Primmorphs from archaeocytes-dominant cell population of the sponge Hymeniacidon perleve: Improved cell proliferation and spiculogenesis

Marine sponges (Porifera) possess an extraordinary diversity of bioactive metabolites for new drug discovery and development. In vitro cultivation of sponge cells in a bioreactor system is very attractive for the sustainable production of sponge-derived bioactive metabolites; however, it is still a challenging task. The recent establishment of sponge primmorphs, multicellular aggregates from dissociated mixed-cell population (MCP), has been widely acknowledged to hold great promise for cultivation in vitro. Here we present a new method to establish an in vitro sponge primmorph culture from archaeocyte-dominant cell population (ADCP) enriched by a Ficoll gradient, rather than a mixed-cell population (MCP). Our rationale is based upon the totipotency (the ability of a cell to differentiate into other cell types) of archaeocyte cells and the different biological functions of various sponge cell types. A sponge, Hymeniacidon perleve collected from the China Yellow Sea was used as a model system for this investigation. Distinct dynamics of primmorph formation were observed while significant increases in DNA synthesis, cell proliferation (up to threefold), and cell growth (up to fourfold) were achieved. Furthermore, a time-dependent spiculogenesis was clearly demonstrated in our longterm culture, indicating high metabolic activity of primmorphs from the ADCP. This new method represents an important step forward to advance sponge cell culture in vitro that may lead to commercial exploitation of sponge-derived drugs. (C) 2003 Wiley Periodicals, Inc.

Identifizierung, Expression und Charakterisierung des Nanos-verwandten Proteins aus dem marinen Schwamm Suberites domuncula

Im Rahmen dieser Arbeit konnte in dem marinen Schwamm Suberites domuncula ein Gen identifiziert werden, dessen C-terminale konservierte Domäne eine hohe Sequenzähnlichkeit zu den Zinkfingerdomänen der Nanos-Proteine aufweist. Weiter konnte ein N-terminales Sequenzmotiv identifiziert werden, das eine hohe Sequenzidentität zu den konservierten NIM Motiven (CNOT1-interagierendes-Motiv) von Nanos zeigt. Nach der Klonierung der cDNA erfolgte die Expression des als Sd_nrp bezeichneten Proteins in E. coli Bakterien, für dessen 231 Aminosäuren umfassende Polypeptidkette eine theoretische Molekülmasse von 25.8 kDa berechnet wurde. Anschließend gelang ein Nachweis des Proteins mithilfe eines polyklonalen, gegen Sd_nrp gerichteten Antikörpers in drei Gewebetypen, dem Pinacoderm, den Primmorphen (3D-Zellaggregate) und den Gemmulae (Dauerstadien der Schwämme). Dabei konnte die höchste Expression von Sd_nrp in den als totipotent geltenden Stammzellen der Schwämme, den Archaeocyten innerhalb der Gemmulae beobachtet werden. Die Identifizierung der Zellstrukturen, erfolgte dabei aufgrund morphologischer Vergleiche. Speziell die Merkmale der Zellen in den Gemmulae, der große Nukleus, die amöboide Form sowie die granulären Reservesubstanzen, entsprechen den typischen morphologischen Eigenschaften der Archaeocyten, und bestätigen die Interpretation der Ergebnisse. Weiter konnte mit Hilfe des Anti-Sd_nrp Antikörpers das native Protein in Proteinextrakten aus Gewebe adulter Tiere nachgewiesen werden. Die vergleichende Sequenzanalyse von Sd_nrp mit dem Nanos-verwandten Protein der Schwammspezies Ephydatia fluviatilis und die phylogenetische Stammbaum-Analyse mit Nanos-Homologen unterschiedlicher Invertebraten und Vertebraten lässt die Schlussfolgerung zu, dass es sich bei dem hier identifizierten Protein Sd_nrp um ein Nanos-verwandtes Protein handelt. Darüber hinaus konnte anhand eines Homologiemodells bestätigt werden, dass es sich bei der konservierten C-terminalen Domäne des Proteins Sd_nrp um die für Nanos-Proteine spezifische Zinkfingerstruktur mit dem konservierten Sequenzmotiv CCHC handelt. Dieses Ergebnis konnte auch bei einem Vergleich der Zinkfingerdomäne von Sd_nrp mit den Zinkfingerdomänen der Nanos-Homologen unterschiedlicher Invertebraten- und Vertebratenspezies bestätigt werden.