Plasma Membrane-Associated Actin in Bright Yellow 2 Tobacco Cells1 : Evidence for Interaction with Microtubules

Plasma membrane ghosts form when plant protoplasts attached to a substrate are lysed to leave a small patch of plasma membrane. We have identified several factors, including the use of a mildly acidic actin stabilization buffer and the inclusion of glutaraldehyde in the fixative, that allow immunofluorescent visualization of extensive cortical actin arrays retained on membrane ghosts made from tobacco (Nicotiana tabacum L.) suspension-cultured cells (line Bright Yellow 2). Normal microtubule arrays were also retained using these conditions. Membrane-associated actin is random; it exhibits only limited coalignment with the microtubules, and microtubule depolymerization in whole cells before wall digestion and ghost formation has little effect on actin retention. Actin and microtubules also exhibit different sensitivities to the pH and K+ and Ca2+ concentrations of the lysis buffer. There is, however, strong evidence for interactions between actin and the microtubules at or near the plasma membrane, because both ghosts and protoplasts prepared from taxol-pretreated cells have microtubules arranged in parallel arrays and an increased amount of actin coaligned with the microtubules. These experiments suggest that the organization of the cortical actin arrays may be dependent on the localization and organization of the microtubules.

Interaction of the histone (H3-H4)2 tetramer of the nucleosome with positively supercoiled DNA minicircles: Potential flipping of the protein from a left- to a right-handed superhelical form.

We have studied the ability of the histone (H3-H4)2 tetramer, the central part of the nucleosome of eukaryotic chromatin, to form particles on DNA minicircles of negative and positive superhelicities, and the effect of relaxing these particles with topoisomerase I. The results show that even modest positive torsional stress from the DNA, and in particular that generated by DNA thermal fluctuations, can trigger a major, reversible change in the conformation of the particle. Neither a large excess of naked DNA, nor a crosslink between the two H3s prevented the transition from one form to the other. This suggested that during the transition, the histones neither dissociated from the DNA nor were even significantly reshuffled. Moreover, the particles reconstituted on negatively and positively supercoiled minicircles look similar under electron microscopy. These data agree best with a transition involving a switch of the wrapped DNA from a left- to a right-handed superhelix. It is further proposed, based on the left-handed overall superhelical conformation of the tetramer within the octamer [Arents, G., Burlingame, R. W., Wang, B. C., Love, W. E. & Moudrianakis, E. N. (1991) Proc. Natl.Acad. Sci. USA 88, 10148-10152] that this change in DNA topology is mediated by a similar change in the topology of the tetramer itself, which may occur through a rotation (or a localized deformation) of the two H3-H4 dimers about their H3-H3 interface. Potential implications of this model for nucleosome dynamics in vivo are discussed.

Epitope-specific tolerance induction with an engineered immunoglobulin.

Isologous and heterologous immunoglobulins have been shown to be extremely effective as tolerogenic carriers for nearly 30 years. The efficacy of these proteins is due in part to their long half-life in vivo, as well as their ability to crosslink surface IgM with Fc receptors. The concept of using IgG as a carrier molecule to induce unresponsiveness in the adult immune system has been exploited for simple haptens, such as nucleosides, as well as for peptides. To further evaluate the in vivo potential of these molecules for inducing tolerance to a defined epitope, we have engineered a fusion protein of mouse IgG1 with the immunodominant epitope 12-26 from bacteriophage lambda cI repressor protein. This 15-mer, which contains both a B-cell and T-cell epitope, has been fused in-frame to the N terminus of a mouse heavy chain IgG1 construct, thus creating a "genetic hapten-carrier" system. We describe a novel in vitro and in vivo experimental system for studying the feasibility of engineered tolerogens, consisting of a recombinant flagellin challenge antigen and a murine IgG1 tolerogen, both expressing the lambda repressor epitope 12-26. Herein, we show that peptide-grafted IgG molecules injected i.v., or expressed by transfected, autologous B cells, can efficiently modulate the cellular and humoral immune responses to immunodominant epitopes. This model displays the feasibility of "tailor-designing" immune responses to whole antigens by selecting epitopes for either tolerance or immunity.

NusA interferes with interactions between the nascent RNA and the C-terminal domain of the alpha subunit of RNA polymerase in Escherichia coli transcription complexes.

The effects of NusA on the RNA polymerase contacts made by nucleotides at internal positions in the nascent RNA in Escherichia coli transcription complexes were analyzed by using the photocrosslinking nucleotide analog 5-[(4-azidophenacyl) thio]-UMP. It was placed at nucleotides between +6 and +15 in RNA transcribed from the phage lambda PR' promoter. Crosslinks of analog in these positions in RNAs which contained either 15, 28, 29, or 49 nt were examined. Contacts between the nascent RNA and proteins in the transcription complex were analyzed as the RNA was elongated, by placing the crosslinker nearest the 5' end of the RNA 10, 23, 24, or 44 nt away from the 3' end. The beta or beta' subunit of polymerase, and NusA when added, were contacted by RNA from 15 to 49 nt long. When the upstream crosslinker was 24 nt from the 3" end of the RNA (29-nt RNA), alpha was also contacted in the absence of NusA. The addition of NusA prevented RNA crosslinking to alpha. When the crosslinker was 44 nt from the 3' end (49-nt RNA), alpha crosslinks were still observed, but crosslinks to beta or beta' and NusA were greatly diminished. RNA crosslinking to alpha, and loss of this crosslink when NusA was added, was observed in the presence of NusB, NusE, and NusG and when transcription was carried out in the presence of an E. coli S100 cell extract. Peptide mapping localized the RNA interactions to the C-terminal domain of alpha.

Simultaneous fixation using glutaraldehyde and osmium tetroxide or potassium ferricyanide-reduced osmium for the preservation of monogenean flatworms: An assessment for Merizocotyle icopae

Simultaneous fixation was investigated for a marine organism: the monogenean flatworm ectoparasite Merizocotyle icopae. Four protocols for primary fixation were compared: 3% glutaraldehyde alone in OAM cacodylate buffer for a minimum of 2 hours; 1% glutaraldehyde in combination with 1% osmium tetroxide, both in 0.1M cacodylate buffer, until tissues darkened (5-20 minutes); 1% glutaraldehyde in OAM cacodylate buffer in combination with 0.5% potassium ferricyanide-reduced osmium until tissues darkened (5-20 minutes); 1% glutaraldehyde in combination with 1% osmium tetroxide, both in 0.1M cacodylate buffer, for 30 minutes. The study confirms that the standard method for transmission electron microscopic fixation (first listed protocol) routinely applied to platyhelminths is optimal for ultrastructural preservation, but some simultaneous fixation methods (second and third listed protocols) are acceptable when rapid immobilization is needed. Scanning electron microscopic preparations may be improved using simultaneous primary fixation. (C) 2004 Wilcy-Liss, Inc.

The incidence of corpora amylacea (CA) in the optic nerve of patients with Alzheimer's disease

Corpora amylacea (CA) are spherical or ovoid bodies 50-50 microns in diameter. They have been described in normal elderly brain as well as in a number of neurodegenerative disorders. In this study, the incidence of CA in the optic nerves of Alzheimer's disease (AD) patients was compared with normal elderly controls. Samples of optic nerves (MRC Brain Bank, Institute of Psychiatry) were taken from 12 AD patients (age range 69-94 years) and 18 controls (43-82 years). Optic nerves were fixed in 2% buffered glutaraldehyde, post-fixed in osmium tetroxide, embedded in epoxy resin and then sectioned to a thickness of 2 microns. Sections were stained with toluidine blue. CA were present in all of the optic nerves examined. In addition, a number of similarly stained but more irregularly shaped bodies were present. Fewer CA were found in the optic nerves of AD patients compared with controls. By contrast, the number or irregularly shaped bodies was increased in AD. In AD, there may be a preferential decline in the large diameter fibres which may mediate the M-cell pathway. Hence, the decline in the incidence of CA in AD may be associated with a reduction in these fibres. It is also possible that the irregualrly shaped bodies are a degeneration product of the CA.

Structural effects in photopolymerized sodium AMPS hydrogels crosslinked with poly(ethylene glycol) diacrylate for use as burn dressings

Synthetic hydrogel polymers were prepared by free radical photopolymerization in aqueous solution of the sodium salt of 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (Na-AMPS). Poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) and 4,4'-azo-bis(4-cyanopentanoic acid) were used as the crosslinker and UV-photoinitiator, respectively. The effects of varying the Na-AMPS monomer concentration within the range of 30-50% w/v and the crosslinker concentration within the range of 0.1-1.0% mol (relative to monomer) were studied in terms of their influence on water absorption properties. The hydrogel sheets exhibited extremely high swelling capacities in aqueous media which were dependent on monomer concentration, crosslink density, and the ionic strength and composition of the immersion medium. The effects of varying the number-average molecular weight of the PEGDA crosslinker from = 250 to 700 were also investigated. Interestingly, it was found that increasing the molecular weight and therefore the crosslink length at constant crosslink density decreased both the rate of water absorption and the equilibrium water content. Cytotoxicity testing by the direct contact method with mouse fibroblast L929 cells indicated that the synthesized hydrogels were nontoxic. On the basis of these results, it is considered that photopolymerized Na-AMPS hydrogels crosslinked with PEGDA show considerable potential for biomedical use as dressings for partial thickness burns. This paper describes some structural effects which are relevant to their design as biomaterials for this particular application. © 2013 Copyright Taylor and Francis Group, LLC.

Développement de matériaux à base de protéines extraites du byssus de la moule bleue Mytilus edulis

Le byssus est un amas de fibres que les moules produisent afin de s’ancrer aux surfaces immergées sous l’eau. Ces fibres sont pourvues de propriétés mécaniques impressionnantes combinant rigidité, élasticité et ténacité élevées. De plus, elles possèdent un comportement d’auto-guérison de leurs propriétés mécaniques en fonction du temps lorsque la contrainte initialement appliquée est retirée. Les propriétés mécaniques de ces fibres sont le résultat de l’agencement hiérarchique de protéines de type copolymère blocs riches en collagène et de la présence de métaux formant des liens sacrificiels réversibles avec certains acides aminés comme les DOPA et les histidines. Bien que cette fibre soit très intéressante pour la production de matériaux grâce à son contenu élevé en collagène potentiellement biocompatible, cette ressource naturelle est traitée comme un déchet par les mytiliculteurs. L’objectif de cette thèse était de valoriser cette fibre en extrayant les protéines pour générer une nouvelle classe de matériaux biomimétiques. Un hydrolysat de protéines de byssus (BPH) riche en acides aminés chargés, i.e. ~30 % mol, et permettant de former des films a pu être généré. Lorsque solubilisé à pH 10.5, le BPH forme un hydrogel contenant des structures en triple hélice de collagène et des feuillets β anti-parallèles intra- et inter-moléculaires. Suite à l’évaporation de l’eau, le film de BPH résultant est insoluble en milieu aqueux à cause des structures secondaires très stables agissant comme points de réticulation effectifs. Les propriétés mécaniques des films de BPH sont modulables en fonction du pH. Au point isoélectrique (pI = 4.5), les interactions électrostatiques entre les charges opposées agissent comme points de réticulation et augmentent la rigidité des films et leur contrainte à la rupture sans affecter la déformation à la rupture. À pH plus élevé ou plus bas que le pI, les performances mécaniques des films sont plus faibles à cause de la répulsion entre les groupements fonctionnels de même charge qui interagissent plutôt avec les molécules d’eau et causent le gonflement de la matrice protéique des films. Le BPH contenant un nombre élevé d’acides aminés chargés et réactifs, nous avons pu réticuler les films de manière covalente à l’aide d’EDC ou de glutaraldéhyde. Les propriétés mécaniques des films sont modulables en fonction de la concentration d’EDC utilisée lors de la réticulation ou en employant du glutaraldéhyde comme agent réticulant. Les films sont à la fois plus rigides et plus forts avec un degré de réticulation élevé, mais perdent leur extensibilité à mesure que les segments libres de s’étirer lors d’une traction deviennent entravés par les points de réticulation. La réticulation augmente également la résistance à la dégradation enzymatique par la collagénase, les films les plus fortement réticulés lui étant pratiquement insensibles. La spectroscopie infrarouge montre enfin que la réticulation entraîne une transition de feuillets β anti-parallèles inter-moléculaires vers des structures de type hélices de collagène/PPII hydratées. Des liens sacrificiels ont été formés dans les films de BPH par traitement au pI et/ou avec différents métaux, i.e. Na+, Ca2+, Fe3+, afin de moduler les propriétés mécaniques statiques et d’évaluer le rôle de ces traitements sur le comportement d’auto-guérison lors de tests mécaniques cycliques avec différents temps de repos. Plus la valence des ions métalliques ajoutés augmente, plus les propriétés mécaniques statiques affichent un module, une contrainte à la rupture et une ténacité élevés sans toutefois affecter la déformation à la rupture, confirmant la formation de liens sacrificiels. Les tests mécaniques cycliques montrent que les traitements au pI ou avec Ca2+ créent des liens sacrificiels ioniques réversibles qui mènent à un processus d’auto-guérison des performances mécaniques dépendant du pH. L’ajout de Fe3+ à différentes concentrations module les performances mécaniques sur un plus large intervalle et la nature plus covalente de son interaction avec les acides aminés permet d’atteindre des valeurs nettement plus élevées que les autres traitements étudiés. Le Fe3+ permet aussi la formation de liens sacrificiels réversibles menant à l’auto-guérison des propriétés mécaniques. Les spectroscopies Raman et infrarouge confirment que le fer crée des liaisons avec plusieurs acides aminés, dont les histidines et les DOPA. Les résultats dans leur ensemble démontrent que les films de BPH sont des hydrogels biomimétiques du byssus qui peuvent être traités ou réticulés de différentes façons afin de moduler leurs performances mécaniques. Ils pourraient ainsi servir de matrices pour des applications potentielles dans le domaine pharmaceutique ou en ingénierie tissulaire.

Développement de matériaux à base de protéines extraites du byssus de la moule bleue Mytilus edulis

Le byssus est un amas de fibres que les moules produisent afin de s’ancrer aux surfaces immergées sous l’eau. Ces fibres sont pourvues de propriétés mécaniques impressionnantes combinant rigidité, élasticité et ténacité élevées. De plus, elles possèdent un comportement d’auto-guérison de leurs propriétés mécaniques en fonction du temps lorsque la contrainte initialement appliquée est retirée. Les propriétés mécaniques de ces fibres sont le résultat de l’agencement hiérarchique de protéines de type copolymère blocs riches en collagène et de la présence de métaux formant des liens sacrificiels réversibles avec certains acides aminés comme les DOPA et les histidines. Bien que cette fibre soit très intéressante pour la production de matériaux grâce à son contenu élevé en collagène potentiellement biocompatible, cette ressource naturelle est traitée comme un déchet par les mytiliculteurs. L’objectif de cette thèse était de valoriser cette fibre en extrayant les protéines pour générer une nouvelle classe de matériaux biomimétiques. Un hydrolysat de protéines de byssus (BPH) riche en acides aminés chargés, i.e. ~30 % mol, et permettant de former des films a pu être généré. Lorsque solubilisé à pH 10.5, le BPH forme un hydrogel contenant des structures en triple hélice de collagène et des feuillets β anti-parallèles intra- et inter-moléculaires. Suite à l’évaporation de l’eau, le film de BPH résultant est insoluble en milieu aqueux à cause des structures secondaires très stables agissant comme points de réticulation effectifs. Les propriétés mécaniques des films de BPH sont modulables en fonction du pH. Au point isoélectrique (pI = 4.5), les interactions électrostatiques entre les charges opposées agissent comme points de réticulation et augmentent la rigidité des films et leur contrainte à la rupture sans affecter la déformation à la rupture. À pH plus élevé ou plus bas que le pI, les performances mécaniques des films sont plus faibles à cause de la répulsion entre les groupements fonctionnels de même charge qui interagissent plutôt avec les molécules d’eau et causent le gonflement de la matrice protéique des films. Le BPH contenant un nombre élevé d’acides aminés chargés et réactifs, nous avons pu réticuler les films de manière covalente à l’aide d’EDC ou de glutaraldéhyde. Les propriétés mécaniques des films sont modulables en fonction de la concentration d’EDC utilisée lors de la réticulation ou en employant du glutaraldéhyde comme agent réticulant. Les films sont à la fois plus rigides et plus forts avec un degré de réticulation élevé, mais perdent leur extensibilité à mesure que les segments libres de s’étirer lors d’une traction deviennent entravés par les points de réticulation. La réticulation augmente également la résistance à la dégradation enzymatique par la collagénase, les films les plus fortement réticulés lui étant pratiquement insensibles. La spectroscopie infrarouge montre enfin que la réticulation entraîne une transition de feuillets β anti-parallèles inter-moléculaires vers des structures de type hélices de collagène/PPII hydratées. Des liens sacrificiels ont été formés dans les films de BPH par traitement au pI et/ou avec différents métaux, i.e. Na+, Ca2+, Fe3+, afin de moduler les propriétés mécaniques statiques et d’évaluer le rôle de ces traitements sur le comportement d’auto-guérison lors de tests mécaniques cycliques avec différents temps de repos. Plus la valence des ions métalliques ajoutés augmente, plus les propriétés mécaniques statiques affichent un module, une contrainte à la rupture et une ténacité élevés sans toutefois affecter la déformation à la rupture, confirmant la formation de liens sacrificiels. Les tests mécaniques cycliques montrent que les traitements au pI ou avec Ca2+ créent des liens sacrificiels ioniques réversibles qui mènent à un processus d’auto-guérison des performances mécaniques dépendant du pH. L’ajout de Fe3+ à différentes concentrations module les performances mécaniques sur un plus large intervalle et la nature plus covalente de son interaction avec les acides aminés permet d’atteindre des valeurs nettement plus élevées que les autres traitements étudiés. Le Fe3+ permet aussi la formation de liens sacrificiels réversibles menant à l’auto-guérison des propriétés mécaniques. Les spectroscopies Raman et infrarouge confirment que le fer crée des liaisons avec plusieurs acides aminés, dont les histidines et les DOPA. Les résultats dans leur ensemble démontrent que les films de BPH sont des hydrogels biomimétiques du byssus qui peuvent être traités ou réticulés de différentes façons afin de moduler leurs performances mécaniques. Ils pourraient ainsi servir de matrices pour des applications potentielles dans le domaine pharmaceutique ou en ingénierie tissulaire.

Effect of vapor-phase glutaraldehyde crosslinking on electrospun starch fibers

In this work, we have proven that starch nanofibrous membranes with high tensile strength, water stability and non-cytotoxicity can be produced by electrospinning of starch solution and post-treatment with GTA in vapor phase. GTA vapor phase crosslinking plays a key role in forming water-stable nanofiber membrane and improving the mechanical properties. Comparing with non-crosslinked starch fibers, the crosslinked fibers are increased by nearly 10 times in tensile strength. The crosslinked starch fibrous membranes are non-cytotoxic. They may find applications in the fields of tissue engineering, pharmaceutical therapy and medical.