PNAS Plus jelentőségi nyilatkozatok

A növények fotoszintézisének globális és időben megoldott monitorozása klorofill fluoreszcenciával

Luis Guanter, Yongguang Zhang, Martin Jung, Joanna Asztalos, Maximilian Voigt, Joseph A. Berry, Christian Frankenberg, Alfredo R. Huete, Pablo Zarco-Tejada, Jung-Eun Lee, M. Susan Moran, Guillermo Ponce-Campos, Christian Beer, Gustavo Camps-Valls, Nina Buchmann, Damiano Gianelle, Katja Klumpp, Alessandro Cescatti, John M. Baker és Timothy J. Griffis

A globális élelmiszer- és bioüzemanyag-termelés, valamint sebezhetőségük a változó éghajlatban kiemelkedő társadalmi jelentőségű. A termés fotoszintézisének jelenlegi globális modelljóslása azonban nagyon bizonytalan. Itt (E1327 – E1333. O.) Bemutatjuk, hogy a klorofill fluoreszcencia új, űralapú megfigyelése, amely a növényi biokémiához szorosan kapcsolódik, lehetővé teszi a növények fotoszintézisének pontos, globális és időbeli felbontású mérését, amely semmitől sem lehetséges távoli növényzetmérés. Eredményeink azt mutatják, hogy a klorofill-fluoreszcencia-adatok egyedülálló referenciaértékként használhatók globális modelljeink fejlesztésére, ezáltal megbízhatóbb előrejelzéseket szolgáltatva a mezőgazdasági termelékenységről és az éghajlatnak a terméshozamokra gyakorolt hatásáról. A fluoreszcencia megfigyelési képességének a közeljövőben bekövetkező óriási növekedése megerősíti e tanulmány relevanciáját.

Az izoleucin-364 és a szomszédos aminosavak kritikus szerepei az emlős P4-ATPáz ATP8A2 foszfolipid transzportjának hidrofób kapuszabályozásában

Anna L. Vestergaard, Jonathan A. Coleman, Thomas Lemmin, Stine A. Mikkelsen, Laurie L. Molday, Bente Vilsen, Robert S. Molday, Matteo Dal Peraro és Jens Peter Andersen

Az eukarióta sejtek membránjai megtartják a foszfolipidek esszenciális aszimmetrikus eloszlását a két szórólapban, ami a specifikus foszfolipidek P4-ATPázok (flippázok) általi transzlokációjától függ a kettős lipidrétegen. Súlyos betegségek a flippase mutációk következtében alakulnak ki. A flippázok szorosan kapcsolódnak olyan ionszivattyúkhoz, mint a Na +, K + -ATPáz és a Ca 2+ -ATPáz, a lipid szubsztrát szervetlen kationokhoz viszonyított nagy mérete mégis felveti azt az alapvető kérdést, hogy a flippázok miként valósítják meg a lipid transzportot. Az emlős flippáz ATP8A2-t jellemeztük, mutagenezist és specifikus funkcionális vizsgálatokat alkalmazva számítási vizsgálatokkal kombinálva. Meghatározzuk (E1334 – E1343. O.) A flippáz fehérjén keresztül megvalósuló egyedülálló feltételezett lipid transzport útvonalat, és javaslatot teszünk egy elfogadható transzlokációs mechanizmusra, amely egyszerre különbözik a jól jellemzett kation transzport mechanizmusoktól és kapcsolódik hozzájuk.

Az élesztő eIF2γ fehérje-foszfatáz PP1/GLC7 interakciós doménje megkerüli az eIF2α defoszforiláció célzott alegységigényét

Margarito Rojas, Anne-Claude Gingras és Thomas E. Dever

Az eukarióta fehérjeszintézis 2a iniciációs faktorának (eIF2α) foszforilezése a sejtek által alkalmazott fő mechanizmus a transzláció iniciálásának szabályozására. Specifikus kinázok foszforilálják az eIF2a-t, hogy stressz körülmények között gátolják a fehérjeszintézist; az eIF2a defoszforilezését azonban a PP1 általános protein-foszfatáz katalizálja. Az emlőssejtekben specifikus transz-hatású célzó alegységek irányítják a PP1-t az eIF2a defoszforilezésére és a fehérjeszintézis helyreállítására. Ezek a célzó alegységek azonban hiányoznak a Saccharomyces cerevisiae élesztőből. Megmutatjuk (E1344 – E1353. O.), Hogy az eIF2γ alegység azon régiójában található PP1-kötő elem, amely egyedülálló az élesztőfunkciók számára, hogy a PP1-et az eIF2α defoszforilálására célozza. Ezért az élesztő támaszkodik a PP1 cIS-ben történő felvételére az eIF2 komplexbe, hogy fenntartsa az eIF2α foszforilációját a sejtek homeosztázisának megfelelő szinten.

Citrát hidak az ásványi vérlemezkék között a csontban

Erika Davies, Karin H. Müller, Wai Ching Wong, Chris J. Pickard, David G. Reid, Jeremy N. Skepper és Melinda J. Duer

A csont ~ 2 tömeg% citrátot tartalmaz; csontban betöltött szerepe azonban továbbra is sokat vitatott kérdés. Javasoljuk (E1354 – E1363. O.) A csontásványok új szerkezetét, amelyben a hidratált rétegekben lévő citrát hidakat képez az ásványi vérlemezkék között, ami számos megfigyelést megmagyarázhat, ellentétben a korábbi modellekkel. A citrát beépítése az ásványi vérlemezkék közé megmagyarázhatja a csont ásványi vérlemezkék lapos, lemezszerű morfológiáját, és fontos lehet a csontásvány ásványi anyag kristályosságának szabályozásában, ami viszont nagyon fontos a csont mechanikai tulajdonságai szempontjából.

A Wilson-betegség mutációjának megkülönböztetett fenotípusa új kereskedelem-meghatározó tényezőt tár fel az ATP7B réz transzporterben

Lelita T. Braiterman, Amrutha Murthy, Samuel Jayakanthan, Lydia Nyasae, Eric Tzeng, Grazyna Gromadzka, Thomas B. Woolf, Svetlana Lutsenko és Ann L. Hubbard

A Wilson-kór (WD) a réz túlterhelésének rendellenessége, amelynek változó megjelenése diagnosztikai és kezelési kihívásokat jelent. A WD-t az ATP7B, egy transzporter mutációi okozzák, amely a Cu (I) -et a transz-Golgi hálózatban (TGN) újonnan szintetizált kuproenzimekre tölti be, és a réz feleslegét exportálja a TGN-ből a plazmamembránba történő kereskedelem útján. Ez a multidiszciplináris vizsgálat (p. E1364 – E1373) megállapította, hogy egy páciens mutáció, az ATP7B-S653Y, Cu (I) transzport aktivitással rendelkezik a TGN-ben, de teljesen megszakítja a Cu (I) -re reagáló emberkereskedelmet. Az ATP7B-S653Y zavarja a TM1/TM2 transzmembrán szegmensek által közvetített hosszú távú interdomén interakciókat, ami új funkcionális szerepet javasol ennek a régiónak. Az ATP7B-S653Y a legjobban jellemzett példa a WD mutánsok új funkcionális osztályára. Javasoljuk, hogy a WD mutációk funkcionális osztályozása megkönnyítheti a betegek célzott terápiáját.

Az SHP-2 deléció a postmigratory neurális címer sejtekben a szív szimpatikus beidegzésének károsodását eredményezi

Jacquelyn D. Lajiness, Paige Snider, Jian Wang, Gen-Sheng Feng, Maike Krenz és Simon J. Conway

A kezdeti szívfejlődés annak beidegződésétől függetlenül zajlik; a postnatalis szív-szimpatikus beidegződés károsodása azonban halálos következményekkel járhat. Ez a tanulmány (E1374 – E1382. O.) Bizonyítékot szolgáltat arra, hogy az SHP-2 jelátviteli molekulák és a foszforilált-extracelluláris szignál által szabályozott kináz (pERK) kritikus elemek a szívszimpatikus beidegződés kialakulásában. Ennek a jelző kaszkádnak a megszakítása csökkent szimpatikus beidegződést és csökkent pulzusszámot eredményezett. A downstream pERK jelzés genetikai mentése helyreállította a szív beidegzését és a pulzusszámot egyaránt. Így ez a munka mechanisztikus betekintést nyújt a jelátviteli útváltozással járó betegségek, például a LEOPARD-szindróma, valamint a zavart pERK-függő szimpatikus beidegződés következtében fellépő egyéb EKG-rendellenességek klinikai bemutatásába.

A szőrsejt-regeneráció gén-expressziós elemzése a zebrafish laterális vonalon

Linjia Jiang, Andres Romero-Carvajal, Jeff S. Haug, Christopher W. Seidel és Tatjana Piotrowski

A süketséget nagyrészt a belső fül érzékelő szőrsejtjeinek halála okozza. A nem emlős gerincesekkel szemben az emberi szőrsejtek nem regenerálódnak. A szőrsejt-regenerációt szabályozó mechanizmusok megértése a zebrafish-ban megvilágíthatja azokat a tényezőket, amelyek megakadályozzák az emlősök szőrsejt-regenerálódását. A regeneráló érzékszervek RNS-Seq analízise dinamikus változásokat tárt fel a jelátviteli utak expressziójában a zebrafish szőrsejtek regenerációja során. Váratlanul a Wnt/β-catenin, Notch és Fgf útvonalakat a hajsejtek pusztulása után szabályozzák, míg a Jak1/Stat3 útvonal és a sejtciklus aktiválódik. Javasoljuk (E1383 – E1392 p.), Hogy az utak kombinációjának zebrafish aktivációs állapotának utánzása az emlősök megfelelő időpontjaiban javíthatja a funkcionális szőrsejtek regenerációjának kiváltásának esélyét.

Dinamikus génexpresszió feltételezett szőrsejt-progenitorok által a zebrafish laterális vonalban történő regeneráció során

Aaron B. Steiner, Taeryn Kim, Victoria Cabot és A. J. Hudspeth

A halláskárosodást leggyakrabban az érzékszervi szőrsejtek elvesztése okozza a csigában. A hallásvesztés enyhítésének egyik lehetséges eszköze ezen sejtek helyreállítása, amelyek természetesen nem regenerálódnak az emlősökben. A zebrafish laterális vonal hasznos modell a szőrsejt-regeneráció tanulmányozásához, mert ebben a rendszerben léteznek progenitorok, palástsejtek, amelyekből a szőrsejt-prekurzorok származnak. Fluoreszcensen jelölt köpenysejtekkel zebrakot állítottunk elő, áramlási citometriával izoláltuk ezeket a sejteket, és elemeztük az általuk expresszált átiratokat. Meghatároztuk azt az időbeli ablakot is, amely alatt a köpenysejtek reagálnak a hajsejtek halálára. Ez a megközelítés (E1393 – E1401 p.) Olyan váratlan jelátviteli utakat képviselő géneket azonosított, amelyek hozzájárulhatnak a halláskárosodás kezelésének fejlesztéséhez.

A béta-ciklodextrinek megkötik, stabilizálják és eltávolítják a lipofuscin-biszretinoidokat a retina pigment hámjából.

Marcelo M. Nociari, Guillermo L. Lehmann, Andres E. Perez öböl, Roxana A. Radu, Zhichun Jiang, Shelby Goicochea, Ryan Schreiner, J. David Warren, Jufang Shan, Ségolène Adam de Beaumais, Mickaël Ménand, Matthieu Sollogoub, Frederick R. Maxfield és Enrique Rodriguez-Boulan

A lipofuscin felhalmozódása a retina pigment hámjában (RPE) az öregedés jellemzője. Az RPE magas lipofuscin szintje a retina degenerációjával és vakságával társult Stargardt-betegségben szenvedő betegeknél és állatmodellekben. Jelenleg nincs olyan kezelés, amely megakadályozza és/vagy visszaállítja a lipofuscin által vezérelt retina degeneratív változásokat. Ebben a tanulmányban (E1402 – E1408. O.) Beszámolunk arról, hogy a béta-ciklodextrinek, a hét glükózegységből álló ciklikus cukrok képesek megkötni a retina lipofuscinát, megakadályozni annak oxidációját és eltávolítani az RPE-ből. Ez a tanulmány utat nyit a kis gyógyszerek kifejlesztésére a jelenleg kezelhetetlen lipofuscin-asszociált vakítási rendellenességek ellen.

A kationos antimikrobiális peptidek delokalizálják a perifériás membránfehérjéket

Michaela Wenzel, Alina Iulia Chiriac, Andreas Otto, Dagmar Zweytick, Caroline May, Catherine Schumacher, Ronald Gust, H. Bauke Albada, Maya Penkova, Ute Krämer, Ralf Erdmann, Nils Metzler-Nolte, Suzana K. Straus, Erhard Bremer, Dörte Becher, Heike Brötz-Oesterhelt, Hans-Georg Sahl és Julia Elisabeth Bandow

A multirezisztens baktériumok akut problémát jelentenek az orvostudományban, és érdeklődést váltanak ki az új antimikrobiális stratégiák iránt. Az antimikrobiális peptideket jelenleg antibiotikumként és immunmoduláló szerként vizsgálják. Számos antimikrobiális peptid kölcsönhatásba lép a baktérium membránnal, amely korábban nem volt eléggé feltárva az antibiotikum célpontja. Bemutatunk egy rendszer alapú vizsgálatot a kationos peptidek hatásmódjáról és azokról a mechanizmusokról, amelyeket a baktériumok az ellenük védekeznek. Megmutattuk, hogy a peptid membránba történő integrálása az esszenciális perifériás membránfehérjék delokalizációját okozza. Ez a delokalizáció két sejtfolyamatra, nevezetesen a légzésre és a sejtfal bioszintézisére hat. Leírunk (p. E1409 – E1418) egy baktérium túlélési stratégiát, amelynek során a baktérium membránjában lévő mechanoszenzitív csatornák ozmoprotektív védelmet nyújtanak a membránt célzó bakteriolitikus peptidekkel szemben. A peptidek hatásmódjának és a baktériumok túlélési stratégiájának megértése új utakat nyit meg a peptid alapú antibakteriális stratégiák kidolgozásában.

A törzsspecifikus párhuzamos evolúció rövid távú diverzifikációt eredményez a Pseudomonas aeruginosa biofilm képződése során

Kerensa E. McElroy, Janice G. K. Hui, Jerry K. K. Woo, Alison W. S. Luk, Jeremy S. Webb, Staffan Kjelleberg, Scott A. Rice és Torsten Thomas

A populáción belüli genetikai sokféleség elengedhetetlen evolúciós előfeltétele az antibiotikum-rezisztenciától a fülkeadaptációig terjedő folyamatokig, de annak generációja rosszul ismert, a legtöbb tanulmány a hosszú távú evolúció végpontjában a fix szubsztitúciókra összpontosít. Mély szekvenálás segítségével elemeztük a Pseudomonas aeruginosa modell baktérium biofilm-képződése során bekövetkező rövid távú, populáción belüli genetikai diverzifikációt. Kiterjedt párhuzamos evolúciót fedeztünk fel a biológiai replikátumok között az útvonalak, a gének, sőt az egyes nukleotidok szintjén is. A rövid távú diverzifikáció viszonylag kevés nem szinonim mutáció pozitív szelekcióját vonta maga után, a genom nagy részét negatív szelekció konzerválta. Ez az eredmény (E1419 – E1427. O.) Nagyjából összhangban van a hosszú távú evolúció megfigyeléseivel, és azt sugallja, hogy a szelekció diverzifikálása alapozhatja a Pseudomonas aeruginosa biofilmek genetikai diverzifikációját.

A kétfotonmikroszkópos vizsgálat fénykorai mutáns egerek korai rúdfotoreceptor sejtkárosodását tárja fel

Akiko Maeda, Grazyna Palczewska, Marcin Golczak, Hideo Kohno, Zhiqian Dong, Tadao Maeda és Krzysztof Palczewski

A fény által kiváltott patológia hátterében álló események azonosítása fontos a retina degenerációjához vezető mechanizmusok megértéséhez, és ennek következtében a retina betegségeivel szembeni terápiák kialakításához. Ebben a vizsgálatban a retina degeneráció korai szakaszát jellemeztük kétfoton mikroszkóppal, tömegspektroszkópiával és genetikailag módosított egerekkel. A degeneráció kezdeti helyének (E1428 – E1437 p.) Rúdfotoreceptorokat azonosítottunk. Az elsődleges változások között szerepelt a retinoid-függő fluoreszcens metabolikus melléktermékek képződése a rúd fotoreceptor sejtjeiben és a rúd külső szegmenseinek csaknem háromszoros tágulása/duzzanata. Ezeket a változásokat a mikroglia/makrofágok másodlagos infiltrációja követte a fotoreceptor sejt törmelékének megtisztítása érdekében. Végül bizonyítékokat szolgáltatunk arra vonatkozóan, hogy a rúdból származó toxikus vegyületek fagocitózis által közvetített átadása a retina pigmentált epitheliumába szükséges ahhoz, hogy károsodást okozzon a sejtrétegben.

Az emlőssejtek felszínén lévő egyes IKs csatornák két KCNE1 kiegészítő alegységet tartalmaznak

Leigh D. Plant, Dazhi Xiong, Hui Dai és Steve A. N. Goldstein

Az IKslow (IKs) csatornák lehetővé teszik a szívverést és a hallást. A csatornák kétféle alegységet tartalmaznak: Q1 és E1. Mindkettőre szükség van. Míg négy Q1 alegységről ismert, hogy pórust képeznek, az E1 alegységek száma több mint egy évtizede ellentmondásos. A válasz kritikus fontosságú a szívműködés, a betegségek, köztük az életet veszélyeztető ritmuszavarok megértése és a gyógyszerfejlesztés szempontjából. Itt (E1438 – E1446. O.) Továbbfejlesztett módszert írunk le az egyes IKs csatornák összetételének és felületi sűrűségének tanulmányozására - egyidejű, kétszínű, alegységszámlálás az élő emlős sejtek felszínén lévő csatornákra. Megmutatjuk, hogy az IKs csatornák két E1 alegységet és négy Q1 alegységet tartalmaznak. Ez az alegység arány akkor sem változik, ha az E1 szintjét tízszeresére emelik vagy csökkentik, ahogyan azt a szövetekben megtalálják.