Translational Up-Regulation and High-Level Protein Expression from Plasmid Vectors by mTOR Activation via Different Pathways in PC3 and 293T Cells

Background: Though 293T cells are widely used for expression of proteins from transfected plasmid vectors, the molecular basis for the high-level expression is yet to be understood. We recently identified the prostate carcinoma cell line PC3 to be as efficient as 293T in protein expression. This study was undertaken to decipher the molecular basis of high-level expression in these two cell lines. Methodology/Principal Findings: In a survey of different cell lines for efficient expression of platelet-derived growth factor-B (PDGF-B), beta-galactosidase (beta-gal) and green fluorescent protein (GFP) from plasmid vectors, PC3 was found to express at 5-50-fold higher levels compared to the bone metastatic prostate carcinoma cell line PC3BM and many other cell lines. Further, the efficiency of transfection and level of expression of the reporters in PC3 were comparable to that in 293T. Comparative analyses revealed that the high level expression of the reporters in the two cell lines was due to increased translational efficiency. While phosphatidic acid (PA)-mediated activation of mTOR, as revealed by drastic reduction in reporter expression by n-butanol, primarily contributed to the high level expression in PC3, multiple pathways involving PA, PI3K/Akt and ERK1/2 appear to contribute to the abundant reporter expression in 293T. Thus the extent of translational upregulation attained through the concerted activation of mTOR by multiple pathways in 293T could be achieved through its activation primarily by the PA pathway in PC3. Conclusions/Significance: Our studies reveal that the high-level expression of proteins from plasmid vectors is effected by translational up-regulation through mTOR activation via different signaling pathways in the two cell lines and that PC3 is as efficient as 293T for recombinant protein expression. Further, PC3 offers an advantage in that the level of expression of the protein can be regulated by simple addition of n-butanol to the culture medium.

Localization and release of ?-glucosidase in the thermophilic and cellulolytic fungus, Sporotrichum thermophile

In a medium containing cellulose as the carbon source, the rapid growth of Sporotrichum thermophile, the secretion of cellulases and the utilization of cellulose were well-correlated events. The production of beta-glucosidase in culture medium lagged behind cellulases, coinciding with the time of extensive autolysis of mycelia. By contrast, neither apparent autolysis nor secretion of beta-glucosidase occurred when S. thermophile was grown in medium containing cellobiose; the enzyme activity remained associated with mycelia. The release of beta-glucosidase in cellulose-grown cultures was correlated with the activity of the lytic enzyme in the cell wall. Immunocytochemical localization and biochemical characterization showed that a beta-glucosidase released in the cellulose medium was the same as that which remained associated with mycelia grown on cellobiose. The results indicated that the release of beta-glucosidase in the cellulose culture is incidental to the activity of the lytic enzymes which are strongly induced by cellulose. The observations minimize a functional role of the culture fluid beta-glucosidase in cellulolysis by the fungus. Rather, the available information suggests that the cellulases and beta-glucosidases associated with the hyphal cell wall may play a role in cellulolysis by the fungus. (C) 1994 Academic Press, Inc.

Localization and release of β-glucosidase in the thermophilic and cellulolytic fungus, Sporotrichum thermophile

n a medium containing cellulose as the carbon source, the rapid growth of Sporotrichum thermophile, the secretion of cellulases and the utilization of cellulose were well-correlated events. The production of beta-glucosidase in culture medium lagged behind cellulases, coinciding with the time of extensive autolysis of mycelia. By contrast, neither apparent autolysis nor secretion of beta-glucosidase occurred when S. thermophile was grown in medium containing cellobiose; the enzyme activity remained associated with mycelia. The release of beta-glucosidase in cellulose-grown cultures was correlated with the activity of the lytic enzyme in the cell wall. Immunocytochemical localization and biochemical characterization showed that a beta-glucosidase released in the cellulose medium was the same as that which remained associated with mycelia grown on cellobiose. The results indicated that the release of beta-glucosidase in the cellulose culture is incidental to the activity of the lytic enzymes which are strongly induced by cellulose. The observations minimize a functional role of the culture fluid beta-glucosidase in cellulolysis by the fungus. Rather, the available information suggests that the cellulases and beta-glucosidases associated with the hyphal cell wall may play a role in cellulolysis by the fungus. (C) 1994 Academic Press, Inc.

Graphene as a Nanocarrier for Tamoxifen Induces Apoptosis in Transformed Cancer Cell Lines of Different Origins

A cationic amphiphile, cholest-5en-3 beta-oxyethyl pyridinium bromide (PY(+)-Chol), is able to efficiently disperse exfoliated graphene (GR) in water by the physical adsorption of PY(+)-Chol on the surface of GR to form stable, dark aqueous suspensions at room temperature. The GRPY(+)-Chol suspension can then be used to solubilize Tamoxifen Citrate (TmC), a breast cancer drug, in water. The resulting TmCGRPY(+)-Chol is stable for a long time without any precipitation. Fluorescence emission and UV absorption spectra indicate the existence of noncovalent interactions between TmC, GR, and PY(+)-Chol in these suspensions. Electron microscopy shows the existence of segregated GR sheets and TmC ribbons in the composite suspensions. Atomic force microscopy indicates the presence of extended structures of GRPY(+)-Chol, which grows wider in the presence of TmC. The slow time-dependent release of TmC is noticed in a reconstituted cell culture medium, a property useful as a drug carrier. TmCGRPY(+)-Chol selectively enhanced the cell death (apoptosis) of the transformed cancer cells compared to normal cells. This potency is found to be true for a wide range of transformed cancer cells viz. HeLa, A549, ras oncogene-transformed NIH3T3, HepG2, MDA-MB231, MCF-7, and HEK293T compared to the normal cell HEK293 in vitro. Confocal microscopy confirmed the high efficiency of TmCGRPY(+)-Chol in delivering the drug to the cells, compared to the suspensions devoid of GR.

Vertical electric field stimulated neural cell functionality on porous amorphous carbon electrodes

We demonstrate the efficacy of amorphous macroporous carbon substrates as electrodes to support neuronal cell proliferation and differentiation in electric field mediated culture conditions. The electric field was applied perpendicular to carbon substrate electrode, while growing mouse neuroblastoma (N2a) cells in vitro. The placement of the second electrode outside of the cell culture medium allows the investigation of cell response to electric field without the concurrent complexities of submerged electrodes such as potentially toxic electrode reactions, electro-kinetic flows and charge transfer (electrical current) in the cell medium. The macroporous carbon electrodes are uniquely characterized by a higher specific charge storage capacity (0.2 mC/cm(2)) and low impedance (3.3 k Omega at 1 kHz). The optimal window of electric field stimulation for better cell viability and neurite outgrowth is established. When a uniform or a gradient electric field was applied perpendicular to the amorphous carbon substrate, it was found that the N2a cell viability and neurite length were higher at low electric field strengths (<= 2.5 V/cm) compared to that measured without an applied field (0 V/cm). While the cell viability was assessed by two complementary biochemical assays (MTT and LDH), the differentiation was studied by indirect immunostaining. Overall, the results of the present study unambiguously establish the uniform/gradient vertical electric field based culture protocol to either enhance or to restrict neurite outgrowth respectively at lower or higher field strengths, when neuroblastoma cells are cultured on porous glassy carbon electrodes having a desired combination of electrochemical properties. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Vertical electric field induced bacterial growth inactivation on amorphous carbon electrodes

The objective of the present work is to understand the vertical electric field stimulation of the bacterial cells, when grown on amorphous carbon substrates in vitro. In particular, the antibacterial activity against Gram-positive Staphylococcus aureus and Gram-negative Escherichia coli are studied using MTTassay, live/dead assay and inner membrane permeabilization assays. In our experiments, the carbon substrate acts as one electrode and the counter electrode is positioned outside the culture medium, thus suppressing the current, electrokinetic motions and chemical reactions. Guided by similar experiments conducted in our group on neuroblastoma cells, the present experimental results further establish the interdependence of field strength and exposure duration towards bacterial growth inactivation in vitro. Importantly, significant reduction in bacterial viability was recorded at the 2.5 V/cm electric field stimulation conditions, which does not reduce the neural cell viability to any significant extent on an identical substrate. Following electrical stimulation, the bacterial growth is significantly inhibited for S. aureus bacterial strain in an exposure time dependent manner. In summary, our experiments establish the effectiveness of the vertical electric field towards bacterial growth inactivation on amorphous carbon substrates, which is a cell type dependent phenomenon (Gram-positive vs. Gram-negative). (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Co-liposomes of redox-active alkyl-ferrocene modified low MW branched PEI and DOPE for efficacious gene delivery in serum

Herein, we present six new lipopolymers based on low molecular weight, branched polyethylenimine (BPEI 800 Da) which are hydrophobically modified using ferrocene terminated alkyl tails of variable lengths. The effects of degree of grafting, spacer length and the redox state of ferrocene in the lipopolymers on the self assembly properties were investigated in detail by TEM, AFM, DLS and zeta potential measurements. The assemblies displayed an oxidation induced increase in the size of the aggregates. The co-liposomes comprising the lipopolymer and a helper lipid, 1,2-dioleoyl phosphatidyl ethanolamine (DOPE), showed excellent gene (pDNA) delivery capability in a serum containing environment in two cancer cell lines (HeLa and U251 cells). Optimized formulations showed remarkably higher transfection activity than BPEI (25 kDa) and were also significantly better than a commercial transfection reagent, Lipofectamine 2000 as evidenced from both the luciferase activity and GFP expression analysis. Oxidation of ferrocene in the lipopolymers led to drastically reduced levels of gene transfection which was substantiated by reduced cellular internalization of fluorescently labelled pDNA as detected using confocal microscopy and flow cytometry. Moreover, the transfection inactive oxidized lipopolyplexes could be turned transfection active by exposure to ascorbic acid (AA) in cell culture medium during transfection. Endocytosis inhibition experiments showed that gene expression mediated by reduced formulations involved both clathrin and caveolae mediated pathways while the oxidized formulations were routed via the caveolae. Cytotoxicity assays revealed no obvious toxicity for the lipopolyplexes in the range of optimized transfection levels in both the cell lines studied. Overall, we have exploited the redox activity of ferrocene in branched PEI-based efficient polymeric gene carriers whose differential transfection activities could be harnessed for spatial or temporal cellular transfections.

Fluid flow induced calcium response in bone cell network

In our previous work, bone cell networks with controlled spacing and functional intercellular gap junctions had been successfully established by using microcontact printing and self assembled monolayers technologies [Guo, X. E., E. Takai, X. Jiang, Q. Xu, G. M. Whitesides, J. T. Yardley, C. T. Hung, E. M. Chow, T. Hantschel, and K. D. Costa. Mol. Cell. Biomech. 3:95-107, 2006]. The present study investigated the calcium response and the underlying signaling pathways in patterned bone cell networks exposed to a steady fluid flow. The glass slides with cell networks were separated into eight groups for treatment with specific pharmacological agents that inhibit pathways significant in bone cell calcium signaling. The calcium transients of the network were recorded and quantitatively evaluated with a set of network parameters. The results showed that 18 alpha-GA (gap junction blocker), suramin (ATP inhibitor), and thapsigargin (depleting intracellular calcium stores) significantly reduced the occurrence of multiple calcium peaks, which were visually obvious in the untreated group. The number of responsive peaks also decreased slightly yet significantly when either the COX-2/PGE(2) or the NOS/nitric oxide pathway was disrupted. Different from all other groups, cells treated with 18 alpha-GA maintained a high concentration of intracellular calcium following the first peak. In the absence of calcium in the culture medium, the intracellular calcium concentration decreased slowly with fluid flow without any calcium transients observed. These findings have identified important factors in the flow mediated calcium signaling of bone cells within a patterned network.

Produção in vitro e criopreservação de raízes de Cleome rosea Vahl (Capparaceae)

Cleome rosea é uma espécie nativa, de porte herbáceo, ocorrente em restingas brasileiras. Estudos recentes têm revelado o potencial medicinal da espécie para importantes propriedades farmacológicas, como por exemplo, as atividades anti-inflamatória, antigenotóxica, antiviral e antibacteriana. Porém, nos últimos anos, C. rosea não tem sido encontrada em várias regiões de seu ambiente natural, devido, principalmente, às ações antrópicas. Dessa forma, torna-se relevante o desenvolvimento de métodos de conservação que permitam o estudo e exploração das propriedades medicinais da espécie. O cultivo in vitro de raízes representa uma forma eficiente para produção de biomassa, devido ao rápido crescimento, produção estável de metabólitos, além de representar uma potencial fonte de explantes para a propagação em massa de diferentes espécies. O presente trabalho teve como objetivo a produção in vitro de culturas de raízes de C. rosea, associada à criopreservação, como forma de manutenção em longo prazo das culturas, monitorada através da análise de estabilidade genética. As culturas estabelecidas a partir de explantes radiculares de plantas propagadas in vitro de C. rosea demonstraram excelente capacidade de multiplicação de raízes em meio de cultura suplementado com o fitorregulador ANA, com manutenção dessa capacidade ao longo de sucessivas subculturas. Associado a esses resultados, o estabelecimento de protocolos de criopreservação pelo método de vitrificação resultou em elevados valores de frequência de recuperação do material após congelamento em nitrogênio líquido com as soluções de vitrificação PVS2 e PVS3. Os estudos de monitoramento da estabilidade genética, pela técnica de marcadores moleculares RAPD, revelaram a presença de polimorfismos significativos em uma das três culturas iniciadas a partir de raízes de C. rosea criopreservadas. Esses resultados demonstram as possibilidades de produção de raízes de C. rosea e conservação em longo prazo através da criopreservação, iniciando estudos inéditos para a espécie.

ESTUDO DA CONCENTRAÇÃO DE BIOMASSSA DE MICROALGAS POR FILTRAÇÃO E FLOCULAÇÃO

O cultivo de microalgas é uma matéria prima para produção de biocombustível e de captura de carbono devido a vantagens como alta produção de biomassa e rápido crescimento quando comparado com outras fontes de energia e não necessitar de terra fértil. O presente trabalho teve como objetivo estudar métodos de concentração da biomassa. A microalga utilizada foi a Isochrysis galbana. Os cultivos tiveram duração de 20 dias e concentração inicial de 7.104 cel/mL no meio de cultivo F2/Guillard. e foram realizados em fotobioreatores de 500 mL, 3 L e 12 L. Os experimentos foram conduzidos em foto-período de 12 h claro/escuro, com temperatura de 27 a 29 C. Ao final dos cultivos, as amostras foram levadas para a sequência de processos de separação. Inicialmente, foram realizados ensaios de microfiltração em membrana com porosidade de 0,45 m em procedimento do tipo dead-end e constatou-se a rápida e intensa formação de camada de fouling. Acrescentou-se uma etapa de separação por floculação preliminar à microfiltração, utilizando-se Al2(SO4)3 como agente floculante. O meio coagulado foi então filtrado e microfiltrado. O estudo combinado das 3 etapas de separação possibilitou 99% de remoção de biomassa.O teor de óleo obtido foi de 22,4%. Portanto, o trabalho apresenta uma configuração de concentração da biomassa Isochrysis galbana visando o processo de produção de biocombustíveis

Análise da viabilidade celular de um monobiofilme de Streptococcus mutans após exposição a colutórios bucais presentes no mercado brasileiro

Este estudo tem como propósito analisar a eficácia de diferentes formulações de antissépticos bucais presentes no mercado brasileiro sobre um monobiofilme de Streptococcus mutans (ATCC 25175). O experimento foi realizado expondo as amostras às formulações por 1 minuto. Os biofilmes foram desenvolvidos semeando as cepas em tubos de ensaio contendo meio de cultura TSB acrescido de 1% de sacarose por 7 dias, com trocas de meio a cada 48 horas. A amostra foi dividida em grupos: monobiofilme tratado com solução contendo clorexidina (controle positivo); monobiofilme tratado com solução contendo óleos essenciais; monobiofilme tratado com solução contendo triclosan; biofilme tratado com solução contendo triclosan acrescido de cloreto de zinco; monobiofilme tratado com solução contendo cloreto de cetilpiridínio; monobiofilme tratado com solução salina fisiológica estéril (controle negativo). Para a análise do efeito pós antibiotico, as cepas foram removidas e plaqueadas imediatamente após a exposição e após 2 horas de crescimento em meio TSB. A média do crescimento bacteriano foi convertida em unidades formadoras de colônia (UFC) para análise. Para analizar a capacidade de recolonização as cepas foram inoculadas em TSB acrescido de sacarose por 48hs. os valores submetidos à análise estatística pelo teste t-student e ANOVA com modificação de Tukey e Dunnett. Os resultados nos permitem concluir que: todos os grupos tratados com antissépticos apresentaram redução das concentrações de microrganismos viáveis em relação ao controle negativo, nos dois tempos analizados. As formulações contendo triclosan e óleos essenciais não apresentaram diferença nem relação ao controle positivo e nem entre eles mesmos, também nos dois tempos. As formulações de antissépticos, contendo clorexidina, óleos essenciais, triclosan podem alterar a capacidade de recolonização do monobiofilme, neste modelo.

Toxicidade e bioacumulação de cobre em micro-organismos fotoautotróficos

Microalgas e cianobactérias têm sido amplamente recomendadas para biomonitoração de metais pesados e outros poluentes, sendo considerados indicadores sensíveis às alterações ambientais e utilizados como organismos testes na regulamentação dos níveis de metal. Estes micro-organismos fotossintetizantes são produtores primários da base da cadeia alimentar aquática e são os primeiros a serem afetados pela poluição por metais pesados. O cobre é um metal normalmente considerado como nutriente essencial para a vida aquática mas pode ser tóxico para algumas espécies. Portanto, neste estudo foram avaliados o efeito tóxico e a bioacumulação de cobre (II) em quatro espécies de micro-organismos fotoautotróficos componentes do fitoplâncton dulcícola, duas cianobactérias filamentosas (Anabaena sp. e Oscillatoria sp) e duas microalgas da classe das clorofíceas (Monorraphidium sp. e Scenedesmus sp.). O meio de cultivo utilizado nos ensaios foi o ASM-1 com e sem a presença de cobre (0,6 mg/L a 12 mg Cu2+/L) onde, o efeito tóxico do metal foi monitorado por contagem celular para as microalgas e por peso seco para as cianobactérias. A bioacumulação do metal foi avaliada da mesma forma para todos os micro-organismos, através de coletas de amostras no decorrer do experimento e determinação da concentração de cobre em solução por espectrometria de absorção atômica com chama. Os resultados obtidos mostram que o efeito tóxico do metal é diretamente proporcional à concentração inicial para os micro-organismos estudados, mas que o cobre (II) foi mais tóxico para as cianobactérias que para as microalgas verdes. A bioacumulação teve uma relação direta com o efeito tóxico do metal sobre os micro-organismos. Os resultados obtidos permitem sugerir que cobre (II) tem efeito negativo no fitoplâncton, inibindo o crescimento e alterando parâmetros metabólicos como a fotossíntese. A bioacumulação do metal pode comprometer os níveis tróficos da cadeia alimentar, afetando seu transporte para seres superiores

Produção de porfirinas por corynebacterium diphtheriae

A produção de porfirinas por Corynebacterium diphtheriae é um objeto de estudo antigo, porém pouco explorado em Química e Ciências Médicas. O presente trabalho teve como objetivos comparar a influência de diferentes meios de cultura na produção de porfirinas por Corynebacterium diphtheriae, determinar a influencia da concentração do ferro na produção de porfirina, comparar quantitativamente a produção de porfirinas por diferentes amostras de bacilo diftérico e caracterizar químicamente os tipos de porfirinas produzidas. As técnicas utilizadas para isso foram a espectroscopia de absorção UV-visível e de fluorescência. O meio de cultura descrito por Mueller (1939), para a produção de toxina, se mostrou mais eficiente que o meio B de king, utilizado no diagnóstico laboratorial da difteria. A concentração de ferro no cultivo de Corynebacterium diphtheriae influencia a produção de porfirina. Altas concentrações de ferro inibem a produção de porfirina. A concentração de ferro onde a produção de porfirinas é máxima é de 0,20g/mL. Dentre as 11 amostras de bacilo diftérico estudadas, a amostra HC03, fermentadora de sacarose e toxinogênica, isolada de um caso de endocardite, foi a maior produtora de porfirina. A amostra ATCC de Corynebacterium ulcerans, não fermentadora de sacarose e toxinogênica, foi a amostra que produziu menos porfirina. Todas as 11 amostras apresentaram o mesmo perfil de espectro de fluorescência, sugerindo que a porfirina produzida seja a mesma nas amostras pesquisadas. As análises feitas para a caracterização do tipo de porfirina produzida levam a crer que esta seja uma coproporfirina. Os espectros de absorção e fluorescência não permitem porém determinar o(s) isômero(s) presente(s).

Produção biogênica de sulfetos em amostras de água e óleo

Durante a exploração de petróleo offshore (fora da costa), a injeção de água do mar no processo de recuperação secundária de petróleo, ocasiona a produção de sulfeto de hidrogênio (H2S) pela presença das bactérias redutoras de sulfato (BRS), que reduzem o sulfato presente na água em sulfeto. A produção intensiva de H2S tem sido um dos maiores problemas das indústrias petrolíferas, pois constitui-se uma das principais causas de corrosão em linhas de produção (tubulações), equipamentos e tanques metálicos. Os principais micro-organismos presentes em amostras salinas provenientes de tanques de armazenamento de água e óleo da indústria do petróleo são as bactérias anaeróbias heterotróficas totais (BANHT) e as bactérias redutoras de sulfato (BRS). Atualmente, a quantificação desses grupos microbianos é realizada através da técnica do Número Mais Provável (NMP) que estima o resultado em aproximadamente 28 dias. Neste trabalho foi utilizada a metodologia de produção semi-contínua de sulfetos biogênicos por 15 dias, numa tentativa de correlacionar com os resultados de quantificação de BANHT e BRS através da técnica convencional do NMP. Nesse caso, avaliou-se as condições mais adequadas para a produção biogênica de sulfetos em tanques, alterando-se parâmetros tais como salinidade, temperatura e composição do meio de cultura. Verificou-se que os aumentos da salinidade e da temperatura do meio implicaram na diminuição da atividade biogênica semi-contínua de geração de sulfetos. E conforme dilui-se o meio de cultura, o crescimento de bactérias foi reduzido, assim como a geração de sulfetos. A quantificação de BRS e BANHT foi avaliada pela técnica do NMP de acordo com o método do FDA em 2011 e de Harrigan em 1998. Este último subestima a população microbiana, desconsiderando os limites e erros provenientes da técnica

Infiltração microbiana por Enterococcus faecalis em canais retrobturados com MTA, iRoot SP e Endo CPM Sealer

O objetivo deste trabalho consistiu na análise da infiltração apical em dentes retrobturados por três materiais: MTA, iROOT SP e Endo CPM Sealer. Para tal, foram utilizados 51 dentes humanos extraídos, incisivos centrais superiores, que foram instrumentados manualmente com limas tipo K, pela técnica Crown-down, obturados com compactação lateral e, após serem apicectomizados a 3mm aquém do ápice foram submetidos à retrobturação, com os três materiais propostos. As amostras foram divididas, randomicamente, em três grupos: GI MTA, GII iROOT SP e GIII Endo CPM Sealer, cada grupo com 15 amostras. Os dentes foram inseridos em tubos de eppendorfs, e feitos a impermeabilização do remanescente radicular utilizando duas camadas de cianocrilato, epóxi, e outra camada de esmalte. Em cada eppendorf foi adicionado caldo TSB estéril e uma suspensão de Enterococcos faecalis e adaptado ao frasco de vidro com meio de cultura enterococcosel. A infiltração bacteriana foi verificada pela turvação do meio de cultura. Após a análise no período de 60 dias, podemos concluir que durante esse tempo ocorreram infiltrações no Grupo I, 43,75 % das amostras apresentaram turvamento do meio de cultura demonstrando persistência da infecção. Já no Grupo II, 31,25 % das amostras tiveram crescimento bacteriano. Por fim no Grupo III, 25,00 % houve a infiltração. Grupos controle positivo e negativo para crescimento bacteriano foram realizados (n=3, cada). Os cimentos testados comportaram-se de maneira semelhante frente à infiltração bacteriana durante o período testado.