TectoRNA: modular assembly units for the construction of RNA nano-objects

Structural information on complex biological RNA molecules can be exploited to design tectoRNAs or artificial modular RNA units that can self-assemble through tertiary interactions thereby forming nanoscale RNA objects. The selective interactions of hairpin tetraloops with their receptors can be used to mediate tectoRNA assembly. Here we report on the modulation of the specificity and the strength of tectoRNA assembly (in the nanomolar to micromolar range) by variation of the length of the RNA subunits, the nature of their interacting motifs and the degree of flexibility of linker regions incorporated into the molecules. The association is also dependent on the concentration of magnesium. Monitoring of tectoRNA assembly by lead(II) cleavage protection indicates that some degree of structural flexibility is required for optimal binding. With tectoRNAs one can compare the binding affinities of different tertiary motifs and quantify the strength of individual interactions. Furthermore, in analogy to the synthons used in organic chemistry to synthesize more complex organic compounds, tectoRNAs form the basic assembly units for constructing complex RNA structures on the nanometer scale. Thus, tectoRNA provides a means for constructing molecular scaffoldings that organize functional modules in three-dimensional space for a wide range of applications.

Cell autonomous regulation of multiple Dishevelled-dependent pathways by mammalian Nkd

Genetic studies have identified Drosophila Naked Cuticle (Nkd) as an antagonist of the canonical Wnt/β-catenin signaling pathway, but its mechanism of action remains obscure [Zeng, W., Wharton, K. A., Jr., Mack, J. A., Wang, K., Gadbaw, M., et al. (2000) Nature (London) 403, 789–795]. Here we have cloned a cDNA encoding a mammalian homolog of Drosophila Nkd, mNkd, and demonstrated that mNkd interacts directly with Dishevelled. Dishevelled is an intracellular mediator of both the canonical Wnt pathway and planar cell polarity (PCP) pathway. Activation of the c-Jun-N-terminal kinase has been implicated in the PCP pathway. We showed that mNkd acts in a cell-autonomous manner not only to inhibit the canonical Wnt pathway but also to stimulate c-Jun-N-terminal kinase activity. Expression of mNkd disrupted convergent extension in Xenopus, consistent with a role for mNkd in the PCP pathway. These data suggest that mNkd may act as a switch to direct Dishevelled activity toward the PCP pathway, and away from the canonical Wnt pathway.

Statistical analysis of shape of objects based on landmark data.

Two objects with homologous landmarks are said to be of the same shape if the configurations of landmarks of one object can be exactly matched with that of the other by translation, rotation/reflection, and scaling. The observations on an object are coordinates of its landmarks with reference to a set of orthogonal coordinate axes in an appropriate dimensional space. The origin, choice of units, and orientation of the coordinate axes with respect to an object may be different from object to object. In such a case, how do we quantify the shape of an object, find the mean and variation of shape in a population of objects, compare the mean shapes in two or more different populations, and discriminate between objects belonging to two or more different shape distributions. We develop some methods that are invariant to translation, rotation, and scaling of the observations on each object and thereby provide generalizations of multivariate methods for shape analysis.

Novel Gq alpha isoform is a candidate transducer of rhodopsin signaling in a Drosophila testes-autonomous pacemaker.

DGq is the alpha subunit of the heterotrimeric GTPase (G alpha), which couples rhodopsin to phospholipase C in Drosophila vision. We have uncovered three duplicated exons in dgq by scanning the GenBank data base for unrecognized coding sequences. These alternative exons encode sites involved in GTPase activity and G beta-binding, NorpA (phospholipase C)-binding, and rhodopsin-binding. We examined the in vivo splicing of dgq in adult flies and find that, in all but the male gonads, only two isoforms are expressed. One, dgqA, is the original visual isoform and is expressed in eyes, ocelli, brain, and male gonads. The other, dgqB, has the three novel exons and is widely expressed. Remarkably, all three nonvisual B exons are highly similar (82% identity at the amino acid level) to the Gq alpha family consensus, from Caenorhabditis elegans to human, but all three visual A exons are divergent (61% identity). Intriguingly, we have found a third isoform, dgqC, which is specifically and abundantly expressed in male gonads, and shares the divergent rhodopsin-binding exon of dgqA. We suggest that DGqC is a candidate for the light-signal transducer of a testes-autonomous photosensory clock. This proposal is supported by the finding that rhodopsin 2 and arrestin 1, two photoreceptor-cell-specific genes, are also expressed in male gonads.

An intrinsic genetic program for autonomous differentiation of muscle cells in the ascidian embryo.

The B-line presumptive muscle cells of ascidian embryos have extensive potential for self-differentiation dependent on determinants prelocalized in the myoplasm of fertilized eggs. Ascidian larval muscle cells therefore provide an experimental system with which to explore an intrinsic genetic program for autonomous specification of embryonic cells. Experiments with egg fragments suggested that maternal mRNAs are one of the components of muscle determinants. Expression of larval muscle actin genes begins as early as the 32-cell stage, prior to the developmental fate restriction of the cells. The timing of initiation of the actin gene expression proceeds the expression of an ascidian homologue of vertebrate MyoD by a few hours. Mutations in the proximal E-box of the 5' flanking region of the actin genes did not alter the promoter activity for muscle-specific expression of reporter gene. These results, together with results of deletion constructs of fusion genes, suggest that muscle determinants regulate directly, or indirectly via regulatory factors other than MyoD, the transcription of muscle-specific structural genes leading to the terminal differentiation.

Parvovirus B19 promoter at map unit 6 confers autonomous replication competence and erythroid specificity to adeno-associated virus 2 in primary human hematopoietic progenitor cells.

The pathogenic human parvovirus B19 is an autonomously replicating virus with a remarkable tropism for human erythroid progenitor cells. Although the target cell specificity for B19 infection has been suggested to be mediated by the erythrocyte P-antigen receptor (globoside), a number of nonerythroid cells that express this receptor are nonpermissive for B19 replication. To directly test the role of expression from the B19 promoter at map unit 6 (B19p6) in the erythroid cell specificity of B19, we constructed a recombinant adeno-associated virus 2 (AAV), in which the authentic AAV promoter at map unit 5 (AAVp5) was replaced by the B19p6 promoter. Although the wild-type (wt) AAV requires a helper virus for its optimal replication, we hypothesized that inserting the B19p6 promoter in a recombinant AAV would permit autonomous viral replication, but only in erythroid progenitor cells. In this report, we provide evidence that the B19p6 promoter is necessary and sufficient to impart autonomous replication competence and erythroid specificity to AAV in primary human hematopoietic progenitor cells. Thus, expression from the B19p6 promoter plays an important role in post-P-antigen receptor erythroid-cell specificity of parvovirus B19. The AAV-B19 hybrid vector system may also prove to be useful in potential gene therapy of human hemoglobinopathies.

Possible links between BL Lacertae objects and quasars from very long baseline interferometry radio data.

Systematic differences in the very long baseline interferometry (VLBI) radio polarization structure and average VLBI component speeds of BL Lacertae objects and quasars support the view that the observational distinction between these classes, based in large part on the strength of their optical line emission, is meaningful; in other words, this distinction reflects significant differences in the physical conditions in these sources. Possible models providing a link between the optical and VLBI properties of BL Lacertae objects and quasars are discussed. Most VLBI polarization observations to date have been global observations made at 6 cm; recent results suggest that the VLBI polarization structure of some sources may change dramatically on scales smaller than those probed by these 6-cm observations.

Optical evidence for the unification of active galactic nuclei and quasi-stellar objects.

There is a variety of optical evidence for some unification of different types of active galactic nuclei and quasi-stellar objects (QSOs). The case is very strong for the unification of at least some Seyfert galaxies, where polarization data show that the type assigned to the Seyfert galaxy must depend on viewing direction. It has been proposed that Fanaroff-Riley type 2 (FR2) radio galaxies are quasars seen in a direction from which the quasar is obscured, and there is some limited direct evidence for this picture. The broad absorption line QSOs may be normal QSOs seen from a special direction. Some of the sources observed to have high luminosities in the far infrared could be obscured QSOs and active nuclei. Mergers and interactions are likely to play an important role in nuclear activity, and active galaxies and QSOs could change their apparent types through these encounters followed by subsequent evolution.

Pleasant sweeping grooming touch in rhesus monkey: effects on autonomic nervous system and its codification in posterior insular and secondary somatosensory cortex

Il tatto assume un'importanza fondamentale nella vita quotidiana, in quanto ci permette di discriminare le caratteristiche fisiche di un oggetto specifico, di identificarlo e di eventualmente integrare le suddette informazioni tattili con informazioni provenienti da altri canali sensoriali. Questa è la componente sensoriale-discriminativa del tatto. Tuttavia quotidianamente il tatto assume un ruolo fondamentale durante le diverse interazioni sociali, positive, come quando abbracciamo o accarezziamo una persona con cui abbiamo un rapporto affettivo e negative, per esempio quando allontaniamo una persona estranea dal nostro spazio peri-personale. Questa componente è la cosiddetta dimensione affettiva-motivazionale, la quale determina la codifica della valenza emotiva che l'interazione assume. Questa componente ci permette di creare, mantenere o distruggere i legami sociali in relazione al significato che il tocco assume durante l'interazione. Se per esempio riceviamo una carezza da un familiare, questa verrà percepita come piacevole e assumerà un significato affiliativo. Questo tipo di tocco è comunente definito come Tocco Sociale (Social Touch). Gli aspetti discriminativi del tatto sono stati ben caratterizzati, in quanto storicamente, il ruolo del tatto è stato considerato quello di discriminare le caratteristiche di ciò che viene toccato, mentre gli aspetti affettivi sono stati solo recentemente indagati considerando la loro importanza nelle interazioni sociali. Il tocco statico responsabile dell'aspetto discriminante attiva a livello della pelle le grandi fibre mieliniche (Aβ), modulando a livello del sistema nervoso centrale le cortecce sensoriali, sia primarie che secondarie. Questo permette la codifica a livello del sistema nervoso centrale delle caratteristiche fisiche oggettive degli oggetti toccati. Studi riguardanti le caratteristiche del tocco affiliativo sociale hanno messo in evidenza che suddetta stimolazione tattile 1) è un particolare tocco dinamico che avviene sul lato peloso delle pelle con una velocità di 1-10 cm/sec; 2) attiva le fibre amieliniche (fibre CT o C-LTMRs); 3) induce positivi effetti autonomici, ad esempio la diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca; e 4) determina la modulazione di regioni cerebrali coinvolte nella codifica del significato affiliativo dello stimolo sensoriale periferico, in particolare la corteccia insulare. Il senso del tatto, con le sue due dimensioni discriminativa e affiliativa, è quotidianamente usato non solo negli esseri umani, ma anche tra i primati non umani. Infatti, tutti i primati non umani utilizzano la componente discriminativa del tatto per identificare gli oggetti e il cibo e l'aspetto emotivo durante le interazioni sociali, sia negative come durante un combattimento, che positive, come durante i comportamenti affiliativi tra cui il grooming. I meccanismi di codifica della componente discriminativa dei primati non umani sono simili a quelli umani. Tuttavia, si conosce ben poco dei meccanismi alla base della codifica del tocco piacevole affiliativo. Pur essendo ben noto che i meccanorecettori amilienici C-LTMRs sono presenti anche sul lato peloso della pelle dei primati non umani, attualmente non ci sono studi riguardanti la correlazione tra il tocco piacevole e la loro modulazione, come invece è stato ampiamente dimostrato nell'uomo. Recentemente è stato ipotizzato (Dunbar, 2010) il ruolo delle fibre C-LTMRs durante il grooming, in particolare durante il cosiddetto swepping. Il grooming è costituito da due azioni motorie, lo sweeping e il picking che vengono eseguite in modo ritmico. Durante lo sweeping la scimmia agente muove il pelo della scimmia ricevente con un movimento a mano aperta, per poter vedere il preciso punto della pelle dove eseguire il picking, ovvero dove prendere la pelle a livello della radice del pelo con le unghie dell'indice e del pollice e tirare per rimuovere parassiti o uova di parassiti e ciò che è rimasto incastrato nel pelo. Oltre il noto ruolo igenico, il grooming sembra avere anche una importante funzione sociale affiliativa. Come la carezza nella società umana, cosi il grooming tra i primati non umani è considerato un comportamento. Secondo l'ipotesi di Dunbar l'attivazione delle C-LTMRs avverrebbe durante lo sweeping e questo porta a supporre che lo sweeping, come la carezza umana, costituisca una componente affiliativa del grooming, determinando quindi a contribuire alla sua codifica come comportamento sociale. Fino ad ora non vi è però alcuna prova diretta a sostegno di questa ipotesi. In particolare, 1) la velocità cui viene eseguito lo sweeping è compatibile con la velocità di attivazione delle fibre CT nell'uomo e quindi con la velocità tipica della carezza piacevole di carattere sociale affiliativo (1-10 cm/sec)?; 2) lo sweeping induce la stessa modulazione del sistema nervoso autonomo in direzione della modulazione del sistema vagale, come il tocco piacevole nell'uomo, attraverso l'attivazione delle fibre CT?; 3) lo sweeping modula la corteccia insulare, cosi come il tocco piacevole viene codificato come affiliativo nell'uomo mediante le proiezioni delle fibre CT a livello dell'insula posteriore? Lo scopo del presente lavoro è quella di testare l'ipotesi di Dunbar sopra citata, cercando quindi di rispondere alle suddette domande. Le risposte potrebbero consentire di ipotizzare la somiglianza tra lo sweeping, caratteristico del comportamento affiliativo di grooming tra i primati non umani e la carezza. In particolare, abbiamo eseguito 4 studi pilota. Nello Studio 1 abbiamo valutato la velocità con cui viene eseguito lo sweeping tra scimmie Rhesus, mediante una analisi cinematica di video registrati tra un gruppo di scimmie Rhesus. Negli Studi 2 e 3 abbiamo valutato gli effetti sul sistema nervoso autonomo dello sweeping eseguito dallo sperimentatore su una scimmia Rhesus di sesso maschile in una tipica situazione sperimentale. La stimolazione tattile è stata eseguita a diverse velocità, in accordo con i risultati dello Studio 1 e degli studi umani che hanno dimostrato la velocità ottimale e non ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs. In particolare, nello Studio 2 abbiamo misurato la frequenza cardiaca e la variabilità di questa, come indice della modulatione vagale, mentre nello Studio 3 abbiamo valutato gli effetti dello sweeping sul sistema nervoso autonomo in termini di variazioni di temperatura del corpo, nello specifico a livello del muso della scimmia. Infine, nello Studio 4 abbiamo studiato il ruolo della corteccia somatosensoriale secondaria e insulare nella codifica dello sweeping. A questo scopo abbiamo eseguito registrazioni di singoli neuroni mentre la medesima scimmia soggetto sperimentale dello Studio 2 e 3, riceveva lo sweeping a due velocità, una ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs secondo gli studi umani e i risultati dei tre studi sopra citati, ed una non ottimale. I dati preliminari ottenuti, dimostrano che 1) (Studio 1) lo sweeping tra scimmie Rhesus viene eseguito con una velocità media di 9.31 cm/sec, all'interno dell'intervallo di attivazione delle fibre CT nell'uomo; 2) (Studio 2) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina una diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca se eseguito alla velocità di 5 e 10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 1 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina l'aumento della frequenza cardiaca e la diminuzione della variabilità di questa, quindi il decremento dell'attivazione del sistema nervoso parasimpatico; 3) (Studio 3) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina l'aumento della temperatura corporea a livello del muso della scimmia se eseguito alla velocità di 5-10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 5 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina la diminuzione della temperatura del muso; 4) (Studio 4) la corteccia somatosensoriale secondaria e la corteccia insulare posteriore presentano neuroni selettivamente modulati durante lo sweeping eseguito ad una velocità di 5-13 cm/sec ma non neuroni selettivi per la codifica della velocità dello sweeping minore di 5 cm/sec. Questi risultati supportano l'ipotesi di Dunbar relativa al coinvolgimento delle fibre CT durante lo sweeping. Infatti i dati mettono in luce che lo sweeping viene eseguito con una velocità (9.31 cm/sec), simile a quella di attivazione delle fibre CT nell'uomo (1-10 cm/sec), determina gli stessi effetti fisiologici positivi in termini di frequenza cardiaca (diminuzione) e variabilità della frequenza cardiaca (incremento) e la modulazione delle medesime aree a livello del sistema nervoso centrale (in particolare la corteccia insulare). Inoltre, abbiamo dimostrato per la prima volta che suddetta stimolazione tattile determina l'aumento della temperatura del muso della scimmia. Il presente studio rappresenta la prima prova indiretta dell'ipotesi relativa alla modulazione del sistema delle fibre C-LTMRs durante lo sweeping e quindi della codifica della stimolazione tattile piacevole affiliativa a livello del sistema nervoso centrale ed autonomo, nei primati non umani. I dati preliminari qui presentati evidenziano la somiglianza tra il sistema delle fibre CT dell'uomo e del sistema C-LTMRs nei primati non umano, riguardanti il Social Touch. Nonostante ciò abbiamo riscontrato alcune discrepanze tra i risultati da noi ottenuti e quelli invece ottenuti dagli studi umani. La velocità media dello sweeping è di 9.31 cm / sec, rasente il limite superiore dell’intervallo di velocità che attiva le fibre CT nell'uomo. Inoltre, gli effetti autonomici positivi, in termini di battito cardiaco, variabilità della frequenza cardiaca e temperatura a livello del muso, sono stati evidenziati durante lo sweeping eseguito con una velocità di 5 e 10 cm/sec, quindi al limite superiore dell’intervallo ottimale che attiva le fibre CT nell’uomo. Al contrario, lo sweeping eseguito con una velocità inferiore a 5 cm/sec e superiore a 10 cm/sec determina effetti fisiologici negativo. Infine, la corteccia insula sembra essere selettivamente modulata dallo stimolazione eseguita alla velocità di 5-13 cm/sec, ma non 1-5 cm/sec. Quindi, gli studi sul sistema delle fibre CT nell’uomo hanno dimostrato che la velocità ottimale è 1-10 cm/sec, mentre dai nostri risultati la velocità ottimale sembra essere 5-13 cm / sec. Quindi, nonostante l'omologia tra il sistema delle fibre CT nell'umano deputato alla codifica del tocco piacevole affiliativo ed il sistema delle fibre C-LTMRs nei primati non umani, ulteriori studi saranno necessari per definire con maggiore precisione la velocità ottimale di attivazione delle fibre C-LTMR e per dimostrare direttamente la loro attivazione durante lo sweeping, mediante la misurazione diretta della loro modulazione. Studi in questa direzione potranno confermare l'omologia tra lo sweeping in qualità di tocco affiliativo piacevole tra i primati non umani e la carezza tra gli uomini. Infine, il presente studio potrebbe essere un importante punto di partenza per esplorare il meccanismo evolutivo dietro la trasformazione dello sweeping tra primati non umani, azione utilitaria eseguita durante il grooming, a carezza, gesto puramente affiliativo tra gli uomini.

Developing Autonomous Microgrids: A Theoretical Case Study

Microgrids are autonomously operated, geographically clustered electricity generation and distribution systems that supply power in closed system settings; they are highly compatible with renewable energy sources and distributed generation technologies. Mocrogrids are currently a serially underutilized and underappreciated commodity in the energy infrastructure portfolio worldwide. To demonstrate feasibility under poor conditions (little renewable energy potential and high demand) this capstone project develops a theoretical case study in which a renewable microgrid is employed to power rural communities of southern Montgomery County, Arkansas. Utilizing commercially manufactured 1.5-megawatt wind turbines and a 1-megawatt solar panel generation system, 4-megawatts of lithium ion battery storage, and demand response technology, a microgrid is designed that supplies 235 households with reliable electricity supply.

A grammatical approach to the modeling of an autonomous robot

Virtual Worlds Generator is a grammatical model that is proposed to define virtual worlds. It integrates the diversity of sensors and interaction devices, multimodality and a virtual simulation system. Its grammar allows the definition and abstraction in symbols strings of the scenes of the virtual world, independently of the hardware that is used to represent the world or to interact with it. A case study is presented to explain how to use the proposed model to formalize a robot navigation system with multimodal perception and a hybrid control scheme of the robot. The result is an instance of the model grammar that implements the robotic system and is independent of the sensing devices used for perception and interaction. As a conclusion the Virtual Worlds Generator adds value in the simulation of virtual worlds since the definition can be done formally and independently of the peculiarities of the supporting devices.

Awareness of L1 and L2 word-formation mechanisms for the development of a more autonomous L2 learner

Unlike traditional approaches, new communicative trends disregard the role of word-formation mechanisms. They tend to focus on syntax and/or vocabulary without analyzing the mechanisms involved in the creation of lexical items. In this paper, based on the analysis of the use of prefixes by L2 learners in oral and written productions, as provided by the SULEC, we emphasize the advantages that word-formation awareness and knowledge may have for the learners in terms of production, creativity, understanding, autonomy, and proficiency. Through the teaching of word-formation learners may more easily decipher, decode and/or encode messages, create words they have never seen before, etc.

Representation of 2D objects with a topology preserving network

Comunicación presentada en el 2nd International Workshop on Pattern Recognition in Information Systems, Alicante, April, 2002.

Central compact objects and the hidden magnetic field scenario

Central compact objects (CCOs) are X-ray sources lying close to the centre of supernova remnants, with inferred values of the surface magnetic fields significantly lower (≲1011 G) than those of standard pulsars. In this paper, we revise the hidden magnetic field scenario, presenting the first 2D simulations of the submergence and re-emergence of the magnetic field in the crust of a neutron star. A post-supernova accretion stage of about 10−4–10−3 M⊙ over a vast region of the surface is required to bury the magnetic field into the inner crust. When accretion stops, the field re-emerges on a typical time-scale of 1–100 kyr, depending on the submergence conditions. After this stage, the surface magnetic field is restored close to its birth values. A possible observable consequence of the hidden magnetic field is the anisotropy of the surface temperature distribution, in agreement with observations of several of these sources. We conclude that the hidden magnetic field model is viable as an alternative to the antimagnetar scenario, and it could provide the missing link between CCOs and the other classes of isolated neutron stars.