معلومة

12.4: الأنابيب الدقيقة - علم الأحياء

12.4: الأنابيب الدقيقة - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

تتكون الأنابيب الدقيقة من وحدتين فرعيتين كرويتين موزعتين بشكل متساوٍ ومتشابهين هيكليًا: α و β tubulin. مثل الخيوط الدقيقة ، تعتمد الأنابيب الدقيقة أيضًا على نوكليوتيد ثلاثي الفوسفات من أجل البلمرة ، ولكن في هذه الحالة ، هو GTP.

يعتمد استقرار الأنابيب الدقيقة على درجة الحرارة: إذا تم تبريد الأنابيب الدقيقة إلى 4 درجات مئوية ، تتفكك الأنابيب الدقيقة في مقاييس متغايرة αβ-tubulin. بعد تسخينه حتى 37 درجة مئوية ، يتم إعادة بلمرة التوبولين إذا كان هناك GTP متاحًا.

تشابه آخر هو أن الأنابيب الدقيقة لها قطبية تكون فيها النهاية (-) أقل نشاطًا بكثير من النهاية (+). ومع ذلك ، على عكس الخيوط الدقيقة ذات الزوج الملتوي ، توجد الأنابيب الدقيقة في الغالب على شكل هياكل أنابيب مجوفة كبيرة مكونة من 13 خيطًا (تسمى كل حبلا بالخيوط الأولية). أيضًا ، لا يتناوب α و β tubulin المستخدمان في بناء الأنابيب الدقيقة فحسب ، بل يتم إضافتهما بالفعل في أزواج. يجب أن يرتبط كل من α-tubulin و β-tubulin بـ GTP لربطهما ، ولكن بمجرد الارتباط ، لا يتحرك GTP المرتبط بـ α-tubulin. من ناحية أخرى ، قد يتم تحلل GTP المرتبط في-tubulin إلى الناتج المحلي الإجمالي. لن يتم إضافة ثنائيات αβ المرتبطة بالناتج المحلي الإجمالي إلى الأنابيب الدقيقة ، لذلك على غرار الوضع مع ATP و g-actin ، إذا كان التوبولين مرتبطًا بالناتج المحلي الإجمالي ، فيجب عليه أولاً استبداله بـ GTP قبل أن يمكن بلمرته. على الرغم من أن تقارب التوبولين لـ GTP أعلى من تقارب الناتج المحلي الإجمالي ، إلا أن هذه العملية يتم تسهيلها عادةً بواسطة GEF أو عامل تبادل نيوكليوتيدات الجوانين. نظرًا لأن فصل تحويل الإشارة سيظهر بمزيد من التفصيل ، فإن هذا النوع من تبادل النوكليوتيدات هو آلية شائعة لتنشيط مسارات كيميائية حيوية مختلفة.

مرة أخرى مثل الأكتين ، فإن التيوبيولين نفسه له نشاط إنزيمي ، ومع مرور الوقت ، فإن نشاط GTPase يحلل GTP إلى الناتج المحلي الإجمالي والفوسفات. هذا يغير الارتباط بين β-tubulin لثنائي واحد و α-tubulin للديمر الذي يتم تكديسه عليه لأن شكل الوحدة الفرعية يتغير. على الرغم من أنه لا يخفف بشكل مباشر قبضته على التوبولين المجاور ، إلا أن تغيير الشكل يتسبب في زيادة الضغط حيث يحاول هذا الجزء من الأنابيب الدقيقة الدفع للخارج. هذا هو أساس خاصية الأنابيب الدقيقة المعروفة باسم عدم الاستقرار الديناميكي. إذا لم يكن هناك شيء لتثبيت الأنبوب الدقيق ، فسوف تتفكك أجزاء كبيرة منه. ومع ذلك ، طالما أن التوبولين الجديد (الذي سيكون مرتبطًا بـ GTP) يتم إضافته بمعدل مرتفع بما يكفي للحفاظ على جزء من الأنابيب الدقيقة للتشكيل "المستقرة" منخفضة الضغط (تسمى غطاء GTP) فوق الجزء الأقدم الذي يحتوي على الناتج المحلي الإجمالي الجزء ، ثم يستقر في الأنابيب الدقيقة الكلية. عندما تتباطأ إضافة التوبولين الجديدة ، ولا يوجد سوى غطاء صغير جدًا أو غير موجود ، فإن الأنابيب الدقيقة تخضع ل نكبة حيث تتفكك أجزاء كبيرة بسرعة. لاحظ أن هذه عملية مختلفة تمامًا عن الانهيار عن طريق إزالة البلمرة ، وهو الفقد التدريجي لعدد قليل من الوحدات الفرعية في وقت واحد من نهاية الأنبوب الدقيق. تحدث إزالة البلمرة أيضًا ، كما هو الحال مع الأكتين ، يتم تحديدها جزئيًا بالتركيزات النسبية للتوبيولين والأنابيب الدقيقة.

من وجهة نظر مادية ، الأنابيب الدقيقة قوية إلى حد ما ، ولكنها ليست مرنة جدًا. سوف تنثني الخيوط الدقيقة وتنحني عند استخدام قوة مشوهة (تخيل أن الخيط المثبت في الطرف السفلي يقف بشكل مستقيم ، وشيء يدفع الطرف إلى جانب واحد). سوف تنحني الأنابيب الدقيقة في نفس الموقف قليلاً فقط ، ولكنها تنفصل إذا كانت قوة التشوه كافية. هناك ، بالطبع ، حد لمرونة الميكروفيلمنت ، وفي النهاية ، سوف ينكسر أيضًا. تكون الخيوط الوسيطة أقل مرونة قليلاً من الألياف الدقيقة ، ولكنها يمكن أن تقاوم قوة أكبر بكثير من الألياف الدقيقة أو الأنابيب الدقيقة.


الخلية (علم الأحياء)

ال زنزانة (من اللاتينية سيلا، والتي تعني "غرفة صغيرة" [1]) هي الوحدة الأساسية الهيكلية والوظيفية والبيولوجية لجميع الكائنات الحية المعروفة. الخلايا هي أصغر وحدات الحياة ، وبالتالي غالبًا ما يشار إليها باسم "اللبنات الأساسية للحياة". تسمى دراسة الخلايا بيولوجيا الخلية أو علم الأحياء الخلوي أو علم الخلايا.

تتكون الخلايا من السيتوبلازم المحاط بغشاء ، والذي يحتوي على العديد من الجزيئات الحيوية مثل البروتينات والأحماض النووية. [2] لا تظهر معظم الخلايا النباتية والحيوانية إلا تحت المجهر الضوئي ، بأبعاد تتراوح بين 1 و 100 ميكرومتر. [3] يعطي المجهر الإلكتروني دقة أعلى بكثير تظهر بنية خلية مفصلة بشكل كبير. يمكن تصنيف الكائنات الحية على أنها أحادية الخلية (تتكون من خلية واحدة مثل البكتيريا) أو متعددة الخلايا (بما في ذلك النباتات والحيوانات). [4] تصنف معظم الكائنات أحادية الخلية على أنها كائنات دقيقة.

يختلف عدد الخلايا في النباتات والحيوانات من نوع لآخر ، وقد قدر أن البشر يحتويون في مكان ما على حوالي 40 تريليون خلية (4 × 10 13). [أ] [5] يمثل الدماغ البشري حوالي 80 مليار من هذه الخلايا. [6]

اكتشف روبرت هوك الخلايا في عام 1665 ، وأطلق عليها تسميتها لتشابهها مع الخلايا التي يسكنها الرهبان المسيحيون في دير. [7] [8] نظرية الخلية ، التي طورها ماتياس جاكوب شلايدن وثيودور شوان لأول مرة في عام 1839 ، تنص على أن جميع الكائنات الحية تتكون من خلية واحدة أو أكثر ، وأن الخلايا هي الوحدة الأساسية للتركيب والوظيفة في جميع الكائنات الحية ، وأن تأتي جميع الخلايا من خلايا موجودة مسبقًا. [9] ظهرت الخلايا على الأرض منذ 3.5 مليار سنة على الأقل. [10] [11] [12]


الفصل 12 دورة الخلية

1. اشرح كيف يعمل انقسام الخلايا في التكاثر والنمو والإصلاح.

2. وصف التنظيم الهيكلي لجينوم بدائية النواة وحقيقية النواة.

3. وصف الأحداث الرئيسية لانقسام الخلية التي تمكن جينوم خلية واحدة من أن ينتقل إلى خليتين ابنتيتين.

4. صف كيف يتغير عدد الكروموسوم طوال دورة حياة الإنسان.

دورة الخلية الانقسامية

5. ضع قائمة بمراحل دورة الخلية ووصف تسلسل الأحداث التي تحدث خلال كل مرحلة.

6. ضع قائمة بمراحل الانقسام الفتيلي ووصف الأحداث المميزة لكل مرحلة.

7. التعرف على مراحل الانقسام من الرسوم البيانية والميكروغرافيا.

8. ارسم أو صِف جهاز المغزل ، بما في ذلك الجسيمات المركزية ، والأنابيب الدقيقة الحركية ، والأنابيب الدقيقة غير الكينية ، والنجمة النجمية ، والمريكزات (في الخلايا الحيوانية).

9. وصف التغييرات المميزة التي تحدث في جهاز المغزل خلال كل مرحلة من مراحل الانقسام الفتيلي.

10. شرح النماذج الحالية لحركة الكروموسومات القطبية واستطالة المحور القطبي للخلية.

11. قارن الحركية الخلوية في الحيوانات والنباتات.

12. وصف عملية الانشطار الثنائي في البكتيريا واشرح كيف يمكن أن يكون الانقسام حقيقي النواة قد تطور من الانشطار الثنائي.

تنظيم دورة الخلية

13. وصف أدوار نقاط التفتيش و cyclin و Cdk و MPF في نظام التحكم في دورة الخلية.

14. وصف العوامل الداخلية والخارجية التي تؤثر على نظام التحكم في دورة الخلية.

15. اشرح كيف يهرب الانقسام الخلوي غير الطبيعي للخلايا السرطانية من ضوابط دورة الخلية الطبيعية.


12.4: الأنابيب الدقيقة - علم الأحياء

تمثل Twister RNAs فئة تم اكتشافها مؤخرًا من الريبوزيمات الطبيعية التي تعزز التشقق السريع للعمود الفقري للحمض النووي الريبي. على الرغم من وجود وفرة من البيانات النظرية والكيميائية الحيوية والهيكلية للعديد من أعضاء فئة الإعصار ، فقد ظهرت خلافات حول بنية وآلية موقعها النشط. من الناحية التاريخية ، تحدث مثل هذه العواصف المتعلقة بالتفاصيل الميكانيكية عادةً بعد وقت قصير من الإبلاغ عن كل فئة ريبوزيم جديدة ، ولكن توجد مسارات إلى الأمام للوصول بسرعة إلى ظروف أكثر هدوءًا.

Chimeras التي تستهدف تحلل البروتين: تحلل البروتين المستحث كاستراتيجية علاجية

حتى وقت قريب ، كانت الطرق الوحيدة لتقليل إشارات البروتين المحددة هي إما ضرب الهدف عن طريق RNAi أو التدخل في الإشارة عن طريق تثبيط إنزيم أو مستقبل ضمن سلسلة تحويل الإشارة. هنا ، نراجع فئة ناشئة من العوامل الدوائية للجزيئات الصغيرة ، تسمى PROTACs ، والتي تقدم نهجًا جديدًا لاستهداف البروتينات على وجه التحديد ومسارات الإشارة الخاصة بها. تستخدم هذه الجزيئات غير المتجانسة آلية مراقبة الجودة الخلوية الذاتية من خلال تجنيدها لاستهداف البروتينات من أجل تحفيز تدهورها.

حروف
يكشف الفحص الكيميائي للبروتينات الترابطية التساهمية UBA5 كهدف جديد لسرطان البنكرياس
  • أليسون م روبرتس ،
  • ديفيد كيه مياموتو ،
  • تاكر ر. هوفمان ،
  • ليزلي إيه بيتمان ،
  • آشلي إن آيفز ،
  • ديفيد أكوبيان
  • مارتن ج. هيسلين ،
  • كارلو إم كونتريراس ،
  • مايكل ريب ،
  • كريستين ف. سكيبولا ، و
  • دانيال ك نومورا*

كان الفحص الجيني الكيميائي للمكتبات ذات الجزيئات الصغيرة استراتيجية واعدة لاكتشاف مركبات علاجية فريدة وجديدة. ومع ذلك ، فإن تحديد أهداف جزيئات الرصاص التي تنشأ من هذه الشاشات ظل يمثل عقبة رئيسية في فهم آلية عمل هذه المركبات. هنا ، قمنا بربط فحص مكتبة يجند تساهمية قائمة على شظايا تفاعل السيستين مع نظام التنميط البروتيني القائم على النشاط القائم على تحليل البروتين المتعامد المتعامد (isoTOP-ABPP) للربط السريع باكتشاف جزيئات الرصاص الصغيرة التي تضعف البنكرياس. إمراضية السرطان مع تحديد النقاط الساخنة التي يمكن تناولها من أجل علاج السرطان المحتمل. من خلال هذا النهج المقترن ، اكتشفنا الرابط التساهمي DKM 2-93 الذي يضعف بقاء خلايا سرطان البنكرياس ونمو الورم في الجسم الحي من خلال التعديل التساهمي للسيستين التحفيزي للإنزيم المنشط 5 (UBA5) الذي يشبه اليوبيكويتين ، مما يثبط نشاطه مثل بروتين ينشط البروتين الشبيه باليوبيكويتين UFM1 إلى بروتينات UFMylate. لقد أظهرنا أن UBA5 هو هدف علاجي جديد لسرطان البنكرياس ونظهر DKM 2-93 كمثبط انتقائي نسبيًا لـ UBA5. تؤكد نتائجنا على فائدة اقتران فحص مكتبات الترابطية التساهمية بمنصات isoTOP-ABPP لتعدين البروتينات الخاصة بالنقاط الساخنة القابلة للدواء لعلاج السرطان.

Argininosuccinate Synthase 1 هو منظم استقلابي لإمراض سرطان القولون والمستقيم
  • ليزلي إيه بيتمان ،
  • وان مين كو ،
  • مارتن ج. هيسلين ،
  • كارلو إم كونتريراس ،
  • كريستين ف. سكيبولا* ، و
  • دانيال ك نومورا*

مثل العديد من أنواع السرطان ، فإن سرطانات القولون والمستقيم لها استقلاب غير منظم يعزز سماتها المسببة للأمراض. في هذه الدراسة ، استخدمنا منصة البروتين الكيميائي القائمة على النشاط لتحديد الأنزيمات الأيضية التفاعلية للسيستين التي يتم تنظيمها في أورام القولون والمستقيم البشرية الأولية. حددنا argininosuccinate synthase 1 (ASS1) كهدف منظم في أورام القولون والمستقيم البشرية الأولية وأظهرنا أن التثبيط الدوائي أو الاستئصال الوراثي لـ ASS1 يضعف إمراضية سرطان القولون والمستقيم. باستخدام التنميط الأيضي ، نظهر أن تثبيط ASS1 يؤدي إلى انخفاض مستويات فومارات المستقلب الورمي ، مما يؤدي إلى ضعف في التمثيل الغذائي للجليكوليتيك الذي يدعم إمراضية خلايا سرطان القولون والمستقيم. نوضح هنا أن مثبطات ASS1 قد تمثل نهجًا علاجيًا جديدًا للتخفيف من سرطان القولون والمستقيم من خلال المساومة على مسارات إشارات التمثيل الغذائي والمستقلب الحرجة وإثبات فائدة اقتران استراتيجيات البروتينات الكيميائية والاستقلابية لرسم خرائط للمنظمات الأيضية الجديدة للسرطان.

يشير توصيف CYP115 باعتباره Gibberellin 3-Oxidase إلى أن بعض Rhizobia يمكن أن تنتج Gibberellin A النشط بيولوجيًا4

لا يتم إنتاج الهرمونات النباتية الجبريلين (GA) فقط عن طريق النباتات ولكن أيضًا عن طريق الفطريات والبكتيريا. أدى التوصيف السابق لأوبرون GA الحيوي الغني بالسيتوكروم P450 (CYP) الموجود في العديد من الجذور التكافلية والمثبتة للنيتروجين إلى توضيح التخليق الحيوي GA البكتيري وتورط GA9 كمنتج نهائي. ومع ذلك ، لا يُظهر GA9 نشاطًا هرمونيًا / بيولوجيًا ويفترض أنه يتطلب مزيدًا من التحول لاستنباط تأثير في النبات المضيف للبقوليات. تمتلك بعض الجذور التي تحتوي على مشغل GA أيضًا CYP إضافي (CYP115) ، وهنا نظهر أن هذا يعمل بمثابة GA 3-oxidase لإنتاج GA4 النشط بيولوجيًا من GA9. هذا هو أول GA 3-oxidase الذي تم تحديده من أجل rhizobia ، ويوفر مخططًا أكثر اكتمالاً للتخليق الحيوي لـ GAs النشطة بيولوجيًا في البكتيريا. علاوة على ذلك ، تشير تحليلات علم الوراثة إلى أن الجذور اكتسبت CYP115 بشكل مستقل عن مشغل GA الأساسي ، مما يضيف مزيدًا من التعقيد إلى نقل الجينات الأفقي لأنزيمات GA الحيوية بين البكتيريا.

الميتوكوندريا Cysteine ​​Desulfurase و ISD11 معا في الإشريكية القولونية يحتوي مجمع المحصول على بروتين الأسيل الناقل
  • كاي كاي ،
  • روني و فريدريك ،
  • ماركو تونيلي و
  • جون ل.ماركلي*

الميتوكوندريا سيستين ديسولفوراز هو عنصر أساسي في آلية التخليق الحيوي العنقودي للحديد والكبريت. من المعروف أن ديسولفوراز السيستين البشري الفعال في المختبر يمكن تحضيره عن طريق الإفراط في التعبير في خلايا الإشريكية القولونية عن مكونين بروتينيين لهذا النظام ، بروتين ديسولفوراز السيستين NFS1 والبروتين المساعد ISD11. نذكر هنا أن هذا المستحضر النشط يحتوي ، بالإضافة إلى ذلك ، على الشكل المجسم لبروتين ناقل إي كولاي أسيل (Acp). لقد حددنا القياس المتكافئ للمركب ليكون [Acp] 2: [ISD11] 2: [NFS1] 2. تم العثور مؤخرًا على بروتين حامل الأسيل كعنصر أساسي في آلية التخليق الحيوي لبروتين الحديد والكبريت في الميتوكوندريا ، بسبب نشاط [Acp] 2: [ISD11] 2: [NFS1] 2 في دعم تجميع مجموعة الحديد والكبريت في المختبر ، يبدو أن E. coli Acp يمكن أن تحل محل نظيرتها البشرية.

ليسين-تريبتوفان- ببتيدات متشابكة تنتجها إنزيمات SAM الجذرية في المكورات العقدية المسببة للأمراض

تمثل Macrocycles إطارًا هيكليًا شائعًا في العديد من الببتيدات التي تحدث بشكل طبيعي. توجد العديد من الاستراتيجيات الخاصة بالتدليك الكبير ، والإنزيمات التي تدمجها لها أهمية كبيرة ، لأنها تعزز مخزوننا من تكوين جزيئات معقدة. اكتشفنا مؤخرًا تفاعلًا جديدًا للدوران الببتيد يتضمن ارتباطًا متشابكًا بين السلاسل الجانبية لليسين والتربتوفان التي يتم تثبيتها بواسطة إنزيم SAM جذري. هنا ، نقوم بتمييز أقارب هذا الإنزيم المعدني من مسببات الأمراض Streptococcus agalactiae و Streptococcus suis. تظهر نتائجنا أن الإنزيمات المقابلة ، التي نسميها AgaB و SuiB ، تحتوي على مجموعات [4Fe-4S] متعددة وتحفز تشكيل Lys-Trp crosslink في ركائزها الخاصة. حددت التحليلات اللاحقة عالية الدقة لـ MS و 2 D-NMR موقع التدهور الكبير. علاوة على ذلك ، أبلغنا أن AgaB يمكن أن يقبل ركائز معدلة تحتوي على أحماض أمينية طبيعية أو غير طبيعية. بصرف النظر عن تقديم رؤى حول آلية هذا التعديل غير العادي ، يمكن استغلال اختلاط الركيزة لـ AgaB لإنشاء ببتيدات متنوعة الحلقية.

يميز المسبار الفلوري بين تثبيط الخطوات المبكرة والمتأخرة للتكوين الحيوي لعديد السكاريد الدهني في الخلايا الكاملة
  • إيلين مويسون ،
  • ران شيه ،
  • قه تشانغ ،
  • ماثيو دي ليبار ،
  • تيموثي سي ميريديث* ، و
  • دانيال كاهن*

يتضمن التكوين الحيوي لعديد السكاريد الدهني (LPS) في الكائنات سالبة الجرام تخليقه الحيوي في السيتوبلازم والنقل اللاحق عبر ثلاث حجرات خلوية إلى سطح الخلية. لقد طورنا مسبارًا فلوريًا يسمح لنا بتحديد التوزيع المكاني لـ LPS في الخلايا الكاملة. نوضح أن polymyxin B nonapeptide (PMBN) الذي يحتوي على dansyl fluorophore يرتبط على وجه التحديد بـ LPS في الأغشية. لقد أظهرنا أن هذا المسبار يكتشف انخفاضًا في مستويات LPS على سطح الخلية عندما يتم تثبيط التخليق الحيوي لـ LPS في خطوة مبكرة. يمكننا أيضًا اكتشاف تراكم LPS في مواقع خلوية معينة عندما يتم حظر تجميع LPS أثناء النقل ، مما يسمح لنا بتمييز المثبطات التي تستهدف المراحل المبكرة والمتأخرة من التكوين الحيوي لـ LPS.

مقالات
الايزومرات الهيكلية والفورية لـ HPPH [3-Devinyl 3- pyropheophorbide-a]: التأثيرات على الامتصاص والعلاج الضوئي للسرطان
  • كورتني ساينز ،
  • رافيندرا آر شيروكو ،
  • Tymish Y. Ohulchanskyy ،
  • بيني جوشي ،
  • والتر أ.
  • جوزيف آر.
  • ييهوي تشين ،
  • باولا بيرا
  • إيرين تريسي ،
  • إيمي ماركو ،
  • دانيال رورباخ ،
  • أولاس سونار
  • هاينز بومان* ، و
  • رافيندرا ك.باندي*

يُعتقد أن بنية رباعي بيرول من البورفيرينات المستخدمة كعوامل ضوئية تحدد امتصاص الخلايا السرطانية الظهارية الخبيثة والاحتفاظ بها. لتقييم مساهمة الحالة المؤكسدة للحلقات الفردية في هذه العمليات الخلوية ، تم تحويل جرثومي كلوروفيل أ إلى الحلقة "D" المختزلة 3-ديفينيل -3 [1- (1-هيكسيلوكسي) إيثيل] بيروفوربايد-أ (HPPH) و الحلقة المقابلة "B" أيزومر مخفض (iso-HPPH). أظهرت نظائر الأحماض الكربوكسيلية لكل من الأيزومرات المختزلة في الحلقة "B" والحلقة "D" تراكمًا أعلى بعدة أضعاف في الميتوكوندريا والشبكة الإندوبلازمية عن طريق الثقافة الأولية لخلايا سرطان الرئة والرأس والعنق البشرية مقارنة بنظائر إستر الميثيل المقابلة التي تتمركز في المقام الأول إلى الحويصلات الحبيبية وبدرجة أقل إلى الميتوكوندريا. ومع ذلك ، أظهر الاحتفاظ الخلوي طويل الأمد لهذه المركبات علاقة عكسية مع الخلايا السرطانية التي تحتفظ عمومًا بمشتقات ميثيل إستر بشكل أفضل. تم تقييم التوزيع في الجسم الحي وامتصاص الورم في النموذج متساوي المنشأ للفئران BALB / c التي تحمل أورام القولون باستخدام نظائرها ذات العلامات 14C. أظهر كل من مشتقات حمض الكربوكسيل توطينًا مشابهًا داخل الخلايا وعلاجًا طويل الأمد للورم مع عدم وجود سمية ضوئية كبيرة للجلد. تضمن عمل الورم بوساطة PDT تلف الأوعية الدموية ، والذي تم تأكيده من خلال انخفاض تدفق الدم والتقييم المناعي الكيميائي للأضرار التي لحقت البطانة الوعائية. أظهرت الأيزومرات الفراغية HPPH (epimers) امتصاصًا متطابقًا (في المختبر وأمبير في الجسم الحي) ، واحتباسًا داخل الخلايا وتأثيرًا ضوئيًا.

تحديد بقايا السيستين الوظيفية في الميتوكوندريا
  • دانيال دبليو باك* ,
  • ماتيا دي
  • إرانثي ويرابانا*

الميتوكوندريا هي عضيات ديناميكية تنظم التمثيل الغذائي التأكسدي وتتوسط في توازن الأكسدة الخلوي. تتعرض البروتينات داخل الميتوكوندريا لتدفقات كبيرة في بيئة الأكسدة والاختزال المحيطة. على وجه الخصوص ، تشعر بقايا السيستين داخل بروتينات الميتوكوندريا وتستجيب لهذه التغيرات الأكسدة من خلال التعديلات التأكسدية لمجموعة السيستين ثيول. تؤدي هذه التعديلات المؤكسدة إلى فقدان تفاعل السيستين ، والذي يمكن مراقبته باستخدام تحقيقات كيميائية تفاعلية للسيستين ومقياس الطيف الكتلي الكمي (MS). يتيح تحليل المحللات الخلوية المعالجة بمجسات تفاعلية للسيستين تحديد مئات من بقايا السيستين ، ومع ذلك ، فإن بروتين الميتوكوندريا ممثل بشكل ضعيف (& 10٪ من الببتيدات المحددة) ، بسبب قلة وفرة بروتينات الميتوكوندريا وقمع إشارات MS الببتيد الميتوكوندريا بواسطة الببتيدات عصاري خلوي وفيرة للغاية. هنا ، نطبق بروتوكول عزل وتنقية الميتوكوندريا لزيادة تغطية بروتين سيستين الميتوكوندريا بشكل كبير. تم تحديد أكثر من 1500 من بقايا السيستين من بروتينات ميتوكوندريا ∼450 ، مما يتيح استجواب عدد غير مسبوق من سيستين الميتوكوندريا. على وجه التحديد ، تم تصنيف سيستين الميتوكوندريا من خلال التفاعل لتحديد السيستين المفرط التفاعل مع الأدوار الوظيفية التحفيزية والتنظيمية المحتملة. علاوة على ذلك ، كشفت تحليلات الميتوكوندريا المعرضة للإجهاد النتري عن مواقع غير معيّنة سابقًا من نيتروز البروتين S على بروتينات الميتوكوندريا. معًا ، تتيح إستراتيجية تخصيب السيستين بالميتوكوندريا المقدمة هنا التوصيف التفصيلي لتعديلات البروتين التي تحدث داخل الميتوكوندريا أثناء التدفقات الفسيولوجية (المرضية) في بيئة الأكسدة والاختزال.

SUV39H1 بروتين ليسين ميثيل ترانسفيراز ميثيلات بروتينات الكروماتين المشاركة في تكوين الهيتروكروماتين وإعادة تركيب VDJ
  • سريكانث كوديثيبودي ،
  • مارين كيرستين شوماخر ،
  • آدم فيسيحة كيبيدي ، و
  • ألبرت جيلتش*

SUV39H1 عبارة عن H3K9 ميثيل ترانسفيراز يشارك في تكوين الهيتروكروماتين. لقد حققنا في ملف تعريف خصوصية الركيزة الخاص به وأظهرنا التعرف على بقايا H3 بين K4 و G12 بقراءات محددة للغاية لـ R8. يتميز ملف خصوصية SUV39H1 عن نظيره SUV39H2 ، مما يشير إلى أنه يمكن أن يكون لهما ركائز إضافية مختلفة. باستخدام ملف تعريف الخصوصية ، تم تحديد عدة ركائز مرشحة جديدة لـ SUV39H1. لاحظنا مثيلة 19 ركيزة جديدة على مستوى الببتيد وستة منها على مستوى البروتين. تم تأكيد ميثيل RAG2 و SET8 و DOT1L في الخلايا ، والتي تلعب جميعها أدوارًا مهمة في تنظيم الكروماتين. تحفز مثيلة SET8 بشكل خيفي نشاطها أحادي الميثيل H4K20 الذي يربط SUV39H1 بتوليد مستويات H4K20me3 المتزايدة ، وهو تعديل آخر غير متجانس اللون. يغير مثيلة RAG2 توطينه تحت النووي ، مما يشير إلى أن SUV39H1 قد ينظم إعادة تركيب VDJ. مجتمعة ، تشير نتائجنا إلى أنه بعد توليد H3K9me3 ، فإن SUV39H1 لها أدوار إضافية في بيولوجيا الكروماتين عن طريق التحفيز المباشر لإنشاء H4K20me3 وتنظيم ربط الكروماتين بـ RAG2.

يؤدي تعديل السقالة التساهمية المضادة PPARγ التقويمية إلى إنتاج مثبط خيفي ثنائي الموقع محسن
  • ريتشارد بروست ،
  • هوا لين
  • جاكوب فورمان ،
  • أليس أستيان ،
  • ثيودور إم كامينيكا ، و
  • دوغلاس ج*

GW9662 و T0070907 يستخدمان على نطاق واسع في المضادات التي لا رجعة فيها والمتاحة تجاريًا لجاما مستقبلات البيروكسيسوم المنشط (PPARγ). تقوم هذه المضادات بتعديل Cys285 تساهميًا في جيب ربط يجند تقويمي مضمن في مجال ربط يجند PPARγ وتستخدم لمنع ارتباط الروابط الأخرى. ومع ذلك ، فقد حددنا مؤخرًا موقعًا بديلًا / رابطًا ليجندًا خيفيًا في PPARγ LBD والذي لا يتم تثبيط ارتباط الترابط به بواسطة هذه المضادات التساهمية المتعامدة. هنا ، قمنا بتطوير سلسلة من النظائر استنادًا إلى سقالة الخصم التساهمية التقويمية بهدف تثبيط كل من التنشيط الخلوي التقويمي والخيفي لـ PPARγ بواسطة MRL20 ، وهو ناهض تقويمي يرتبط أيضًا بموقع خيفي. أسفرت جهودنا عن تحديد SR16832 (المركب 22) ، والذي يعمل كمثبط تساهمي ثنائي الموقع لنسخ PPARγ بواسطة روابط ربط PPARγ. تشير النمذجة الجزيئية ، والتحليل الهيكلي لمطياف البروتين بالرنين المغناطيسي النووي ، والفحوصات الكيميائية الحيوية إلى أن تثبيط التنشيط الخيفي يحدث جزئيًا من خلال توسيع المضاد التساهمي التوافقي 2-كلورو-5-نيتروبنزاميديل تجاه موقع الخيفي ، وإضعاف تقارب الارتباط الترابطي الخيفي ، وتحفيز التماثل التوافقي. التغييرات غير مؤهلة لتنشيط PPARγ الخلوي. علاوة على ذلك ، يعمل SR16832 بشكل أفضل على تثبيط ارتباط rosiglitazone ، وهو ثيازوليدينديون (TZD) الذي ينشط PPARγ بشكل ضعيف عند معالجته بمضادات التساهمية التقويمية ، وقد يثبط بشكل أفضل ارتباط بروابط PPARγ الذاتية مثل حمض الدوكوساهيكسانويك (DHA) مقارنة بمضادات التساهمية التساهمية. قد تكون مركبات مثل SR16832 أدوات كيميائية مفيدة لاستخدامها كمثبط تساهمي متعامد ثنائي الموقع ومثبط تساهمية خيفي لربط الترابط بـ PPARγ.

تطور وتوزيع ج7- تركيبات Cyclitol في بدائيات النوى وحقيقيات النوى
  • أندرو آر أوزبورن ،
  • كيلسي إم كين ،
  • خالد محمد السعود ،
  • خالد المبروك ،
  • شومبي أساميزو ،
  • جانيت أ.
  • أندرو كاربلس* ، و
  • طيفو محمود*

تم اكتشاف 2-Epi-5-epi-valiolone synthase (EEVS) ، وهو عبارة عن C7-sugar phosphate cyclase (SPC) المتماثل لـ 3-dehydroquinate synthase (DHQS) ، أثناء دراسات التركيب الحيوي لعائلة C7N-aminocyclitol من المنتجات الطبيعية. كان يُعتقد في الأصل أن EEVS موجود فقط في بعض الفطريات الشعاعية ، لكن تحليلات تسلسل الجينوم أظهرت أنه موزع على نطاق واسع في كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى ، بما في ذلك الفقاريات. تم اكتشاف SPC آخر ، وهو desmethyl-4-deoxygadusol synthase (DDGS) ، لاحقًا على أنه مشارك في التخليق الحيوي لمركبات واقية من الشمس تشبه المايكوسبورين. التعليقات التوضيحية لقاعدة البيانات الحالية غير موثوقة تمامًا ، حيث تم الإبلاغ عن العديد من EEVS على أنها DHQS ، وتم الإبلاغ عن معظم DDGS على أنها EEVS أو DHQS أو مجرد بروتينات افتراضية. هنا ، نحدد ميزات التسلسل المفيدة للتمييز بين هذه الإنزيمات ، ونبلغ عن بنية بلورية لـ DDGS التمثيلي الذي يُظهر التشابه الكبير بين إنزيمات EEVS و DDGS ، وتحديد الاختلافات البارزة في الموقع النشط ، وإظهار أهمية اثنين من بقايا الموقع النشطة هذه للتحفيز. عن طريق الطفرات النقطية. علاوة على ذلك ، قمنا وظيفيًا بتمييز اثنين من ممثلي كليد متميز على مسافة متساوية من مجموعات EEVS المعروفة ومجموعات DDGS المعروفة ونوضحها على أنها EEVS أصيلة. علاوة على ذلك ، نقوم بتوثيق ومناقشة توزيع الجينات التي تشفر EEVS و DDGS في بدائيات النوى المختلفة وحقيقيات النوى ، بما في ذلك البكتيريا المسببة للأمراض ، والمتعايشات النباتية ، والبكتيريا المثبتة للنيتروجين ، والبكتيريا المخاطية ، والبكتيريا الزرقاء ، والفطريات ، والسترامينوبيل ، والحيوانات ، مما يشير إلى أدوارها البيولوجية المحتملة الواسعة. في الطبيعة.

محددات خصوصية تسلسل BH3 لتعطيل مجمعات Bcl-xL / cBid في الأغشية

تُظهِر بروتينات Bcl-2 prourvival نمطًا محددًا من التفاعلات مع بروتينات BH3 فقط التي تحدد الاعتماد الخلوي على الإجهاد الأبوطوزيكي. هذه الخصوصية ضرورية لتطوير محاكيات BH3 ، وهي فئة من الجزيئات المضادة للسرطان تعتمد على مجال BH3 مع نشاط واعد في التجارب السريرية. على الرغم من أن التكوين المعقد يحدث بشكل أساسي في الغشاء الخارجي للميتوكوندريا ، إلا أن معظم الدراسات حتى الآن تناولت التفاعل بين ببتيدات BH3 وبروتينات Bcl-2 المبتورة في المحلول. نتيجة لذلك ، فإن الفهم الكمي لمحددات خصوصية التسلسل لببتيدات BH3 في بيئة الغشاء مفقود. هنا ، نعالج هذه المشكلة من خلال القياس الكمي المنهجي لقدرة ببتيدات BH3 على التنافس على المجمعات بين cBid و Bcl-xL في حويصلات أحادية الطبقة عملاقة ومقارنتها بالمحلول والميتوكوندريا. نوضح أن الببتيدات BH3 المشتقة من Hrk و Bim و Bid و Bad هي الأكثر كفاءة في تعطيل مجمعات cBid / Bcl-xL في الغشاء ، والتي ترتبط بنشاطها في الميتوكوندريا. تدعم النتائج التي توصلنا إليها استهداف غشاء الجزيئات الصغيرة التي تربط بروتينات Bcl-2 كاستراتيجية لتحسين كفاءتها.

السيطرة على إعادة ترتيب غير عادية للصور كليزن في الكومارين المحبوس تاموكسيفين من خلال فاصل ممتد
  • باميلا تي وونغ
  • إدوارد دبليو روبرتس ،
  • شينغزوانغ تانغ ،
  • جهيندان موخيرجي ،
  • جايمي كانون
  • أليسا ج.
  • كايتلين كوربين
  • ماثيو ف.كروميل* ، و
  • سيوك كي تشوي*

تم توثيق استخدام جزيئات الكومارين المحبوسة جيدًا في العديد من تطبيقات التصوير الضوئي بما في ذلك التحكم الزماني والمكاني لنشاط إعادة التركيب في مستقبلات هرمون الاستروجين (Cre-ERT2). في هذه المقالة ، أبلغنا أن 4-hydroxytamoxifen (4OHT) في قفص مع الكومارين عبر وصلة إيثر تقليدية أدت إلى إعادة ترتيب غير متوقع للصور Claisen والذي تنافس بشكل كبير مع إطلاق 4OHT مجانًا. يبدو أن أساس هذا التفاعل غير المرغوب فيه مرتبط بهيكل الكومارين وآليته القائمة على الجذور في فك الشفرات ، حيث لم يحدث في ortho-nitrobenzyl (ONB) في قفص 4OHT الذي كان مرتبطًا بطريقة أخرى بنفس الطريقة. في محاولة لأداء تحسين التصميم ، قدمنا ​​رابطًا للتضحية الذاتي أطول من رابط الأثير وحددنا الرابط الأمثل الذي سمح بإطلاق 4OHT سريعًا بواسطة كل من آليات امتصاص الفوتون الفردي والفوتونين. تم التحقيق في قدرة هذا البناء على التحكم الفعال في تعديلات الجينات التي تتم بوساطة Cre-ERT2 في الخلايا الليفية الجنينية للفأر (MEFs) حيث تم التحكم في التعبير عن إعادة التركيب الجيني المعتمد على مراسل البروتين الفلوري الأخضر (GFP) عن طريق إطلاق 4OHT وقياسه بواسطة الفحص المجهري مضان متحد البؤر وقياس التدفق الخلوي. باختصار ، قمنا بالإبلاغ عن الآثار المترتبة على إعادة ترتيب الصور من Claisen في مركبات الكومارين المحصورة في الأقفاص وإظهار إستراتيجية رابط عقلانية لمعالجة هذا التفاعل الجانبي غير المرغوب فيه.

نشاط JmjC Histone Lysine Demethylase KDM4A شديد الحساسية لتركيزات الأكسجين
  • ريبيكا إل هانكوك ،
  • نورما ماسون ،
  • كيت دن ،
  • إميلي فلاشمان* ، و
  • أكاني كاوامورا*

إن دي ميثيلاز هيستون ليسين JmjC (KDMs) عبارة عن منظمات جينية تشارك في إزالة مجموعات الميثيل من بقايا ليسيل المعدلة بعد الترجمة داخل ذيول هيستون ، وتعديل نسخ الجينات. تتطلب هذه الإنزيمات الأكسجين الجزيئي للنشاط التحفيزي ، وباعتبارها 2-oxoglutarate (2OG) مرتبطة بالأكسجين المعتمد على الأكسجين الخلوي HIF hydroxylases PHD2 و FIH. أشارت الدراسات الحديثة إلى أن نشاط بعض KDMs ، بما في ذلك KDM4E المشفر بالجينات الزائفة ، قد يكون حساسًا لتغيير تركيزات الأكسجين. هنا ، قمنا بالإبلاغ عن تحليل مفصل لتأثير توافر الأكسجين على نشاط KDM4A عضو عائلة KDM4 ، مما يدل بشكل مهم على مستوى عالٍ من حساسية O2 مع كل من البروتين المعزول وفي الخلايا. كشف التحليل الحركي للإنزيم المؤتلف عن ارتفاع KMapp (O2) من 173 ± 23 ميكرومتر ، مما يشير إلى أن نشاط الإنزيم قادر على الاستجابة بحساسية لانخفاض تركيز الأكسجين. علاوة على ذلك ، أظهرت تجارب التألق المناعي في خلايا U2OS التي تزيد من التعبير المشروط عن KDM4A أن النشاط الخلوي لـ KDM4A مقابل ركيزته الأولية ، H3K9me3 ، أظهر استجابة متدرجة لاستنفاد تركيزات الأكسجين بما يتماشى مع البيانات التي تم الحصول عليها باستخدام البروتين المعزول. تشير هذه النتائج إلى أن KDM4A يمتلك القدرة على العمل كمستشعر أكسجين في سياق تعديلات الكروماتين ، مع الآثار المحتملة للتنظيم اللاجيني في حالات مرض نقص الأكسجة. الأهم من ذلك ، يوضح هذا الارتباط بين حساسية الأكسجين للنشاط التحفيزي لـ KDM4A في المقايسات البيوكيميائية والخلوية فائدة الدراسات البيوكيميائية في فهم العوامل المساهمة في الوظائف البيولوجية المتنوعة والنشاط المتنوع لأكسجيناز 2OG.

O-Glcnclelation من α-Synuclein في Serine 87 يقلل من التجمع دون التأثير على ارتباط الغشاء
  • يوكا إي لويس ،
  • آنا جاليسيك
  • بول إم ليفين ،
  • سيزار أ دي ليون ،
  • ناتالي لاميري
  • كارولين ك. برينان ، و
  • ماثيو ر.برات*

يمكن أن يتأثر تجميع البروتينات المرتبطة بالأمراض التنكسية العصبية بالعديد من العوامل ، بما في ذلك مجموعة متنوعة من التعديلات اللاحقة للترجمة. تم العثور على أحد هذه التعديلات ، O-GlcNAcylation ، في بعض هذه البروتينات المعرضة للتجمع ، بما في ذلك α-synuclein ، وهو البروتين الرئيسي الذي يلعب دورًا مسببًا في اعتلالات النسيج الخلوي مثل مرض باركنسون. استخدمنا سابقًا كيمياء البروتين الاصطناعية لتحضير α-synuclein الذي يحمل تعديل O-GlcNAc متجانس في ثريونين 72 وأظهرنا أن هذا التعديل يمنع تراكم البروتين. ومع ذلك ، فإن تأثيرات مواقع O-GlcNAcylation الثمانية الأخرى التي تم تحديدها غير معروفة. هنا ، نستخدم استراتيجية تركيبية مماثلة للتحقيق في عواقب هذا التعديل في أحد هذه المواقع ، سيرين 87. لقد أظهرنا أن O-GlcNAcylation في هذا الموقع يمنع أيضًا تجميع α-synuclein ولكن بدرجة أقل من ذلك بالنسبة لنفس التعديل في ثريونين 72. ومع ذلك ، وجدنا أيضًا أن هذا التعديل لا يؤثر على خصائص ربط الغشاء لـ α-synuclein ، مما يميزه عن الفسفرة في نفس الموقع. تدعم هذه النتائج أيضًا تطوير العلاجات التي يمكن أن ترفع ارتباط O-Glcnuclein لـ α-synuclein لإبطاء تقدم مرض باركنسون.

Highly Potent Cell-Permeable and Impermeable NanoLuc Luciferase Inhibitors
  • Joel R. Walker* ,
  • ماري ب. هول ،
  • Chad A. Zimprich ,
  • Matthew B. Robers ,
  • Sarah J. Duellman ,
  • توماس ماتشليدت ،
  • Jacquelynn Rodriguez , and
  • Wenhui Zhou

Novel engineered NanoLuc (Nluc) luciferase being smaller, brighter, and superior to traditional firefly (Fluc) or Renilla (Rluc) provides a great opportunity for the development of numerous biological, biomedical, clinical, and food and environmental safety applications. This new platform created an urgent need for Nluc inhibitors that could allow selective bioluminescent suppression and multiplexing compatibility with existing luminescence or fluorescence assays. Starting from thienopyrrole carboxylate 1, a hit from a 42 000 PubChem compound library with a low micromolar IC50 against Nluc, we derivatized four different structural fragments to discover a family of potent, single digit nanomolar, cell permeable inhibitors. Further elaboration revealed a channel that allowed access to the external Nluc surface, resulting in a series of highly potent cell impermeable Nluc inhibitors with negatively charged groups likely extending to the protein surface. The permeability was evaluated by comparing EC50 shifts calculated from both live and lysed cells expressing Nluc cytosolically. Luminescence imaging further confirmed that cell permeable compounds inhibit both intracellular and extracellular Nluc, whereas less permeable compounds differentially inhibit extracellular Nluc and Nluc on the cell surface. The compounds displayed little to no toxicity to cells and high luciferase specificity, showing no activity against firefly luciferase or even the closely related NanoBit system. Looking forward, the structural motifs used to gain access to the Nluc surface can also be appended with other functional groups, and therefore interesting opportunities for developing assays based on relief-of-inhibition can be envisioned.

Eg5 Inhibitors Have Contrasting Effects on Microtubule Stability and Metaphase Spindle Integrity
  • Geng-Yuan Chen ,
  • You Jung Kang ,
  • A. Sophia Gayek ,
  • Wiphu Youyen ,
  • Erkan Tüzel ,
  • Ryoma Ohi , and
  • William O. Hancock*

To uncover their contrasting mechanisms, antimitotic drugs that inhibit Eg5 (kinesin-5) were analyzed in mixed-motor gliding assays of kinesin-1 and Eg5 motors in which Eg5 “braking” dominates motility. Loop-5 inhibitors (monastrol, STLC, ispinesib, and filanesib) increased gliding speeds, consistent with inducing a weak-binding state in Eg5, whereas BRD9876 slowed gliding, consistent with locking Eg5 in a rigor state. Biochemical and single-molecule assays demonstrated that BRD9876 acts as an ATP- and ADP-competitive inhibitor with 4 nM KI. Consistent with its microtubule polymerase activity, Eg5 was shown to stabilize microtubules against depolymerization. This stabilization activity was eliminated in monastrol but was enhanced by BRD9876. Finally, in metaphase-arrested RPE-1 cells, STLC promoted spindle collapse, whereas BRD9876 did not. Thus, different Eg5 inhibitors impact spindle assembly and architecture through contrasting mechanisms, and rigor inhibitors may paradoxically have the capacity to stabilize microtubule arrays in cells.

A Fluorescent Hsp90 Probe Demonstrates the Unique Association between Extracellular Hsp90 and Malignancy في فيفو
  • Lauren B. Crowe ,
  • Philip F. Hughes ,
  • David A. Alcorta ,
  • Takuya Osada ,
  • Aaron P. Smith ,
  • Juliane Totzke ,
  • David R. Loiselle ,
  • Isaac D. Lutz ,
  • Madhusudhana Gargesha ,
  • Debasish Roy ,
  • Jose Roques ,
  • David Darr ,
  • H. Kim Lyerly ,
  • Neil L. Spector , and
  • Timothy A.J. Haystead*

Extracellular expression of heat shock protein 90 (eHsp90) by tumor cells is correlated with malignancy. Development of small molecule probes that can detect eHsp90 in vivo may therefore have utility in the early detection of malignancy. We synthesized a cell impermeable far-red fluorophore-tagged Hsp90 inhibitor to target eHsp90 in vivo. High resolution confocal and lattice light sheet microscopy show that probe-bound eHsp90 accumulates in punctate structures on the plasma membrane of breast tumor cells and is actively internalized. The extent of internalization correlates with tumor cell aggressiveness, and this process can be induced in benign cells by overexpressing p110HER2. Whole body cryoslicing, imaging, and histology of flank and spontaneous tumor-bearing mice strongly suggests that eHsp90 expression and internalization is a phenomenon unique to tumor cells in vivo and may provide an “Achilles heel” for the early diagnosis of metastatic disease and targeted drug delivery.

Iron Release from the Siderophore Pyoverdine in الزائفة الزنجارية Involves Three New Actors: FpvC, FpvG, and FpvH
  • Géraldine Ganne ,
  • Karl Brillet ,
  • Beata Basta ,
  • Béatrice Roche ,
  • Françoise Hoegy ,
  • Véronique Gasser , and
  • Isabelle J. Schalk*

Siderophores are iron chelators produced by bacteria to access iron, an essential nutriment. Pyoverdine (PVDI), the major siderophore produced by Pseudomonas aeruginosa PAO1, consists of a fluorescent chromophore linked to an octapeptide. The ferric form of PVDI is transported from the extracellular environment into the periplasm by the outer membrane transporter, FpvA. Iron is then released from the siderophore in the periplasm by a mechanism that does not involve chemical modification of the chelator but an iron reduction step. Here, we followed the kinetics of iron release from PVDI, in vitro and in living cells, by monitoring its fluorescence (as apo PVDI is fluorescent, whereas PVDI-Fe(III) is not). Deletion of the inner membrane proteins fpvG (PA2403) and fpvH (PA2404) affected 55Fe uptake via PVDI and completely abolished PVDI-Fe dissociation, indicating that these two proteins are involved in iron acquisition via this siderophore. PVDI-Fe dissociation studies, using an in vitro assay, showed that iron release from this siderophore requires the presence of an iron reducer (DTT) and an iron chelator (ferrozine). In this assay, DTT could be replaced by the inner membrane protein, FpvG, and ferrozine by the periplasmic protein, FpvC, suggesting that FpvG acts as a reductase and FpvC as an Fe2+ chelator in the process of PVDI-Fe dissociation in the periplasm of P. aeruginosa cells. This mechanism of iron release from PVDI is atypical among Gram-negative bacteria but seems to be conserved among Pseudomonads.

The GCaMP-R Family of Genetically Encoded Ratiometric Calcium Indicators
  • Jung-Hwa Cho ,
  • Carter J. Swanson ,
  • Jeannie Chen ,
  • Ang Li ,
  • Lisa G. Lippert ,
  • Shannon E. Boye ,
  • Kasey Rose ,
  • Sivaraj Sivaramakrishnan ,
  • Cheng-Ming Chuong , and
  • Robert H. Chow*

We report on GCaMP-Rs, a new family of genetically encoded ratiometric calcium indicators that extend the virtues of the GCaMP proteins to ratiometric measurements. We have engineered a tandem construct of calcium-dependent GCaMP and calcium-independent mCherry fluorescent proteins. The tandem design assures that the two proteins localize in the same cellular compartment(s) and facilitates pixelwise ratiometric measurements however, Förster resonance energy transfer (FRET) between the fluorophores reduces brightness of the sensor by up to half (depending on the GCaMP variant). To eliminate FRET, we introduced a rigid α-helix, the ER/K helix, between GCaMP and mCherry. Avoiding FRET significantly increases the brightness (notably, even at low calcium concentrations), the signal-to-noise ratio, and the dynamic range.

Discovery and Characterization of a Potent and Specific Peptide Ligand Targeting Endothelial Progenitor Cells and Endothelial Cells for Tissue Regeneration
  • Dake Hao ,
  • Wenwu Xiao ,
  • Ruiwu Liu ,
  • Priyadarsini Kumar ,
  • Yuanpei Li ,
  • Ping Zhou ,
  • Fuzheng Guo ,
  • Diana L. Farmer ,
  • Kit S. Lam ,
  • Fengshan Wang* ، و
  • Aijun Wang*

Endothelial progenitor cells (EPCs) and endothelial cells (ECs) play a vital role in endothelialization and vascularization for tissue regeneration. Various EPC/EC targeting biomolecules have been investigated to improve tissue regeneration with limited success often due to their limited functional specificity and structural stability. One-bead one-compound (OBOC) combinatorial technology is an ultrahigh throughput chemical library synthesis and screening method suitable for ligand discovery against a wide range of biological targets, such as integrins. In this study, using primary human EPCs/ECs as living probes, we identified an αvβ3 integrin ligand LXW7 discovered by OBOC combinatorial technology as a potent and specific EPC/EC targeting ligand. LXW7 overcomes the major barriers of other functional biomolecules that have previously been used to improve vascularization for tissue regeneration and possesses optimal stability, EPC/EC specificity, and functionality. LXW7 is a disulfide cyclic octa-peptide (cGRGDdvc) containing unnatural amino acids flanking both sides of the main functional motif therefore it will be more resistant to proteolysis and more stable in vivo compared to linear peptides and peptides consisting of only natural amino acids. Compared with the conventional αvβ3 integrin ligand GRGD peptide, LXW7 showed stronger binding affinity to primary EPCs/ECs but weaker binding to platelets and no binding to THP-1 monocytes. In addition, ECs bound to the LXW7 treated culture surface exhibited enhanced biological functions such as proliferation, likely due to increased phosphorylation of VEGF receptor 2 (VEGF-R2) and activation of mitogen-activated protein kinase (MAPK) ERK1/2. Surface modification of electrospun microfibrous PLLA/PCL biomaterial scaffolds with LXW7 via Click chemistry resulted in significantly improved endothelial coverage. LXW7 and its derivatives hold great promise for EPC/EC recruitment and delivery and can be widely applied to functionalize various biological and medical materials to improve endothelialization and vascularization for tissue regeneration applications.

Fluorescent Hexose Conjugates Establish Stringent Stereochemical Requirement by GLUT5 for Recognition and Transport of Monosaccharides
  • Olivier-Mohamad Soueidan ,
  • Thomas W. Scully ,
  • Jatinder Kaur ,
  • Rashmi Panigrahi ,
  • Alexandr Belovodskiy ,
  • Victor Do ,
  • Carson D. Matier ,
  • M. Joanne Lemieux ,
  • Frank Wuest ,
  • Chris Cheeseman* ، و
  • F. G. West*

The specificity characteristics of transporters can be exploited for the development of novel diagnostic therapeutic probes. The facilitated hexose transporter family (GLUTs) has a distinct set of preferences for monosaccharide substrates, and while some are expressed ubiquitously (e.g., GLUT1), others are quite tissue specific (e.g., GLUT5, which is overexpressed in some breast cancer tissues). While these differences have enabled the development of new molecular probes based upon hexose- and tissue-selective uptake, substrate design for compounds targeting these GLUT transporters has been encumbered by a limited understanding of the molecular interactions at play in hexose binding and transport. Four new fluorescently labeled hexose derivatives have been prepared, and their transport characteristics were examined in two breast cancer cell lines expressing mainly GLUTs 1, 2, and 5. Our results demonstrate, for the first time, a stringent stereochemical requirement for recognition and transport by GLUT5. 6-NBDF, in which all substituents are in the d-fructose configuration, is taken up rapidly into both cell lines via GLUT5. On the other hand, inversion of a single stereocenter at C-3 (6-NBDP), C-4 (6-NBDT), or C-5 (6-NDBS) results in selective transport via GLUT1. An in silico docking study employing the recently published GLUT5 crystal structure confirms this stereochemical dependence. This work provides insight into hexose-GLUT interactions at the molecular level and will facilitate structure-based design of novel substrates targeting individual members of the GLUT family and forms the basis of new cancer imaging or therapeutic agents.

The Role of the Secondary Coordination Sphere in a Fungal Polysaccharide Monooxygenase
  • Elise A. Span ,
  • Daniel L. M. Suess ,
  • Marc C. Deller ,
  • R. David Britt , and
  • Michael A. Marletta*

Polysaccharide monooxygenases (PMOs) are secreted metalloenzymes that catalyze the oxidative degradation of polysaccharides in a copper-, oxygen-, and reductant-dependent manner. Cellulose-active fungal PMOs degrade cellulosic substrates to be utilized as a carbon source for fungal growth. To gain insight into the PMO mechanism, the role of conserved residues in the copper coordination sphere was investigated. Here, we report active-site hydrogen-bonding motifs in the secondary copper coordination sphere of MtPMO3*, a C1-oxidizing PMO from the ascomycete fungus Myceliophthora thermophila. A series of point substitutions that disrupt this conserved network are used to interrogate its function. Activity assays, in conjunction with EPR spectroscopy, demonstrate that residues H161 and Q167 are involved in stabilizing bound oxygen, and H161 appears to play a role in proton transfer. Additionally, Q167 increases the ligand donor strength of Y169 to the copper via a hydrogen-bonding interaction. Altogether, H161 and Q167 are important for oxygen activation, and the results are suggestive of a copper–oxyl active intermediate.

NMR and Molecular Recognition of N-Glycans: Remote Modifications of the Saccharide Chain Modulate Binding Features
  • Ana Gimeno ,
  • Niels-Christian Reichardt ,
  • F. Javier Cañada ,
  • Lukas Perkams ,
  • Carlo Unverzagt ,
  • Jesús Jiménez-Barbero* ، و
  • Ana Ardá*

Glycans play a key role as recognition elements in the communication of cells and other organisms. Thus, the analysis of carbohydrate–protein interactions has gained significant importance. In particular, nuclear magnetic resonance (NMR) techniques are considered powerful tools to detect relevant features in the interaction between sugars and their natural receptors. Here, we present the results obtained in the study on the molecular recognition of different mannose-containing glycans by Pisum sativum agglutinin. NMR experiments supported by Corcema-ST analysis, isothermal titration calorimetry (ITC) experiments, and molecular dynamics (MD) protocols have been successfully applied to unmask important binding features and especially to determine how a remote branching substituent significantly alters the binding mode of the sugar entity. These results highlight the key influence of common structural modifications in natural glycans on molecular recognition processes and underscore their importance for the development of biomedical applications.

Ion Mobility-Mass Spectrometry Reveals a Dipeptide That Acts as a Molecular Chaperone for Amyloid β
  • Molly T. Soper-Hopper ,
  • Joseph D. Eschweiler , and
  • Brandon T. Ruotolo*

Previously, we discovered and structurally characterized a complex between amyloid β 1–40 and the neuropeptide leucine enkephalin. This work identified leucine enkephalin as a potentially useful starting point for the discovery of peptide-related biotherapeutics for Alzheimer’s disease. In order to better understand such complexes that are formed in vitro, we describe here the analysis of a series of site-directed amino acid substitution variants of both peptides, covering the leucine enkephalin sequence in its entirety and a large number of selected residues of amyloid β 1–40 (residues: D1, E3, F4, R5, H6, Y10, E11, H13, H14, Q15, K16, E22, K28, and V40). Ion mobility–mass spectrometry measurements and molecular dynamics simulations reveal that the hydrophobic C-terminus of leucine enkephalin (Phe-Leu, FL) is crucial for the formation of peptide complexes. As such, we explore here the interaction of the dipeptide FL with both wildtype and variant forms of amyloid β in order to structurally characterize the complexes formed. We find that FL binds preferentially to amyloid β oligomers and attaches to amyloid β within the region between its N-terminus and its hydrophobic core, most specifically at residues Y10 and Q15. We further show that FL is able to prevent fibril formation.

A Near-Infrared, Wavelength-Shiftable, Turn-on Fluorescent Probe for the Detection and Imaging of Cancer Tumor Cells
  • Zhenhua Shen ,
  • Bijeta Prasai ,
  • Yuko Nakamura ,
  • Hisataka Kobayashi ,
  • Milcah S. Jackson , and
  • Robin L. McCarley*

Fast, selective, and noninvasive reporting of intracellular cancer-associated events and species will lead to a better understanding of tumorigenesis at the molecular level and development of precision medicine approaches in oncology. Overexpressed reductase presence in solid tumor cells is key to cancer progression and protection of those diseased cells from the oxidative effects of therapeutics meant to kill them. Human NAD(P)H:quinone oxidoreductase isozyme I (hNQO1), a cytoprotective 2-electron-specific reductase found at unusually high activity levels in cancer cells of multiple origins, has attracted significant attention due to its major role in metastatic pathways and its link to low survival rates in patients, as well as its ability to effectively activate quinone-based, anticancer drugs. Accurate assessment of hNQO1 activities in living tumor models and ready differentiation of metastases from healthy tissue by fluorescent light-based protocols requires creation of hNQO1-responsive, near-infrared probes that offer deep tissue penetration and low background fluorescence. Herein, we disclose a quinone-trigger-based, near-infrared probe whose fluorescence is effectively turned on several hundred-fold through highly selective reduction of the quinone trigger group by hNQO1, with unprecedented, catalytically efficient formation of a fluorescent reporter. hNQO1 activity-specific production of a fluorescence signal in two-dimensional cultures of respiring human cancer cells that harbor the reductase enzyme allows for their quick (30 min) high-integrity recognition. The characteristics of the near-infrared probe make possible the imaging of clinically relevant three-dimensional colorectal tumor models possessing spatially heterogeneous hNQO1 activities and provide for fluorescence-assisted identification of submillimeter dimension metastases in a preclinical mouse model of human ovarian serous adenocarcinoma.

Mapping Novel Metabolic Nodes Targeted by Anti-Cancer Drugs that Impair Triple-Negative Breast Cancer Pathogenicity
  • Lindsay S. Roberts ,
  • Peter Yan ,
  • Leslie A. Bateman , and
  • Daniel K. Nomura*

Triple-negative breast cancers (TNBCs) are estrogen receptor, progesterone receptor, and HER2 receptor-negative subtypes of breast cancers that show the worst prognoses and lack targeted therapies. Here, we have coupled the screening of ∼400 anticancer agents that are under development or in the clinic with chemoproteomic and metabolomic profiling to identify novel metabolic mechanisms for agents that impair TNBC pathogenicity. We identify 20 anticancer compounds that significantly impaired cell survival across multiple types of TNBC cells. Among these 20 leads, the phytoestrogenic natural product licochalcone A was of interest, since TNBCs are unresponsive to estrogenic therapies, indicating that licochalcone A was likely acting through another target. Using chemoproteomic profiling approaches, we reveal that licochalcone A impairs TNBC pathogenicity, not through modulating estrogen receptor activity but rather through inhibiting prostaglandin reductase 1, a metabolic enzyme involved in leukotriene B4 inactivation. We also more broadly performed metabolomic profiling to map additional metabolic mechanisms of compounds that impair TNBC pathogenicity. Overlaying lipidomic profiling with drug responses, we find that deubiquitinase inhibitors cause dramatic elevations in acyl carnitine levels, which impair mitochondrial respiration and contribute to TNBC pathogenic impairments. We thus put forth two unique metabolic nodes that are targeted by drugs or drug candidates that impair TNBC pathogenicity. Our results also showcase the utility of coupling drug screens with chemoproteomic and metabolomic profiling to uncover unique metabolic drivers of TNBC pathogenicity.

Structure–Activity Relationships of the Competence Stimulating Peptides (CSPs) in العقدية الرئوية Reveal Motifs Critical for Intra-group and Cross-group ComD Receptor Activation
  • Yifang Yang ,
  • Bimal Koirala ,
  • Lucia A. Sanchez ,
  • Naiya R. Phillips ,
  • Sally R. Hamry , and
  • Yftah Tal-Gan*

Streptococcus pneumoniae is a highly recombinogenic human pathogen that utilizes the competence stimulating peptide (CSP)-based quorum sensing (QS) circuitry to acquire antibiotic resistance genes from the environment and initiate its attack on the human host. Modulation of QS in this bacterium, either inhibition or activation, can therefore be used to attenuate S. pneumoniae infectivity and slow down pneumococcal resistance development. In this study, we set to determine the molecular mechanism that drives CSP:receptor binding and identify CSP-based QS modulators with distinct activity profiles. To this end, we conducted systematic replacement of the amino acid residues in the two major CSP signals (CSP1 and CSP2) and assessed the ability of the mutated analogs to modulate QS against both cognate and noncognate ComD receptors. We then evaluated the overall 3D structures of these analogs using circular dichroism (CD) to correlate between the structure and function of these peptides. Our CD analysis revealed a strong correlation between α-helicity and bioactivity for both specificity groups (CSP1 and CSP2). Furthermore, we identified the first pan-group QS activator and the most potent group-II QS inhibitor to date. These chemical probes can be used to study the role of QS in S. pneumoniae and as scaffolds for the design of QS-based anti-infective therapeutics against S. pneumoniae infections.

Glycation of Lysozyme by Glycolaldehyde Provides New Mechanistic Insights in Diabetes-Related Protein Aggregation
  • Laura Mariño ,
  • Carlos Andrés Maya-Aguirre ,
  • Kris Pauwels ,
  • Bartolomé Vilanova ,
  • Joaquin Ortega-Castro ,
  • Juan Frau ,
  • Josefa Donoso , and
  • Miquel Adrover*

Glycation occurs in vivo as a result of the nonenzymatic reaction of carbohydrates (and/or their autoxidation products) with proteins, DNA, or lipids. Protein glycation causes loss-of-function and, consequently, the development of diabetic-related diseases. Glycation also boosts protein aggregation, which can be directly related with the higher prevalence of aggregating diseases in diabetic people. However, the molecular mechanism connecting glycation with aggregation still remains unclear. Previously we described mechanistically how glycation of hen egg-white lysozyme (HEWL) with ribose induced its aggregation. Here we address the question of whether the ribose-induced aggregation is a general process or it depends on the chemical nature of the glycating agent. Glycation of HEWL with glycolaldehyde occurs through two different scenarios depending on the HEWL concentration regime (both within the micromolar range). At low HEWL concentration, non-cross-linking fluorescent advanced glycation end-products (AGEs) are formed on Lys side chains, which do not change the protein structure but inhibit its enzymatic activity. These AGEs have little impact on HEWL surface hydrophobicity and, therefore, a negligible effect on its aggregation propensity. Upon increasing HEWL concentration, the glycation mechanism shifts toward the formation of intermolecular cross-links, which triggers a polymerization cascade involving the formation of insoluble spherical-like aggregates. These results notably differ with the aggregation-modulation mechanism of ribosylated HEWL directed by hydrophobic interactions. Additionally, their comparison constitutes the first experimental evidence showing that the mechanism underlying the aggregation of a glycated protein depends on the chemical nature of the glycating agent.


Carbocyanine Dyes

Short-Chain Carbocyanine Dyes

Terasaki and co-workers used the short-chain carbocyanine DiOC6(3) (D273) to visualize the ER in both live and aldehyde-fixed cells. This dye and the similar DiOC5(3) have since been used extensively to study structural interactions and dynamics of the ER in neurons, yeast and onion epidermis, and to examine the morphological relationships between the ER, mitochondria, intermediate filaments and microtubules in various cell types. DiOC6(3) and DiOC5(3) pass through the plasma membrane and stain intracellular membranes with a fluorescein-like fluorescence ER membranes can easily be distinguished by their characteristic morphology. Caution must be exercised, however, in using the carbocyanines as probes for the ER. It has been reported that ER staining with DiOC6(3) does not occur until the mitochondria round up and lose the fluorochrome. Rhodamine 6G and the hexyl ester of rhodamine B (R634, R648MP Probes for Mitochondria—Section 12.2) appear to stain like DiOC6(3), except they are apparently less toxic and they fluoresce orange, providing possibilities for multicolor labeling. When used at very low concentrations, these slightly lipophilic rhodamine dyes tend to stain only mitochondria of live cells.

Long-Chain Carbocyanine Dyes

Terasaki and Jaffe have used the long-chain carbocyanines DiIC16(3) and DiIC18(3) (D384, D282) to label ER membranes. They achieved selective labeling of the ER by microinjecting a saturated solution of DiI in oil into sea urchin eggs. This method has been successful in several other egg types but was not effective in molluscan or arthropod axons. As noted in the discussion of dialkylcarbocyanine and dialkylaminostyryl probes in Dialkylcarbocyanine and Dialkylaminostyryl Probes—Section 13.4, DiI diffuses only in continuous membranes.


المقدمة

Important advances in our understanding of the cytoskeleton have been made by direct observations of living cells following microinjection with fluorescent derivatives of cytoskeletal proteins (Desai and Mitchison, 1997). More recently, however, the ability to express cloned proteins containing a green fluorescent protein (GFP) tag has become the method of choice for dynamic analysis of the cytoskeleton (Chalfie وآخرون.، 1994). GFP technology offers several significant advantages over the previous technology: it is not necessary to microinject cells, nor is it necessary to biochemically purify and fluorescently modify the protein of interest. However, there are also limitations to GFP technology: addition of GFP (238 amino acids) to the C or N terminus of the target protein can potentially interfere with protein function. In this regard, it is important to demonstrate that the chimeric protein retains its normal characteristics. In addition, overexpression of any protein can potentially interfere with cellular functions. This latter limitation can be overcome by the use of inducible promoters in the plasmid construct or by establishing permanent cell lines with the desired level of expression of the chimera.

To date, the dynamics of several cytoskeletal proteins have been examined using GFP technology. For example, transformation of yeast with a GFP-actin construct was used to document the motion of cortical actin patches (Doyle and Botstein, 1996). Although the GFP-actin did incorporate into dynamic actin-containing structures in the cells, the construct was not able to complement an actin null mutant (Doyle and Botstein, 1996). The major yeast tubulin gene tub1 has also been tagged with GFP and this construct rescues a tub1mutant (Straight وآخرون.، 1997). Importantly, observation of mitosis in yeast transformed with GFP-tub1 provides strong evidence that spindle microtubules can undergo normal dynamic behavior in the expressing cells (Straight وآخرون.، 1997). In other experiments, a fusion of GFP to the amino terminus of Tub1p did not complement a tub1 deletion mutation, but yeast cells expressing a mixture of GFP-tagged and wild-type tubulin grew at normal rates (Maddox وآخرون., 1999). The dynamic behavior of individual microtubules has also been examined in yeast expressing an amino terminal fusion of GFP to a different yeast tubulin gene,tub3. The results show that yeast microtubules undergo dynamic instability behavior that is cell cycle regulated (Carminati and Stearns, 1997 Tirnauer وآخرون., 1999). In these experiments, addition of GFP to the amino terminus of tub3, but not to the carboxy terminus, was able to complement atub3 null mutation. Thus, the available data strongly support the view that expression of GFP-tubulin and its incorporation into microtubules does not detectably interfere with microtubule functions in yeast, and is therefore a valuable probe for analysis of microtubule behavior.

Heretofore, it has been extremely difficult to directly measure microtubule dynamics in mammalian cells throughout the cell cycle because of the difficulty of coordinating microinjection of fluorescent tubulin with the cell cycle and the fact that mitotic cells represent only a small fraction of the cells in a population. Other methods to visualize individual microtubules, such as differential interference contrast microscopy, are also more difficult in mitotic cells given their generally rounded morphology (Hayden وآخرون.، 1990). Cells expressing GFP-tubulin have the potential to be an invaluable tool for studying microtubule dynamics, organization, and behavior throughout the cell cycle. To date, transient expression of GFP-tagged mouse β6-tubulin in cultured cells strongly suggests that microtubule dynamic behavior is not altered by expression of the GFP construct, although quantitative analysis of microtubule dynamics in these cells was not performed (Ludin and Matus, 1998 Heidemann وآخرون., 1999). In this work, we demonstrate that a cell line permanently expressing GFP-tubulin can be prepared and that the dynamic behavior of interphase microtubules in these cells is very similar to that in parental cells injected with rhodamine-labeled tubulin. We have used these cells to directly measure the changes in microtubule behavior throughout the cell cycle. In contrast to previous results inXenopus egg extracts (Belmont وآخرون., 1990 Verdeوآخرون., 1992 Tournebize وآخرون., 2000), our results demonstrate that both the frequency of catastrophe and of rescue are altered in mitotic compared with interphase cells. The percentage of time microtubules spend in an attenuated state, or paused, is also dramatically reduced in mitotic cells. The rates of elongation and rapid shortening are not changed. In addition to quantification of microtubule dynamic instability in mitotic cells, we document microtubule release from the centrosome and microtubule tethering at the cell cortex. The availability of cells expressing GFP-tubulin should provide a simple, easily manipulated system to examine microtubule behavior in mammalian cells.


12.4: Microtubules - Biology

مطلوب الاشتراك في J o VE لعرض هذا المحتوى. ستتمكن من رؤية أول 20 ثانية فقط.

يتوافق مشغل الفيديو JoVE مع HTML5 و Adobe Flash. المتصفحات القديمة التي لا تدعم HTML5 وبرنامج ترميز الفيديو H.264 ستظل تستخدم مشغل فيديو يعتمد على Flash. نوصي بتنزيل أحدث إصدار من Flash هنا ، لكننا ندعم جميع الإصدارات 10 وما فوق.

إذا لم يساعد ذلك ، فيرجى إخبارنا بذلك.

Microtubules the thickest cytoskeletal elements in cells are hollow structures that consist of paired globular proteins, alpha and beta tubulins.

These heterodimers form linear rows called protofilaments, which have structural polarity. Meaning that each array is arranged with plus and minus ends. On the plus end where beta tubulins are exposed dimers are added. In contract, on the minus side where alpha tubulins are outward facing dissociation occurs.

However, in other cases microtubules secure stability by directly binding with different proteins like microtubule-associated proteins.

In addition their polarity allows for directional movement throughout the cytoplasm as is the case with dynein and kinesin motor proteins that efficiently transport various cargoes like vesicles.

Microtubules are also key components of cilia and flagella which are specialized extensions that move fluid over the surface of stationary cells and function as propellers in other cells moving them throughout their environments.

In the end, whether they're involved in chromosomal separation during cell division, transporting vesicles in the brain, or sweeping debris out of the lungs microtubules are essential for the growth and development, organizational strength and support, and motility that cells need.

4.10: Microtubules

There are three types of cytoskeletal structures in eukaryotic cells&mdashmicrofilaments, intermediate filaments, and microtubules. With a diameter of about 25 nm, microtubules are the thickest of these fibers. Microtubules carry out a variety of functions that include cell structure and support, transport of organelles, cell motility (movement), and the separation of chromosomes during cell division.

Microtubules are hollow tubes whose walls are made up of globular tubulin proteins. Each tubulin molecule is a heterodimer, consisting of a subunit of &alpha-tubulin and a subunit of &beta-tubulin. The dimers are arranged in linear rows called protofilaments. A microtubule usually consists of 13 protofilaments, arranged side by side, wrapped around the hollow core.

Because of this arrangement, microtubules are polar, meaning that they have different ends. The plus end has &beta-tubulin exposed, and the minus end has &alpha-tubulin exposed. Microtubules can rapidly assemble&mdashgrow in length through polymerization of tubulin molecules&mdashand disassemble. The two ends behave differently in this regard. The plus end is typically the fast-growing end or the end where tubulin is added, and the minus end is the slow-growing end or the end where tubulin dissociates&mdashdepending on the situation.

This process of dynamic instability, where microtubules rapidly grow and shrink, is important for functions such as the remodeling of the cytoskeleton during cell division and the extension of axons from growing neurons.

Microtubules also can be stable, often by binding to microtubule-associated proteins, which help the cell to maintain its shape. Other proteins, called motor proteins, can interact with microtubules to transport organelles in a particular direction. For example, many neurotransmitters are packaged into vesicles in the cell body of a neuron and are then transported down the axon along a &ldquotrack&rdquo of microtubules, delivering the vesicles to where they are needed. Finally, microtubules can also protrude outside of the cell&mdashmaking up the filamentous flagella and cilia that move to push cells (such as sperm) along, or to move fluid across their surfaces, such as in the lungs.

Brouhard, Gary J., and Luke M. Rice. &ldquoMicrotubule Dynamics: An Interplay of Biochemistry and Mechanics.&rdquo مراجعات الطبيعة. بيولوجيا الخلية الجزيئية 19 ، لا. 7 (July 2018): 451&ndash63. [مصدر]

Hashimoto, Takashi. &ldquoMicrotubules in Plants.&rdquo The Arabidopsis Book / American Society of Plant Biologists 13 (April 27, 2015). [مصدر]


Weekly Reflection (12/4-8)

This diagram is of the phospholipid bilayer and how different parts of the cell interact with each other.

During this week, we focused primarily on cell structure and how different parts of the cell work with each other. We also did an in class worksheet on cell parts and watched a video about the interior of a white blood cell (leukocyte). We lectured on cell structure as well which I found helpful.

The cell membrane is made up of a phospholipid bilayer and proteins and is an important part in keeping the shape of a cell. component in maintaining the shape of a cell. This part of cell helps to create a “boundary” which helps to monitor what is being let into and out of the cell through the bilayer. Only certain organic material that is able to pass through the semipermeable membrane can enter the cell. Excess or unwanted materials can be pushed out of the cell through the lipidbilayer if the cell has no use for it anymore. The (phospholipid)bilayer creates fluidity because of the constant movemenet of the phopholipids (heads and tails). Another key component of the membrane is cholesterol molecules. They are in charge of acting as a temperature buffer to maintain the fluidity of the cell. Both integral and peripheral proteins can be found on the membrane and are responsible for letting different materials in and out of the cell. The difference between intergal proteins penetrate the bilayer and while peripheral proteins on the other hand do not penetrate the bilayer. Both help with cell to cell recognition, transportation, signal transduction, and varies enzymatic activity. Another component to the cell membrane is signal transduction which is the receipt of chemical messages from the environment and the relay of those messages into the cell for response. An example of this is how animal cells rely on cell mebranes, but other cells have cell walls. The other type of cell, plant cells, have walls are made up of cellulose, fungal cell walls are made up of chitin, and bacterial cell walls are made up of peptidoglycan. That is the crucial difference between both animal and plant cells.

This diagram shows the phospholipid bilayer and where the integral and peripheral proteins lie in the bilayer.

Another part of the cell that we talked about this week was the cytoskeleton. The Cytoskeleton is a network of structural proteins that extends throughout the cytoplasm. It’s made up of microtubles, actin filaments, and intermediate filaments. Microtubules are in charge of moving organelles, with help of motor proteins (transport proteins), throughout the cell. A way to think about Mircortubules is like a cable car track that helps to move material to different parts of the cell. The centrosome is special because it is only found in animal cells. It is where microtubules originate from. The last part of the cytoskeleton are the microfilaments. They are responsible for the changes in a cells shape which important with interactions with other cells. The intermediate filaments help to prevent tension and ground the nucleus. All parts of the cytoskeleton help to make up the structure of each and every cell in your body and helps to maintain consistency.

This picture is of the cytoskeleton. It shows the filaments, mitochondria, and microtubules.

The last part of the cell that we learned about this week was extracellular matrix (ECM) which is absolutely critical to a cell. The ECM is a network of connective proteins and protoglycan molecules outside of the cell membrane that help with cell anchorage and cell communication. The intercellular junction is a type of protein that helps to connect cells to other cells. The other type of protein that is part of the ECM are open junctions. They allow hydrophilic molecules or ions to pass through from cell to cell. They also help to to “glue” the cells together (helps with cell shape) and creates a waterproof seal between the multiple cells.

This past week, we talked about the ideas that connect to Big idea 3 and Big idea 4. Big idea 3 focuses on cell communication and transmission f signals (think signal transduction). Big idea 4 is how special molecules differentiate from each other.


Dilution-induced disassembly of microtubules: Relation to dynamic instability and the GTP cap

Microtubules were assembled from purified tubulin in the buffer originally used to study dynamic instability (100 mM PIPES, 2 mM EGTA, 1 mM magnesium, 0.2 mM GTP) and then diluted in the same buffer to study the rate of disassembly. Following a 15-fold dilution, microtubule polymer decreased linearly to about 20% of the starting value in 15 sec. We determined the length distribution of microtubules before dilution, and prepared computer simulations of polymer loss for different assumed rates of disassembly. Our experimental data were consistent with a disassembly rate per microtubules of 60 μm/min. This is the total rate of depolymerization for microtubules in the rapid shortening phase, as determined by light microscopy of individual microtubules (Walker et al.: Journal of Cell Biology 107:1437–1448, 1988). We conclude, therefore, that microtubules began rapid shortening at both ends upon dilution. Moreover, since we could detect no lag between dilution and the onset of rapid disassembly, the transition from elongation to rapid shortening apparently occurred within 1 sec following dilution. Assuming that this transition (catastrophe) involves the loss of the GTP cap, and that cap loss is achieved by the sequential dissociation of GTP-tubulin subunits following dilution, we can estimate the maximum size of the cap based on the kinetic data and model interpretation of Walker et al. The cap is probably shorter than 40 and 20 subunits at the plus and minus ends, respectively.


12.4: Microtubules - Biology

يتم توفير جميع المقالات المنشورة بواسطة MDPI على الفور في جميع أنحاء العالم بموجب ترخيص وصول مفتوح. لا يلزم الحصول على إذن خاص لإعادة استخدام كل أو جزء من المقالة المنشورة بواسطة MDPI ، بما في ذلك الأشكال والجداول. بالنسبة للمقالات المنشورة بموجب ترخيص Creative Common CC BY ذي الوصول المفتوح ، يمكن إعادة استخدام أي جزء من المقالة دون إذن بشرط الاستشهاد بالمقال الأصلي بوضوح.

تمثل الأوراق الرئيسية أكثر الأبحاث تقدمًا مع إمكانات كبيرة للتأثير الكبير في هذا المجال. يتم تقديم الأوراق الرئيسية بناءً على دعوة فردية أو توصية من قبل المحررين العلميين وتخضع لمراجعة الأقران قبل النشر.

يمكن أن تكون ورقة الميزات إما مقالة بحثية أصلية ، أو دراسة بحثية جديدة جوهرية غالبًا ما تتضمن العديد من التقنيات أو المناهج ، أو ورقة مراجعة شاملة مع تحديثات موجزة ودقيقة عن آخر التقدم في المجال الذي يراجع بشكل منهجي التطورات الأكثر إثارة في العلم. المؤلفات. يوفر هذا النوع من الأوراق نظرة عامة على الاتجاهات المستقبلية للبحث أو التطبيقات الممكنة.

تستند مقالات اختيار المحرر على توصيات المحررين العلميين لمجلات MDPI من جميع أنحاء العالم. يختار المحررون عددًا صغيرًا من المقالات المنشورة مؤخرًا في المجلة ويعتقدون أنها ستكون مثيرة للاهتمام بشكل خاص للمؤلفين أو مهمة في هذا المجال. الهدف هو تقديم لمحة سريعة عن بعض الأعمال الأكثر إثارة المنشورة في مجالات البحث المختلفة بالمجلة.


شاهد الفيديو: محاضره 1 ميكروبيولوجى الفرقه الاولى جميع الشعب. د. سارة مينا (شهر فبراير 2023).