IS-RT-PCR assay detection of MT-MMP in a human breast cancer cell line

The in situ-reverse transcription-polymerase chain reaction (IS-RT-PCR) is a method that allows the direct localisation of gene expression. The method utilises the dual buffer mediated activity of the enzyme rTth DNA polymerase enabling both reverse transcription and DNA amplification. Labelled nucleoside triphosphates allow the site of expression to be labelled, rather than the PCR primers themselves, giving a more accurate localisation of transcript expression and decreased background than standard in situ hybridisation (ISH) assays. The MDA-MB-231 human breast carcinoma (HBC) cell line was assayed via the IS-RT-PCR technique, using primers encoding MT-MMP (membrane-type matrix metalloproteinase) and human β-actin. Our results clearly indicate baseline expression of MT-MMP in the relatively invasive MDA-MB-231 cell line at a signal intensity similar to the housekeeping gene β-actin, and results following induction with Concanavalin A (Con A) are consistent with our previous results obtained via Northern blotting.

Regulation of Growth, Cell Shape, Cell Division, and Gene Expression by Second Messengers (p)ppGpp and Cyclic Di-GMP in Mycobacterium smegmatis

The alarmone (p)ppGpp regulates transcription, translation, replication, virulence, lipid synthesis, antibiotic sensitivity, biofilm formation, and other functions in bacteria. Signaling nucleotide cyclic di-GMP (c-di-GMP) regulates biofilm formation, motility, virulence, the cell cycle, and other functions. In Mycobacterium smegmatis, both (p) ppGpp and c-di-GMP are synthesized and degraded by bifunctional proteins Rel(Msm) and DcpA, encoded by rel(Msm) and dcpA genes, respectively. We have previously shown that the Delta rel(Msm) and Delta dcpA knockout strains are antibiotic resistant and defective in biofilm formation, show altered cell surface properties, and have reduced levels of glycopeptidolipids and polar lipids in their cell wall (K. R. Gupta, S. Kasetty, and D. Chatterji, Appl Environ Microbiol 81:2571-2578, 2015, http://dx.doi.org/10.1128/AEM.03999-14). In this work, we have explored the phenotypes that are affected by both (p) ppGpp and c-di-GMP in mycobacteria. We have shown that both (p) ppGpp and c-di-GMP are needed to maintain the proper growth rate under stress conditions such as carbon deprivation and cold shock. Scanning electron microscopy showed that low levels of these second messengers result in elongated cells, while high levels reduce the cell length and embed the cells in a biofilm-like matrix. Fluorescence microscopy revealed that the elongated Delta rel(Msm) and Delta dcpA cells are multinucleate, while transmission electron microscopy showed that the elongated cells are multiseptate. Gene expression analysis also showed that genes belonging to functional categories such as virulence, detoxification, lipid metabolism, and cell-wall-related processes were differentially expressed. Our results suggests that both (p) ppGpp and c-di-GMP affect some common phenotypes in M. smegmatis, thus raising a possibility of cross talk between these two second messengers in mycobacteria. IMPORTANCE Our work has expanded the horizon of (p) ppGpp and c-di-GMP signaling in Gram-positive bacteria. We have come across a novel observation that M. smegmatis needs (p) ppGpp and c-di-GMP for cold tolerance. We had previously shown that the Delta rel(Msm) and Delta dcpA strains are defective in biofilm formation. In this work, the overproduction of (p) ppGpp and c-di-GMP encased M. smegmatis in a biofilm-like matrix, which shows that both (p) ppGpp and c-di-GMP are needed for biofilm formation. The regulation of cell length and cell division by (p) ppGpp was known in mycobacteria, but our work shows that c-di-GMP also affects the cell size and cell division in mycobacteria. This is perhaps the first report of c-di-GMP regulating cell division in mycobacteria.

Identification of genes differentially expressed in wild type and Purkinje cell degeneration mice

Purkinje cell degeneration (pcd) mice are characterized by death of virtually all cerebellar Purkinje cells by postnatal day 30. In this study, we used DNA microarray analysis to investigate differences in gene expression between the brains of wild type and pcd mice on postnatal day 20, before the appearance of clear-cut phenotypic abnormalities. We identified 300 differentially expressed genes, most of which were involved in metabolic and physiological processes. Among the differentially expressed genes were several calcium binding proteins including calbindin -28k, paravalbumin, matrix gamma-carboxygluta mate protein and synaptotagamins 1 and 13, suggesting the involvement of abnormal Ca2+ signaling in the pcd phenotype.

Structural analysis of human CCR2b and primate CCR2b by molecular modeling and molecular dynamics simulation

CCR2b, a chemokine receptor for MCP-1, -2, -3, -4, plays an important role in a variety of diseases involving infection, inflammation, and/or injury, as well as being a coreceptor for HIV-1 infection. Two models of human CCR2b (hCCR2b) were generated by h

Zebrafish eaf1 and eaf2/u19 Mediate Effective Convergence and Extension Movements through the Maintenance of wnt11 and wnt5 Expression

Studies have attributed several functions to the Eaf family, including tumor suppression and eye development. Given the potential association between cancer and development, we set forth to explore Eaf1 and Eaf2/U19 activity in vertebrate embryogenesis, using zebrafish. In situ hybridization revealed similar eaf1 and eaf2/u19 expression patterns. Morpholino-mediated knockdown of either eaf1 or eaf2/u19 expression produced similar morphological changes that could be reversed by ectopic expression of target or reciprocal-target mRNA. However, combination of Eaf1 and Eaf2/U19 (Eafs)-morpholinos increased the severity of defects, suggesting that Eaf1 and Eaf2/U19 only share some functional redundancy. The Eafs knockdown phenotype resembled that of embryos with defects in convergence and extension movements. Indeed, knockdown caused expression pattern changes for convergence and extension movement markers, whereas cell tracing experiments using kaeda mRNA showed a correlation between Eafs knockdown and cell migration defects. Cardiac and pancreatic differentiation markers revealed that Eafs knockdown also disrupted midline convergence of heart and pancreatic organ precursors. Noncanonical Wnt signaling plays a key role in both convergence and extension movements and midline convergence of organ precursors. We found that Eaf1 and Eaf2/U19 maintained expression levels of wnt11 and wnt5. Moreover, wnt11 or wnt5 mRNA partially rescued the convergence and extension movement defects occurring in eafs morphants. Wnt11 and Wnt5 converge on rhoA, so not surprisingly, rhoA mRNA more effectively rescued defects than either wnt11 or wnt5 mRNA alone. However, the ectopic expression of wnt11 and wnt5 did not affect eaf1 and eaf2/u19 expression. These data indicate that eaf1 and eaf2/u19 act upstream of noncanonical Wnt signaling to mediate convergence and extension movements.

Studies on nitric oxide synthase activity in haemocytes of shrimps Fenneropenaeus chinensis and Marsupenaeus japonicus after white spot syndrome virus infection

The nitric oxide synthase (NOS) activity in the haemocytes of shrimps Fenneropenaeus chinensis (Osbeck) and Marsupenaeus japonicus (Bate) was Studied after white spot syndrome virus (WSSV) infection to determine its characteristics in response to virus infection. First, the NOS activity in haemocytes of shrimps was determined by the means of NBT reduction and changes in cell conformation. And the variations of NOS activity in shrimps after challenge with WSSV intramuscularly were evaluated through the analysis Of L-citrulline and total nitrite/nitrate (both as NO derivates) concentrations. The result showed that NOS activity in the haemocytes of F chinensis increased slightly from 0 to 12 h postchallenge, indicated by the variations Of L-Citrulline (from 11.15 +/- 0.10 to 12.08 +/- 0.64 mu M) and total nitrite/nitrate concentrations (from 10.45 +/- 0.65 to 12.67 +/- 0.52 mu M). Then it decreased sharply till the end of the experiment (84 h postchallenge), the concentrations Of L-Citrulline and total nitrite/nitrate at 84 It were 1.58 +/- 0.24 and 2.69 +/- 0.70 mu M, respectively. The LPS-stimulated NOS activity kept constant during the experiment. However, in M. japonicus, the NOS activity kept increasing during the first 72 It postchallenge, the concentrations Of L-Citrulline and total nitrite/nitrate increased from 7.82 +/- 0.77 at 0 h to 10.79 +/- 0.50 mu M at 72 h, and from 8.98 +/- 0.43 at 0 h to 11.20 +/- 0.37 mu M at 72 h, respectively. Then it decreased till the end of the experiment (216 h postchallenge), and the concentrations of L-Citrulline and total nitrite/nitrate at 216 h were 5.66 +/- 0.27 and 4.68 +/- 0.16 mu M, respectively. More importantly, an apparent increase of I-PS-stimulated NOS activity was observed in M japonicus at 48 h postchallenge, which was about 4 times higher than that in the control group of health shrimps. In correspondence with the difference of NOS activity between the two species of shrimps, the Cumulative mortalities of the shrimps were also different. All shrimps of F. chinensis in the mortality experiment died in 66 h, much more quickly than M. japonicus, Whose accumulative mortality reached 100% after 240 h. Data here reported let us hypothesize that NOS activity in the haemocytes of shrimps F chinensis and M. japonicus responses to WSSV infection differently, and this might be one of the reasons for the different susceptibility of F chinensis and M. japonicus to WSSV infection. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

Investigation of micro-devices for neurobiological applications

The aim of this project is to integrate neuronal cell culture with commercial or in-house built micro-electrode arrays and MEMS devices. The resulting device is intended to support neuronal cell culture on its surface, expose specific portions of a neuronal population to different environments using microfluidic gradients and stimulate/record neuronal electrical activity using micro-electrode arrays. Additionally, through integration of chemical surface patterning, such device can be used to build neuronal cell networks of specific size, conformation and composition. The design of this device takes inspiration from the nervous system because its development and regeneration are heavily influenced by surface chemistry and fluidic gradients. Hence, this device is intended to be a step forward in neuroscience research because it utilizes similar concepts to those found in nature. The large part of this research revolved around solving technical issues associated with integration of biology, surface chemistry, electrophysiology and microfluidics. Commercially available microelectrode arrays (MEAs) are mechanically and chemically brittle making them unsuitable for certain surface modification and micro-fluidic integration techniques described in the literature. In order to successfully integrate all the aspects into one device, some techniques were heavily modified to ensure that their effects on MEA were minimal. In terms of experimental work, this thesis consists of 3 parts. The first part dealt with characterization and optimization of surface patterning and micro-fluidic perfusion. Through extensive image analysis, the optimal conditions required for micro-contact printing and micro-fluidic perfusion were determined. The second part used a number of optimized techniques and successfully applied these to culturing patterned neural cells on a range of substrates including: Pyrex, cyclo-olefin and SiN coated Pyrex. The second part also described culturing neurons on MEAs and recording electrophysiological activity. The third part of the thesis described integration of MEAs with patterned neuronal culture and microfluidic devices. Although integration of all methodologies proved difficult, a large amount of data relating to biocompatibility, neuronal patterning, electrophysiology and integration was collected. Original solutions were successfully applied to solve a number of issues relating to consistency of micro printing and microfluidic integration leading to successful integration of techniques and device components.

Cell surface beta 1, 4-galactosyltransferase 1 promotes apoptosis by inhibiting epidermal growth factor receptor pathway.

Our previous studies have shown that overexpression of beta1,4-galactosyltransferase1 (beta1,4GT1) leads to increased apoptosis induced by cycloheximide (CHX) in SMMC-7721 human hepatocarcinoma cells. However, the role of beta1,4GT1 in apoptosis remains unclear. Here we demonstrated that cell surface beta1,4GT1 inhibited the autophosphorylation of epidermal growth factor receptor (EGFR) especially at Try 1068. The phosphorylation of protein kinase B (PKB/Akt) and extracellular signal-regulated protein kinase1/2 (ERK1/2), which are downstream molecules of EGFR, were also reduced in cell surface beta1,4GT1-overexpressing cells. Furthermore, the translocations of Bad and Bax that are regulated by PKB/Akt and ERK1/2 were also increased in these cells. As a result, the release of cytochrome c from mitochondria to cytosol was increased and caspase-3 was activated. In contrast, RNAi-mediated knockdown of beta1,4GT1 increased the autophosphorylation of EGFR. These results demonstrated that cell surface beta1,4GT1 may negatively regulate cell survival possibly through inhibiting and modulating EGFR signaling pathway.

Mutagénèse semi-aléatoire au site actif de la DHFR humaine : création et caractérisation de variantes hautement résistantes au MTX.

La dihydrofolate réductase humaine (DHFRh) est une enzyme essentielle à la prolifération cellulaire. Elle réduit le dihydrofolate en tétrahydrofolate, un co-facteur impliqué dans la biosynthèse des purines et du thymidylate. La DHFRh est une cible de choix pour des agents de chimiothérapie comme le méthotrexate (MTX), inhibant spécifiquement l’enzyme ce qui mène à un arrêt de la prolifération et ultimement à la mort cellulaire. Le MTX est utilisé pour le traitement de plusieurs maladies prolifératives, incluant le cancer. La grande utilisation du MTX dans le milieu clinique a mené au développement de mécanismes de résistance, qui réduisent l’efficacité de traitement. La présente étude se penche sur l’un des mécanismes de résistance, soit des mutations dans la DHFRh qui réduisent son affinité pour le MTX, dans le but de mieux comprendre les éléments moléculaires requis pour la reconnaissance de l’inhibiteur au site actif de l’enzyme. En parallèle, nous visons à identifier des variantes plus résistantes au MTX pour leur utilisation en tant que marqueurs de sélection en culture cellulaire pour des systèmes particuliers, tel que la culture de cellules hématopoïétiques souches (CHS), qui offrent des possibilités intéressantes dans le domaine de la thérapie cellulaire. Pour étudier le rôle des différentes régions du site actif, et pour vérifier la présence d’une corrélation entre des mutations à ces régions et une augmentation de la résistance au MTX, une stratégie combinatoire a été dévelopée pour la création de plusieurs banques de variantes à des résidus du site actif à proximité du MTX lié. Les banques ont été sélectionnées in vivo dans un système bactérien en utilisant des milieux de croissance contenant des hautes concentrations de MTX. La banque DHFRh 31/34/35 généra un nombre considérable de variantes combinatoires de la DHFRh hautement résistantes au MTX. Les variantes les plus intéressantes ont été testées pour leur potentiel en tant que marqueur de sélection dans plusieurs lignées cellulaires, dont les cellules hématopoïétiques transduites. Une protection complète contre les effets cytotoxiques du MTX a été observée chez ces cellules suite à leur infection avec les variantes combinatoires. Pour mieux comprendre les causes moléculaires reliées à la résistance au MTX, des études de structure tridimensionnelle de variantes liées au MTX ont été entreprises. La résolution de la structure de la double variante F31R/Q35E lié au MTX a révélé que le phénotype de résistance était attribuable à d’importantes différences entre le site actif de la double variante et de l’enzyme native, possiblement dû à un phénomème dynamique. Une compréhension plus générale de la reconnaissance et la résistance aux antifolates a été réalisée en comparant des séquences et des structures de variantes de la DHFR résistants aux antifolates et provenant de différentes espèces. En somme, ces travaux apportent de nouveaux éléments pour la comprehension des intéractions importantes entre une enzyme et un ligand, pouvant aider au développement de nouveaux antifolates plus efficaces pour le traitement de diverses maladies. De plus, ces travaux ont généré de nouveaux gènes de résistance pouvant être utilisés en tant que marqueurs de sélection en biologie cellulaire.

Cell wall composition regulates cell shape and growth behaviour in pollen tubes

L’une des particularités fondamentales caractérisant les cellules végétales des cellules animales est la présence de la paroi cellulaire entourant le protoplaste. La paroi cellulaire joue un rôle primordial dans (1) la protection du protoplaste, (2) est impliquée dans les mécanismes de filtration et (3) est le lieu de maintes réactions biochimiques nécessaires à la régulation du métabolisme et des propriétés mécaniques de la cellule. Les propriétés locales d’élasticité, d’extensibilité, de plasticité et de dureté des composants pariétaux déterminent la géométrie et la forme des cellules lors des processus de différentiation et de morphogenèse. Le but de ma thèse est de comprendre les rôles que jouent les différents composants pariétaux dans le modelage de la géométrie et le contrôle de la croissance des cellules végétales. Pour atteindre cet objectif, le modèle cellulaire sur lequel je me suis basé est le tube pollinique ou gamétophyte mâle. Le tube pollinique est une protubérance cellulaire qui se forme à partir du grain de pollen à la suite de son contact avec le stigmate. Sa fonction est la livraison des cellules spermatiques à l’ovaire pour effectuer la double fécondation. Le tube pollinique est une cellule à croissance apicale, caractérisée par la simple composition de sa paroi et par sa vitesse de croissance qui est la plus rapide du règne végétal. Ces propriétés uniques font du tube pollinique le modèle idéal pour l’étude des effets à courts termes du stress sur la croissance et le métabolisme cellulaire ainsi que sur les propriétés mécaniques de la paroi. La paroi du tube pollinique est composée de trois composantes polysaccharidiques : pectines, cellulose et callose et d’une multitude de protéines. Pour comprendre les effets que jouent ces différents composants dans la régulation de la croissance du tube pollinique, j’ai étudié les effets de mutations, de traitements enzymatiques, de l’hyper-gravité et de la gravité omni-directionnelle sur la paroi du tube pollinique. En utilisant des méthodes de modélisation mathématiques combinées à de la biologie moléculaire et de la microscopie à fluorescence et électronique à haute résolution, j’ai montré que (1) la régulation de la chimie des pectines est primordiale pour le contrôle du taux de croissance et de la forme du tube et que (2) la cellulose détermine le diamètre du tube pollinique en partie sub-apicale. De plus, j’ai examiné le rôle d’un groupe d’enzymes digestives de pectines exprimées durant le développement du tube pollinique : les pectate lyases. J’ai montré que ces enzymes sont requises lors de l’initiation de la germination du pollen. J’ai notamment directement prouvé que les pectate lyases sont sécrétées par le tube pollinique dans le but de faciliter sa pénétration au travers du style.

Searching for novel gene functions in yeast : identification of thousands of novel molecular interactions by protein-fragment complementation assay followed by automated gene function prediction and high-throughput lipidomics

La compréhension de processus biologiques complexes requiert des approches expérimentales et informatiques sophistiquées. Les récents progrès dans le domaine des stratégies génomiques fonctionnelles mettent dorénavant à notre disposition de puissants outils de collecte de données sur l’interconnectivité des gènes, des protéines et des petites molécules, dans le but d’étudier les principes organisationnels de leurs réseaux cellulaires. L’intégration de ces connaissances au sein d’un cadre de référence en biologie systémique permettrait la prédiction de nouvelles fonctions de gènes qui demeurent non caractérisées à ce jour. Afin de réaliser de telles prédictions à l’échelle génomique chez la levure Saccharomyces cerevisiae, nous avons développé une stratégie innovatrice qui combine le criblage interactomique à haut débit des interactions protéines-protéines, la prédiction de la fonction des gènes in silico ainsi que la validation de ces prédictions avec la lipidomique à haut débit. D’abord, nous avons exécuté un dépistage à grande échelle des interactions protéines-protéines à l’aide de la complémentation de fragments protéiques. Cette méthode a permis de déceler des interactions in vivo entre les protéines exprimées par leurs promoteurs naturels. De plus, aucun biais lié aux interactions des membranes n’a pu être mis en évidence avec cette méthode, comparativement aux autres techniques existantes qui décèlent les interactions protéines-protéines. Conséquemment, nous avons découvert plusieurs nouvelles interactions et nous avons augmenté la couverture d’un interactome d’homéostasie lipidique dont la compréhension demeure encore incomplète à ce jour. Par la suite, nous avons appliqué un algorithme d’apprentissage afin d’identifier huit gènes non caractérisés ayant un rôle potentiel dans le métabolisme des lipides. Finalement, nous avons étudié si ces gènes et un groupe de régulateurs transcriptionnels distincts, non préalablement impliqués avec les lipides, avaient un rôle dans l’homéostasie des lipides. Dans ce but, nous avons analysé les lipidomes des délétions mutantes de gènes sélectionnés. Afin d’examiner une grande quantité de souches, nous avons développé une plateforme à haut débit pour le criblage lipidomique à contenu élevé des bibliothèques de levures mutantes. Cette plateforme consiste en la spectrométrie de masse à haute resolution Orbitrap et en un cadre de traitement des données dédié et supportant le phénotypage des lipides de centaines de mutations de Saccharomyces cerevisiae. Les méthodes expérimentales en lipidomiques ont confirmé les prédictions fonctionnelles en démontrant certaines différences au sein des phénotypes métaboliques lipidiques des délétions mutantes ayant une absence des gènes YBR141C et YJR015W, connus pour leur implication dans le métabolisme des lipides. Une altération du phénotype lipidique a également été observé pour une délétion mutante du facteur de transcription KAR4 qui n’avait pas été auparavant lié au métabolisme lipidique. Tous ces résultats démontrent qu’un processus qui intègre l’acquisition de nouvelles interactions moléculaires, la prédiction informatique des fonctions des gènes et une plateforme lipidomique innovatrice à haut débit , constitue un ajout important aux méthodologies existantes en biologie systémique. Les développements en méthodologies génomiques fonctionnelles et en technologies lipidomiques fournissent donc de nouveaux moyens pour étudier les réseaux biologiques des eucaryotes supérieurs, incluant les mammifères. Par conséquent, le stratégie présenté ici détient un potentiel d’application au sein d’organismes plus complexes.

Studies on the Biology of the Clam Marcia opima Gmelin from kayamkulam Lake

Division of Marine Biology, Microbiology and Biochemistry, School of Marine Sciences, Cochin University of Science and Technology

STUDIES ON THE BIOLOGY OF THE WEDGE CLAM DONAX INCARNATUS (GMELIN) FROM THE MALIPPURAM BEACH OF KERALA

The present investigations have considerably enhanced the existing knowledge on the biology and distribution/availability pattern of D.incarnatus in the Malippuram region. The species occurs in good concentration during October - March/April, and disappears from the area during late premonsoon and monsoon months. Recolonising the area in September, it grows fast in the subsequent months. The life span of the species is estimated to be about an year. Studies on the reproductive biology of the species have revealed that there are two spawning peaks, the major peak in February - March and minor peak, in December. The salinity regime of the area influences the reproductive activity. These observations form the original contribution in the thesis. The information on variation in water content, protein,glycogen and lipid levels in relation to reproductive cycle has helped to a better understanding of the gametogenic activity and spawning of the species. Similarly, the findings on salinity tolerance and filtration rate have shown that small sized clams exhibit greater tolerance range than larger clams, and grow at a faster rate with active metabolism. It is hoped that these information would considerably add to the present knowledge of the basic facts which are relevant to the improvement and management of the clam fishery of this region.

Biology of Flat Toadfish,Colletteichthys dussumieri(Valenciennes,1837) of Cochin Estuary

Dept.of Marine Biology,Microbiology and Biochemistry,Cochin University of Science and Technology

Biology, population characteristics and fishery of the speckled shrimp Metapenaeus monoceros (Fabricius, 1798) along the Kerala coast

Crustaceans comprising numerous edible species of prawns, lobsters and crabs inhabiting different ecosystem form significant portion of the aquatic food resources of the world. Among the crustaceans, prawns are the most commercially exploited group and hold premier rank by virtue of their importance as an esteemed food of gourmet and on account of their high export value. Met-ape-naeus manoceras (Fabricius, 1798) which is known IS,Speckled shrimp’ (FAD name) and ‘Brown shrimp’ ( common nameused in the industry) is one of the commercially important marine penaeid prawns of India. During 1995, M. monaceros catch constituted 7.5 Z of the all India marine penaeid prawn landings. M. monoceros attains a maximum length of about 200 mm and has high export potential.Thus realising the growing importance of M. monoceros in the capture fisheries, it was felt, that it would be ideal to carry out detailed study on this species for rational exploitation and management of its fishery. Hence, the present work entitled, “Biology, population characteristics and fishery of the speckled shrimp Hetapenaeus monoceros (Fabricius, 1798) along Kerala coast“ was undertaken by the author. The thesis is laid out in seven chapters comprising TAXONOMY, FOOD AND FEEDING HABITS, AGE AND GROWTH, REPRODUCTION,LENGTH-WEIGHT RELATIONSHIP, FISHERY and POPULATION DYNAMICS