario Baraka superó ligeramente el número de hojas en el subcultivo dos al obtenido en el subcultivo uno, alcanzando los valores más altos en el subcultivo tres. Desirée y Baraka presentaron un comportamiento aceptable en el medio dos y DT0-28 en el medio tres. *AlA = Acido lndolAcético **G3 = Acido Giberélico

Conservación in vitro a tasas mínimas de crecimiento del clon de camote N-1437 (Ipomoea batata (L) Lam) durante dieciseis semanas

El presente trabajo se realizó en el Programa adscrito a la Universidad Nacional Agraria, con el objetivo de estudiar el método de conservación in vitro a tasa mínimas de crecimiento en el cultivo de camote (Ipomoea batatas (L.) Lam.) clon N-1437, se procedió a inocular bajo condiciones de asepsia total, microesquejes entre 3 y 4 mm de longitud aproximadamente, conteniendo una yema axilar. En la evaluación final a las 16 semanas, se observó que en los tratamientos con 10 y 15 g/1 de manitol las variables altura, número de hojas y número de raíces presentaron menores valores de incremento mensual comparados con los alcanzados en los tratamientos testigo y a 5 g/1 de manitol, además se determinó que en el tratamiento testigo hubo mejores resultados en cuanto a la sobrevivencia de los tejidos en el 100%, menor formación de callo en un 5%, vitrificación 10% y en la coloración verde oscuro de las hojas en un 65% de las plántulas. En los tratamientos testigo y dilución de las sales MS, resultó que al 50% de dilución el incremento mensual presento valores intermedios en las variables altura de la plántula y número de hojas, pero el número de raíces fue menor presentando valores de 0.16 cm, 0.95 y 0.56 respectivamente. La sobrevivencia de los tejidos fue del 100%, no se presentó formación de callo ni vitrificación y la coloración verde oscuro de las hojas fue del 90%. Aun cuando el manitol fue efectivo en la reducción de la tasa presentaron morfológico de crecimiento efectos menos y fisiológico, deseables en el comparado con el aspecto efecto producido por las diluciones de las sales Ms.

Micropropagación in vitro del clon de banano (Musa sp.) enano ecuatoriano (AAA)

Se establecieron in vitro yemas apicales de banano (Musa sp.) para su micro propagación durante tres sub-cultivos en un medio nutritivo artificial conteniendo sales minerales (MS), tiamina HCI, sacarosa y mio-inositol; variando con fines de estudio, la consistencia física del medio de cultivo (líquido y semi-sólido) y las concentraciones de reguladores de crecimiento: AIA= O y 1 mg/1 y 6-BAP= 5, 7 y 10 mg/1. Durante el establecimiento y multiplicación de los ex plantes se utilizó un cuarto de crecimiento para la incubación con temperaturas de 25 ± 1 ºc e intensidad lumínica de 2 000 lux. Inicialmente se establecieron in vitro 240 yemas apicales para su adaptación, de las cuales un 85 % (204) se adaptaron satisfactoriamente, el 15 % restante fueron descartados por contaminación, fenolización de las paredes del cormo o muerte de los ex plantes por no adaptación. La mayor contaminación se produjo por hongos y en menor medida por bacterias. La proliferación de hijos fue mayor en los medios de cultivo de consistencia semi-sólido en los tres sub-cultivos, correspondiendo los mejores resultados a la variante semi-sólida de los medios MS + 1mg/1 AIA+ 10 mg/16-BAP con promedio de 3.7 hijos por ex plante y 11 hijos en total, seguido por el medio MS_ + O mg/ AIA + 7 mg/1 6-BAP con 3.6 hijos por ex plante y 10.8 en total al final de los tres sub-cultivos. La menor proliferación se presentó en la variante líquida del medio MS + 1 mg/1 AIA + 10 mg/16-BAP con un promedio de 2.1 hijos por explante y 6.3 hijos en total. No se observó tendencia alguna en la proliferación de hijos con el aumento de los sub-cultivos, siendo evidente la influencia de la consistencia del medio de cultivo y la variación en los niveles de reguladores de crecimiento. El nivel más alto de 6-BAP (10 mg/1) utilizado indujo a la formación de multiyemas en los medios de cultivos líquidos, presentándose éstas a partir del II sub­ cultivo. Los medios de consistencia líquida favorecieron el crecimiento in vitro de los explantes, expresándose en un incremento en la altura y peso. Así mismo los medios líquidos indujeron a un desarrollo y crecimiento de raíces en todos los tratamientos estudiados.

Evaluación de seis fungicidas in vitro para el manejo de tres patógenos del cafeto (Coffea arabica L.) Región sexta

Con el propósito de evaluar la efectividad "in vitro'' de algunos fungicidas usados para el manejo de patógenos causantes de enfermedades del cafeto y reducir sus dosis, se condujo el presente trabajo que se llevó a cabo en el Laboratorio de Sanidad Vegetal del Centro Experimental de la Comisión Nacional del Café (CONCAFE) ubicado en el Km. 7, empalme San Francisco Carretera a San Ramón-Matagalpa y en el Laboratorio de Micología del Centro Nacional de Protección Vegetal (CENAPROVE) que está ubicado en el Km. 12.5 Carretera Sur, San José de la Cañada, Managua, a partir de Mayo a Diciembre de 1991. Se probaron seis fungicidas: Benomyl, Fermate, Propiconazol, Cupravit, Propineb y Captafol, evaluándose en cada uno cuatro dosis que se escogieron partiendo de la dosis comercial recomendada por las casas distribuidoras, la que tomamos como dosis alta, de la cual se derivaron las subsiguientes dosis, para él manejo de: Colletotrichum coffeanum Noack., Rhizoctonia solani Kuhn y Fusarium oxysporum f. sp. Se usó un Diseño Completo al Azar (DCA) con cuatro repeticiones, 24 tratamientos y 1 testigo absoluto sin tratamiento. Se midió el crecimiento del hongo en medio de cultivo PDA, (Papa-Dextrosa-Agar} con los fungicidas, encontrándose que el Propiconazol fue el que mayor efectividad tuvo aún en la dosis más baja, en cualquiera de los patógenos. El Fermate en su dosis media a baja y el Captafol en su dosis media son los productos que lograron en los 3 patógenos ejercer un buen control. Cupravit no mostró ninguna efectividad sobre R. solani y F oxysporum, pero si sobre C.coffeanum. Benomyl ejercio un buen efecto para R. solani y f. oxysporum pero no para C. coffeanum. Propineb mostro su efectividad en R. solani y C. coffeanum pero no ejerció ningun efecto en F. oxysporum.