Biochemistry Commons^™

การศึกษาเครือข่ายควบคุมยีนโดยภาวะเหนือพันธุกรรมที่เกี่ยวข้องกับโรคออทิซึมสเปกตรัมด้วยการวิเคราะห์ระดับเมธิเลชันของรีโทรทรานสโพซอนไลน์วัน, ชญานิน ตั้งสุวรรณศรี

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ออทิซึมสเปกตรัมเป็นความผิดปกติที่เกี่ยวกับการพัฒนาของระบบประสาทและสมองที่มีความชุก 1 ใน 68 คนของเด็กในสหรัฐอเมริกา โดยจะมีระดับความรุนแรงและอาการแสดงทางคลินิกแตกต่างกันออกไปในแต่ละบุคคล ออทิซึมสเปกตรัมจัดเป็นโรคที่ไม่ทราบสาเหตุการเกิดที่แน่ชัด แต่เป็นที่เชื่อกันว่าสาเหตุของการเกิดโรคนั้นอาศัยปัจจัยร่วมหลายปัจจัย ได้แก่ ทั้งปัจจัยทางพันธุกรรมและปัจจัยทางสิ่งแวดล้อม การวินิจฉัยออทิซึมสเปกตรัมในปัจจุบัน ใช้วิธีอิงจากการสังเกตพฤติกรรมผู้ป่วย วินิจฉัยโรคและความรุนแรงตามลักษณะอาการทางคลินิกเท่านั้น ยังไม่มีสารบ่งชี้ทางห้องปฏิบัติการทางการแพทย์ที่สามารถใช้ในการวินิจฉัย หรือติดตามความรุนแรงของโรคอย่างจำเพาะ โดยผลการศึกษาก่อนหน้านี้ แสดงให้เห็นว่าผู้ป่วยโรคออทิซึมสเปกตรัมมีความผิดปกติในระดับอณูชีวโมเลกุลมากมายทั้งในสมองและเลือด ซึ่งมีหลายประการที่สอดคล้องกับพยาธิสภาพระดับชีวโมเลกุลที่เกิดขึ้นในสมอง อย่างไรก็ตาม ยังไม่มียีนหรือโปรตีนชนิดใดที่สามารถใช้ในการอธิบายโรคออทิซึมสเปกตรัมได้ทั้งหมดในปัจจุบัน แสดงให้เห็นว่าอาจมีกลไกอื่น ๆ ที่สามารถทำให้เกิดพยาธิสภาพได้ ยิ่งไปกว่านั้น แม้โรคออทิซึมสเปกตรัมจะเป็นโรคที่มีอัตราการถ่ายทอดทางพันธุกรรมสูง แต่มีฝาแฝดร่วมไข่จำนวนไม่น้อยที่คนหนึ่งเป็นโรคแต่อีกคนไม่เป็น หรือมีระดับความรุนแรงของโรคไม่เท่ากัน เนื่องจากฝาแฝดร่วมไข่มีลำดับเบสของดีเอ็นเอที่เหมือนกันทุกประการเมื่อแรกเกิด แสดงให้เห็นว่า กลไกเหนือพันธุกรรมหรือเอพิเจเนติกส์อาจเป็นสาเหตุหรือมีความเกี่ยวข้องกับการเกิดโรคออทิซึมสเปกตรัม รีโทรทรานสโพซอนไลน์วัน (retrotransposon LINE-1) เป็นส่วนของจีโนมที่สามารถเคลื่อนที่ได้ และมีอยู่ถึงประมาณร้อยละ 20 และในจีโนมมนุษย์ อย่างไรก็ตามบทบาทของ LINE-1 ในผู้ที่เป็นออทิซึมสเปกตรัมยังคงไม่ทราบแน่ชัด แต่มีรายงานว่าพบการควบคุมที่ผิดปกติของ LINE-1 ในสมองของหนูที่ขาด MECP2 และมีพฤติกรรมคล้ายออทิซึมสเปกตรัม ดังนั้นคณะผู้วิจัยจึงทำการวิเคราะห์ระดับเมธิเลชันของ LINE-1 เพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงระดับเมธิเลชันของ LINE-1 ในเซลล์ของผู้ที่เป็นออทิซึมสเปกตรัม และผลต่อการแสดงออกของยีน รวมไปถึงบทบาทหน้าที่ทางชีวภาพของยีนนั้น ๆ โดยทำการศึกษาในเซลล์ไลน์เม็ดเลือดขาว (lymphoblastoid cell lines; LCLs) ของผู้ที่เป็นออทิซึมสเปกตรัมและคนปกติ นอกจากนี้ยังได้ทำการวิเคราะห์ทางชีวสารสนเทศศาสตร์ร่วมด้วย โดยได้ทำการวิเคราะห์ร่วมระหว่างรายชื่อยีนที่มี LINE-1 แทรกตัวอยู่และมีการแสดงออกที่ผิดปกติในผู้ที่เป็นโรคออทิซึมสเปกตรัม และได้คัดเลือกรายชื่อยีนมาทำการศึกษาบาทหน้าที่ทางชีวภาพ และความสัมพันธ์ของเครือข่ายการควบคุมยีนของยีนเหล่านั้นด้วยโปรแกรม Ingenuity Pathway Analysis (IPA) ซึ่งพบว่ายีนเหล่านั้นอาจจะมีความสัมพันธ์กับโรคทางระบบประสาทและสมอง ในส่วนของการวิเคราะห์ระดับเมธิเลชันของ LINE-1 ในดีเอ็นเอซึ่งสกัดมาจาก LCLs ของผู้ที่เป็นโรคออทิซึมสเปกตรัมและคนปกติ และดำเนินการโดยใช้เทคนิคการวิเคราะห์ Combined Bisulfite Restriction Analysis (COBRA) ซึ่งพบว่าใน LCLs ของกลุ่มตัวอย่างที่เป็นออทิซึมสเปกตรัมมีระดับเมธิเลชันของ LINE-1 ที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่อเทียบกับคนปกติ และเมื่อทำการวิเคราะห์ระดับเมธิเลชันของ LINE-1 ในแต่ละกลุ่มของ LCLs ที่เป็นออทิซึมสเปกตรัม ซึ่งถูกจัดแบ่งกลุ่มตามหลักเกณฑ์ของ ADI-R เนื่องจากออทิซึมสเปกตรัมเป็นโรคที่มีลักษณะอาการและความรุนแรงที่หลากหลายมาก คณะผู้วิจัยพบว่าแต่ละกลุ่มมีรูปแบบการเปลี่ยนแปลงของระดับเมธิเลชันของ LINE-1 ที่จำเพาะ และในบางกลุ่มไม่พบการเปลี่ยนแปลงของระดับเมธิเลชันของ LINE-1 นอกจากนี้ยังพบว่าการเมธิเลชันของ …

การศึกษาเครือข่ายควบคุมยีนโดยภาวะเหนือพันธุกรรมที่เกี่ยวข้องกับโรคออทิซึมสเปกตรัมด้วยการวิเคราะห์ระดับเมธิเลชันของดีเอ็นเอเคลื่อนที่ Alu, ธนิต แซ่หลิ่ว

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

โรคออทิซึมสเปกตรัมเป็นกลุ่มโรคของความผิดปกติของพัฒนาการทางระบบประสาทที่มีสาเหตุมาจากหลายปัจจัย การศึกษาก่อนหน้าพบว่าในเลือดของผู้ป่วยออทิซึมสเปกตรัมจะรูปแบบการแสดงออกของยีนแตกต่างจากคนปกติ และยังพบว่ามีการเปลี่ยนแปลงของปฏิกิริยาเมธิเลชันบนดีเอ็นเอในเลือดและสมองของผู้ป่วยออทิซึมสเปกตรัมซึ่งปฏิกิริยาดีเอ็นเอเมธิเลชันเป็นกลไกที่ควบคุมการแสดงออกของยีน และยังเป็นกลไกที่ตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงไป ดีเอ็นเอเคลื่อนที่ Alu หรือ Alu elements เป็นดีเอ็นเอส่วนที่มีจำนวนซ้ำ ๆ ในจีโนม และสามารถเหนี่ยวนำการแสดงออกของยีนได้ผ่านกลไกเมธิเลชันของดีเอ็นเอ ซึ่งเป็นกลไกหนึ่งที่ควบคุมอัตราการเพิ่มจำนวนตนเองในจีโนม โดย Alu elements มีสัดส่วนการเกิดปฏิกิริยาเมธิเลชันสูงถึงร้อยละ 23 ของปฏิกิริยาเมธิเลชันที่เกิดขึ้นทั้งหมดบนจีโนมของมนุษย์ อย่างไรก็ตามยังไม่เคยมีผู้ทำการศึกษาว่ากลุ่มยีนที่แสดงออกผิดปกติในผู้ป่วยโรคออทิซึมสเปกตรัมนั้นมีความเกี่ยวข้องกับ Alu elements หรือไม่ ในงานวิจัยนี้ผู้ทำวิจัยได้ทำการค้นพบว่ากลุ่มยีนที่มี Alu elements แทรกตัวอยู่มีระดับแสดงออกของยีนที่ผิดปกติในเลือด หรือเซลล์ไลน์ที่พัฒนามาจากเลือดของผู้ป่วยออทิซึมสเปกตรัมผ่านการวิเคราะห์แบบ meta-analysis และโดยผู้ทำวิจัยพบว่ามียีนจำนวน 423 ยีนที่มีการแสดงออกผิดปกติซึ่งเมื่อนำมาวิเคราะห์หาบทบาทหน้าที่ทางชีวภาพของกลุ่มยีนเหล่านี้ด้วยเครื่องมือชีวสารสนเทศ พบว่ามีความเกี่ยวข้องกับกระบวนการพัฒนาการของระบบประสาท และมีความเกี่ยวกับโรคที่มีความผิดปกติคล้ายกับโรคออทิซึมสเปกตรัม และนอกจากนี้ผลการศึกษาในเซลล์โมเดลจากผู้ป่วยออทิซึมสเปกตรัมที่ใช้ในการศึกษาครั้งนี้ พบว่ามีการเปลี่ยนแปลงของระดับและรูปแบบการเกิดปฏิกิริยาเมธิเลชันของ Alu elements ในผู้ป่วยออทิซึมสเปกตรัมกลุ่มย่อยที่ผ่านการจัดจำแนกกลุ่มผู้ป่วยด้วยข้อมูลแบบสอบถามทางพฤติกรรมสำหรับการวินิจฉัยผู้ป่วยออทิซึมสเปกตรัม สอดคล้องกับผลการวิเคราะห์รูปแบบการแสดงออกของยีนในผู้ป่วยกลุ่มที่มีระดับเมธิเลชันผิดปกติจะมีรูปแบบการแสดงออกของยีนที่มี Alu elements แทรกตัวอยู่ผิดปกติด้วย ซึ่งข้อมูลการค้นพบใหม่นี้ได้แสดงให้เห็นความถึงสัมพันธ์ระหว่างระดับปฏิกิริยาเมธิเลชันของ Alu elements กับความผิดปกติของระดับการแสดงออกของยีนในผู้ป่วยออทิซึมสเปกตรัมเมื่อมีการจัดจำแนกผู้ป่วยตามลักษณะอาการพฤติกรรมทางคลินิก ซึ่งอาจใช้อธิบายความผิดปกติทางชีวโมเลกุลที่จำเพาะในผู้ป่วยแต่ละกลุ่มได้ และอาจพัฒนาเป็นตัวบ่งชี้ทางชีวภาพในเลือดของโรคออทิซึมสเปกตรัมในอนาคตได้

ผลและกลไกของสารสกัดจากเมล็ดของหมามุ่ยไทย และหมามุ่ยอินเดียต่อการกระตุ้นการเจริญของนิวไรท์, สุทิน วันสวัสดิ์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

กระบวนการสร้างนิวไรท์ เป็นกระบวนการที่สำคัญในการเจริญพัฒนา การซ่อมแซมส่วนที่เสียหาย รวมถึงการสื่อสารระหว่างเซลล์ของเซลล์ประสาท ซึ่งหากกระบวนการการสร้างนิวไรท์เกิดความผิดปกติสามารถก่อให้เกิดโรคความผิดปกติของระบบประสาท เช่น โรคอัลไซเมอร์ โรคพาร์กินสัน และโรคฮันติงตัน เป็นต้น ในการศึกษาวิจัยนี้ศึกษาฤทธิ์การต้านสารอนุมูลอิสระ และการกระตุ้นการสร้างนิวไรท์จากสารสกัดเมล็ดของหมามุ่ยไทย และหมามุ่ยอินเดียในเซลล์ประสาทเพาะเลี้ยงชนิด Neuro2a การศึกษาคุณสมบัติในการต้านสารอนุมูลอิสระโดยวิธี DPPH และ ABTS assays นอกจากนั้นทำการศึกษาอัตราการรอดชีวิตของเซลล์ประสาทโดยวิธี MTT พร้อมกับศึกษาการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการกระตุ้นการงอกของนิวไรท์ ประกอบด้วย Ten-4 และ GAP-43 โดยวิธี Real-time PCR ซึ่งจากการทดสอบพบว่าสารสกัดจากเมล็ดหมามุ่ยไทย และเมล็ดหมามุ่ยอินเดียด้วยตัวทำละลายเอทานอลมีความสามารถในการต้านสารอนุมูลอิสระ และพบว่าสารสกัดจากเมล็ดหมามุ่ยไทย และเมล็ดหมามุ่ยอินเดียไม่เป็นพิษต่อเซลล์ประสาท จากนั้นทำการศึกษาฤทธิ์ และกลไกของสารสกัดจากสมุนไพรต่อการกระตุ้นการงอกของนิวไรท์ โดยพบว่าสารสกัดจากเมล็ดหมามุ่ยไทยด้วยตัวทำละลายเอทานอล สามารถกระตุ้นการสร้างนิวไรท์โดยผ่านการเพิ่มการแสดงออกของยีน Ten-4 และ GAP-43 ในขณะที่สารสกัดจากเมล็ดของหมามุ่ยอินเดียด้วยตัวทำละลายเฮกเซนกระตุ้นการสร้างนิวไรท์โดยผ่านการเพิ่มการแสดงออกของยีน Ten-4 อีกทั้งศึกษาผลการยับยั้งการแสดงออกของยีน Ten-4 ต่อการกระตุ้นการสร้างนิวไรท์ของสารสกัดสมุนไพร ซึ่งพบว่ามีการสร้างนิวไรท์ และความยาวของนิวไรท์ลดลง จากการศึกษาสามารถบ่งชี้ได้ว่าสารสกัดจากเมล็ดหมามุ่ยไทย และหมามุ่ยอินเดียสามารถปกป้องเซลล์ประสาทจากสารอนุมูลอิสระได้ และสามารถกระตุ้นการงอกของนิวไรท์โดยผ่านการเพิ่มการแสดงออกของยีน GAP-43 และ Ten-4 ซึ่งเป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการพัฒนายาการกระตุ้นการเจริญพัฒนาของเซลล์ประสาทสำหรับป้องกัน หรือรักษาโรคความผิดปกติของระบบประสาท

การศึกษาผลของการที่แม่ได้รับบิสฟีนอลเอต่อทรานสคริปโตมและอินเทอร์แอกโตมของยีนที่เกี่ยวข้องกับโรคออทิซึมสเปกตรัมในเซลล์ระบบประสาทของลูกหนู, สุรางค์รัตน์ ทองกร

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

โรคออทิซึมสเปกตรัม (Autism Spectrum Disorder, ASD) คือ โรคทางพัฒนาการระบบประสาทที่พบในเพศชายมากกว่าเพศหญิงโดยไม่ทราบสาเหตุ สาเหตุการเกิดโรคออทิซึมสเปกตรัมยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดแต่การได้รับบิสฟีนอลเอขณะตั้งท้องมีความสัมพันธ์ต่อการเกิดโรคออทิซึมสเปกตรัมในลูกหนู อย่างไรก็ตามยังไม่มีการศึกษาแน่ชัดว่าการได้รับบิสฟีนอลเอขณะตั้งท้องส่งผลต่อการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับโรคออทิซึมสเปกตรัมหรือไม่ โดยเฉพาะเมื่อวิเคราะห์แบบแยกเพศ ในการศึกษาครั้งนี้ ทางคณะผู้วิจัยจึงทำการศึกษาผลของการได้รับบิสฟีนอลเอในขณะตั้งท้องต่อการแสดงออกของยีนในสมองและความเกี่ยวข้องกับโรคออทิซึมสเปกตรัมรวมไปถึงหน้าที่ของเซลล์ระบบประสาท ในการทำนายว่าการได้รับบิสฟีนอลเอสามารถเปลี่ยนแปลงการแสดงออกของยีนและมีความสัมพันธ์กับโรคออทิซึมสเปกตรัมหรือไม่ ทางผู้วิจัยได้ทำการวิเคราะห์แบบ meta-analysis โดยใช้ข้อมูลการแสดงออกของยีนที่ผิดปกติจากการได้รับบิสฟีนอลเอที่ได้ตีพิมพ์ไปแล้วและใช้การวิเคราะห์แบบ hypergeometric distribution หาความสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มยีนดังกล่าวกับรายชื่อยีนจากฐานข้อมูลโรคออทิซึมสเปกตรัมต่าง ๆ สำหรับการศึกษาถึงผลของการได้รับบิสฟีนอลเอขณะตั้งท้องต่อการแสดงออกของยีนที่มีความเกี่ยวข้องกับโรคออทิซึมสเปกตรัมนั้น คณะผู้วิจัยได้นำสมองส่วนฮิปโปแคมปัสที่แยกได้จากลูกหนูที่แม่ได้รับบิสฟีนอลขณะตั้งท้องมาวิเคราะห์ทางทรานสคริปโตมิกส์ด้วยเทคนิค RNA-seq และใช้โปรแกรม Ingenuity Pathway Analysis วิเคราะห์อินเตอร์แอกโตมและบทบาทหน้าที่ทางชีวภาพของกลุ่มยีนที่มีการแสดงออกผิดปกติ ยีนที่มีความสัมพันธ์กับโรคออทิซึมสเปกตรัมถูกคัดเลือกเพื่อยืนยันด้วยเทคนิค quantitative RT-PCR นอกจากนี้เซลล์ระบบประสาทที่แยกได้จากลูกหนูถูกนำมาเพาะเลี้ยงเพื่อศึกษาความยาวของสายใยประสาท การศึกษาพบว่า จากการวิเคราะห์ทาง meta-analysis ยีนที่มีการแสดงออกผิดปกติจากการได้รับบิสฟีนอลเอมีความสัมพันธ์อย่างมีนัยสำคัญกับหน้าที่และโรคออทิซึมสเปกตรัม การวิเคราะห์ RNA-seq ในสมองส่วนฮิปโปแคมปัสที่แยกได้จากลูกหนูที่แม่ได้รับบิสฟีนอลเอขณะตั้งท้องพบว่ายีนที่มีการแสดงออกผิดปกติมีความสัมพันธ์กับโรคออทิซึมสเปกตรัม เป็นที่น่าสนใจอย่างยิ่งว่ากลุ่มยีนที่เคยมีการรายงานว่ามีความผิดปกติในโรคออทิซึมสเปกตรัม ได้แก่ Auts2 Foxp2 และ Smarcc2 แสดงออกผิดปกติอย่างจำเพาะต่อเพศ การวิเคราะห์เชิงอินเตอร์แอกโตมพบว่ายีนที่มีการแสดงออกผิดปกติจากการได้รับบิสฟีนอลเอมีความเกี่ยวข้องอย่างมีนัยสำคัญกับบทบาทหน้าที่ทางระบบประสาทที่เคยมีรายงานในผู้ป่วยออทิซึมสเปกตรัม การวิเคราะห์ความยาวของสายใยประสาทพบว่าการได้รับบิสฟีนอลเอส่งเสริมความยาวของสายใยประสาทและการแตกแขนงของสายใยประสาทแต่ลดขนาดของตัวเซลล์อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ จากการศึกษาครั้งนี้พบว่าการได้รับบิสฟีนอลเอขณะตั้งท้องส่งผลต่อการแสดงออกที่ผิดปกติของยีนในสมองส่วนฮิปโปแคมปัสและกลุ่มยีนดังกล่าวมีความเกี่ยวข้องกับโรคออทิซึมสเปกตรัมและแสดงออกจำเพาะในแต่ละเพศประกอบกับการได้รับบิสฟีนอลเอขณะตั้งท้องส่งเสริมความยาวของสายใยประสาท การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าการได้รับบิสฟีนอลเอขณะตั้งครรภ์อาจเป็นสาเหตุหรือเพิ่มความเสี่ยงต่อโรคออทิซึมสเปกตรัมและอาจจะเป็นหลักฐานที่อธิบายถึงความชุกของโรคนี้ในเพศชายที่มากกว่าเพศหญิงซึ่งควรศึกษาเพิ่มเติมในอนาคต

Expression, Purification And Characterization Of Lysine Methyltransferase Smyd5, Wen Xue

Wayne State University Theses

Methylation of histones and non-histone proteins play vital roles in numerous cellular processes including gene expression regulation and DNA damage response. The identifications of methyltransferase SMYD protein family are not well characterized. SMYD5 is a unique and critical member of SMYD family involved in immune response, stem cell renew, hematopoiesis regulation and cancer metastasis. Understanding its function and structure is monumental to human disease. With the achievement of SMYD5 expression and purification, the association between SMYD5 and its substrate histone H4 has been investigated. While possessing a poly-E tail instead of the TPR domain included in other members, SMYD5 is …

Frontiers In Otolith Chemistry: Insights, Advances And Applications, B. D. Walther, K. E. Limburg, C. M. Jones, J. J. Schaffler

OES Faculty Publications

The rapid proliferation of publications employing chemical assays of fish hard parts, and otoliths in particular, has led to many novel insights into the migration patterns, life history strategies and mixed stock dynamics of fishes across the globe (Campana et al., 2000; Elsdon et al., 2008; Walther & Limburg, 2012). These insights include uncovering diverse migratory strategies within species and populations (Kerr et al., 2009; Hogan et al., 2014; Schoen et al., 2016), quantifying rates of mixing among stocks across management boundaries (Rooker et al., 2008; Walther & Thorrold, 2010) and estimating the relative …

Biochemical Analysis Of Putative Single-Stranded Nucleic Acid Binding Proteins In Porphyromonas Gingivalis, Steve H. Kokorelis

Theses and Dissertations

Proteins that bind to both DNA and RNA embody the ability to perform multiple functions by a single gene product. These nucleic acid binding proteins in prokaryotes can play a vital role in many cellular processes, including replication, transcription, gene expression, recombination, and repair, to name a few. Nucleic acid binding proteins have unique functional characteristics that stem from their structural attributes that have evolved in a widely-conserved manner. In Escherichia coli (E. coli), the highly-conserved histone-like protein, HU, which predominates as a heterodimer of HUα and HUβ, has been found to bind to both dsDNA and ssDNA. …

An Effective Computational Method Incorporating Multiple Secondary Structure Predictions In Topology Determination For Cryo-Em Images, Abhishek Biswas, Desh Ranjan, Mohammad Zubair, Stephanie Zeil, Kamal Al Nasr, Jing He

Computer Science Faculty Publications

A key idea in de novo modeling of a medium-resolution density image obtained from cryo-electron microscopy is to compute the optimal mapping between the secondary structure traces observed in the density image and those predicted on the protein sequence. When secondary structures are not determined precisely, either from the image or from the amino acid sequence of the protein, the computational problem becomes more complex. We present an efficient method that addresses the secondary structure placement problem in presence of multiple secondary structure predictions and computes the optimal mapping. We tested the method using 12 simulated images from alpha-proteins and …

Comparing An Atomic Model Or Structure To A Corresponding Cryo-Electron Microscopy Image At The Central Axis Of A Helix, Stephanie Zeil, Julio Kovacs, Willy Wriggers, Jing He

Computer Science Faculty Publications

Three-dimensional density maps of biological specimens from cryo-electron microscopy (cryo-EM) can be interpreted in the form of atomic models that are modeled into the density, or they can be compared to known atomic structures. When the central axis of a helix is detectable in a cryo-EM density map, it is possible to quantify the agreement between this central axis and a central axis calculated from the atomic model or structure. We propose a novel arc-length association method to compare the two axes reliably. This method was applied to 79 helices in simulated density maps and six case studies using cryo-EM …

Characterization Of A Putative Hemolysin Expressed By Sneathia Amnii, A Preterm Birth-Associated Pathogen, Lizette Carrasco, Kimberly Jefferson

Undergraduate Research Posters

The gram-negative bacteria Sneathia amnii is a poorly-characterized commensal of the female urogenital tract frequently associated with adverse clinical outcomes such as bacterial vaginosis (BV), amnionitis, and preterm labor. To investigate its potential role in virulence, we sought to identify and characterize virulence determinants produced by S. amnii in an effort to better understand the pathogenesis of infectious preterm birth. Through sequencing of the Sn35 genome (type strain of S. amnii), we identified two genes with amino acid sequence similarity and structural similarity to the filamentous hemagglutinin (FHA) protein of Bordetella pertussis and its Type Vb transporter. Because S. amnii …

The Extension Of Rbc Longevity And Functionality In The Prevention Of Graft Versus Host Disease, Shanmuka Gadiraju, Megh Kumar

Undergraduate Research Posters

Given today’s current scientific method of preservation, red blood cells (RBCs) donated or drawn from live humans have a storage life of approximately 42 days, after which the blood will be discarded due to of degradation of the RBCs. The mechanism that drives said degradation is known as oxidative stress, in which the cells’ inability to balance out the creation and excretion of free radicals causes a conformational change in the shape and efficacy of RBCs. In order to counteract the oxidative actions upon the cells, it has been thought that the addition of reducing agents, specifically ascorbic acid, the …

Separation Of Blood Mixtures Using Fluorescently Labeled Antibodies, Christopher Ehrhardt, Dani Jabado, Emily Brocato

Undergraduate Research Posters

Identifying and analyzing biological mixture samples at a crime scene are of paramount concern for forensic scientists, especially if that type of evidence contains only one cell type. The presence of multiple contributors in a biological evidence sample reduces the probative value of DNA evidence and can sometimes lead to its eventual loss of value. As such, this study was performed in an attempt to examine and evaluate flow cytometry analysis as a means to separate blood mixture samples labeled with fluorescent antibodies. Fluorescein Isothiocyanate (FITC) antibodies were specifically targeted and bound to HLA (Human Leukocyte Antigens) markers present on …

Separation Of Blood Mixtures Using Fluorescently Labeled Antibodies, Dani Jabado

Undergraduate Research Posters

Identifying and analyzing biological mixture samples at a crime scene are of paramount concern for forensic scientists, especially if that type of evidence contains only one cell type. The presence of multiple contributors in a biological evidence sample reduces the probative value of DNA evidence and can sometimes lead to its eventual loss of value. As such, this study was performed in an attempt to examine and evaluate flow cytometry analysis as a means to separate blood mixture samples labeled with fluorescent antibodies. Fluorescein Isothiocyanate (FITC) antibodies were specifically targeted and bound to HLA (Human Leukocyte Antigens) markers present on …

New Open Conformation Of Smyd3 Implicates Conformational Selection And Allostery, Nicholas Spellmon, Xiaonan Sun, Wen Xue, Joshua Holcomb, Srinivas Chakravarthy, Weifeng Shang, Brian Fp Edwards, Nualpun Sirinupong, Chunying Li, Zhe Yang

Biochemistry and Molecular Biology Faculty Publications

SMYD3 plays a key role in cancer cell viability, adhesion, migration and invasion. SMYD3 promotes formation of inducible regulatory T cells and is involved in reducing autoimmunity. However, the nearly “closed” substrate-binding site and poor in vitro H3K4 methyltransferase activity have obscured further understanding of this oncogenically related protein. Here we reveal that SMYD3 can adopt an “open” conformation using molecular dynamics simulation and small-angle X-ray scattering. This ligand-binding-capable open state is related to the crystal structure-like closed state by a striking clamshell-like inter-lobe dynamics. The two states are characterized by many distinct structural and dynamical differences and the conformational …

Defining The Role Of Phosphorylation And Dephosphorylation In The Regulation Of Gap Junction Proteins, Hanjun Li

Theses & Dissertations

Gap junctions are intercellular channels that permit the free passage of ions, small metabolites, and signaling molecules between neighboring cells. In the diseased human heart, altered ventricular gap junction organization and connexin expression (i.e., remodeling) are key contributors to rhythm disturbances and contractile dysfunction. Connexin43 (Cx43) is the dominant gap junction protein isoform in the ventricle which is under tight regulation by serine/tyrosine phosphorylation. Phosphorylation and dephosphorylation regulate many aspects of Cx43 function including trafficking, assembly and disassembly, electrical and metabolic coupling at the plaque, as well as to modulate the interaction with other proteins.

Serine phosphorylation has long been …

Dna Polymerase Zeta-Dependent Mutagenesis: Molecular Specificity, Extent Of Error-Prone Synthesis, And The Role Of Dntp Pools, Olga V. Kochenova

Theses & Dissertations

Despite multiple DNA repair pathways, DNA lesions can escape repair and compromise normal chromosomal replication, leading to genome instability. Cells utilize specialized low-fidelity Translesion Synthesis (TLS) DNA polymerases to bypass lesions and rescue arrested replication forks. TLS is a highly conserved two-step process that involves insertion of a nucleotide opposite a lesion and extension of the resulting aberrant primer terminus. The first step can be performed by both replicative and TLS DNA polymerases and, because of non-instructive DNA lesions, often results in a nucleotide misincorporation. The second step is almost exclusively catalyzed by DNA polymerase ζ …

Regulation Of Alteration/Deficiency In Activation 3 (Ada3) By Acetylation And Its Role In Cell Cycle Regulation And Oncogenesis, Shashank Srivastava

Theses & Dissertations

The ADA3 (Alteration/Deficiency in Activation 3) protein is a transcriptional adaptor protein that was initially discovered as a component of several HAT (Histone Acetyltransferase) complexes, the enzyme complex responsible for histone acetylation, which is a prerequisite for transcription. Earlier the studies from Dr. Band’s laboratory and that of others’ have deciphered a crucial role of ADA3 in cell cycle regulation (both through G₁/S and G₂/M phase transitions) and in maintaining the genomic stability.

While our laboratory investigated the mechanism behind the role of ADA3 in G₁/S transition, the same remained unknown for G_{2 …}

Mitogen And Morphogen Signaling Dysregulation: Pathophysiological Influence In Pancreatic Cancer And Alzheimer’S Disease, Eric Cruz

Theses & Dissertations

Although the etiology of a particular disease will vary, there are genetic and epigenetic bottlenecks that frequently converge resulting in dysregulation of mitogenic and morphogenetic signaling. This propensity is acutely experienced in malignancy and neurodegenerative disease.

Here, we have first investigated the role of dysregulated signaling in the context of pancreatic cancer (PC). Morphogenetic signaling has been regarded as a pleiotropic pathway with the potential to promote and inhibit metastatic features. Our investigation of bone morphogenetic protein 2 (BMP-2), an archetypical member of the BMP superfamily, has revealed the presence of extracellular, intracellular, and long non-coding RNA products. Our findings …

Stability Of Peatland Carbon To Rising Temperatures, R. M. Wilson, A. M. Hopple, M. M. Tfaily, S. D. Sebestyen, C. W. Schadt, L. Pfeifer-Meister, Cassandra Medvedeff, K. J. Mcfarlane, J. E. Kostka, M. Kolton, R. K. Kolka, L. A. Kluber, Jason K. Keller, T. P. Guilderson, N. A. Griffiths, J. P. Chanton, S. D. Brigham, P. J. Hanson

Biology, Chemistry, and Environmental Sciences Faculty Articles and Research

Peatlands contain one-third of soil carbon (C), mostly buried in deep, saturated anoxic zones (catotelm). The response of catotelm C to climate forcing is uncertain, because prior experiments have focused on surface warming. We show that deep peat heating of a 2 m-thick peat column results in an exponential increase in CH4 emissions. However, this response is due solely to surface processes and not degradation of catotelm peat. Incubations show that only the top 20–30 cm of peat from experimental plots have higher CH4 production rates at elevated temperatures. Radiocarbon analyses demonstrate that CH4 and CO2 are produced primarily from …

Synthesis Of Rhamnosylated Arginine Glycopeptides And Determination Of The Glycosidic Linkage In Bacterial Elongation Factor P, Siyao Wang, Leo Corcilius, Phillip B. Sharp, Andrei Rajkovic, Michael Ibba, Benjamin L. Parker, Richard J. Payne

Biology, Chemistry, and Environmental Sciences Faculty Articles and Research

A new class of N-linked protein glycosylation – arginine rhamnosylation – has recently been discovered as a critical modification for the function of bacterial elongation factor P (EF-P). Herein, we describe the synthesis of suitably protected α- and β-rhamnosylated arginine amino acid “cassettes” that can be directly installed into rhamnosylated peptides. Preparation of a proteolytic fragment of Pseudomonas aeruginosa EF-P bearing both α- and β-rhamnosylated arginine enabled the unequivocal determination of the native glycosidic linkage to be α through 2D NMR and nano-UHPLC-tandem mass spectrometry studies.

Phthalate Plasticizers Covalently Linked To Pvc Via Copper-Free Or Copper Catalyzed Axide-Alkyne Cycloadditions, Aruna Earla, Li Longbo, Philip Costanzo, Rebecca Braslau

Chemistry and Biochemistry

Plasticization of PVC was carried out by covalently linking phthalate derivatives via copper-free (thermal) or copper catalyzed azide-alkyne cycloadditions. Di(2-ethylhexyl) phthalate derivatives (DEHP-ether and DEHP-ester) were synthesized and appended to PVC at two different densities. The glass transition temperatures of the modified PVC decreased with increasing content of plasticizer. PVC-DEHP-ether gave lower glass transition temperatures than PVC-DEHP-ester, reflecting the enhanced flexibility of the ether versus ester linker.

Manual And Automated Solid Phase Synthesis Of Peptides For Breast Cancer Cell Targeting, Savannah Carlson

Student Scholar Symposium Abstracts and Posters

Four peptides were synthesized using solid phase peptide synthesis. The two target peptides synthesized were based off peptide 18-4 and its negative analog. Each were synthesized once manually, and once using an automatic peptide synthesizer. Peptide 18-4 has a high affinity for breast cancer cells, allowing it to be used to detect circulating tumor cells (CTCs) in blood (Kaur et. al, 2015). Manual solid phase peptide synthesis is performed by anchoring the first amino acid to Wang resin and coupling each Fmoc protected amino acid individually until the target sequence is achieved. To synthesize the peptides automatically, the automated Tribute …

An Examination Of Student Outcomes In Studio Chemistry, Alan L. Kiste, Gregory E. Scott, Jesse Paul Bukenberger, Miles Markmann, Jennifer Moore

Chemistry and Biochemistry

Twenty years ago, a major curriculum revision at a large, comprehensive university in the Western United States led to the implementation of an integrated lecture/laboratory (studio) experience for our engineering students taking general chemistry. Based on these twenty years of experience, construction of four purpose-built studio classrooms to house the majority of the remaining general chemistry courses was completed in 2013. A detailed study of the effects of the entire ecology of the studio experience on student success was initiated at that time. Data from content knowledge pre- and post-tests, learning attitudes surveys, and student course evaluations show positive effects …

Characterization Of Wy 14,643 And Its Complex With Aldose Reductase, Michael Sawaya, Malkhey Verma, Vaishnavi Balendiran, Nigam Rath, Duilio Cascio, Ganesaratnam Balendiran

Chemistry & Biochemistry Faculty Works

The peroxisome proliferator, WY 14,643 exhibits a pure non-competitive inhibition pattern in the aldehyde reduction and in alcohol oxidation activities of human Aldose reductase (hAR). Fluorescence emission measurements of the equilibrium dissociation constants, Kd, of oxidized (hAR•NADP+) and reduced (hAR•NADPH) holoenzyme complexes display a 2-fold difference between them. Kd values for the dissociation of WY 14,643 from the oxidized (hAR•NADP+•WY 14,643) and reduced (hAR•NADPH•WY 14,643) ternary complexes are comparable to each other. The ternary complex structure of hAR•NADP+•WY 14,643 reveals the first structural evidence of a fibrate class drug binding to hAR. These observations demonstrate how fibrate molecules such as …

Antibacterial Activity Of Essential Oil Encapsulated Sodium Iota-Carrageenan Fibers, Carlos D. Carter

Open Access Theses

Spoilage microorganisms cause food waste and loss of quality. While the foodborne pathogen outbreaks lead to thousands of hospitalizations and deaths. Essential oils (EOs), plant extracts, possess the required antimicrobial activities and thus their usage stands out as a feasible approach for controlling the undesirable bacterial growth in food systems. However, EOs are highly volatile and lose their activity upon exposure to environmental conditions. In this regard, their encapsulation in Generally Recognized As Safe (GRAS) matrices such as food grade polysaccharides especially iota-carrageenan could be one of the viable alternatives. Iota-carrageenan, sulfated polysaccharide from marine algae, is being used in …

The Role Of Hif1alpha And Hif2alpha In Muscle Development And Satellite Cell Function, Shiqi Yang

Open Access Theses

Hypoxia inducible factors (HIFs) are central mediators of cellular responses to fluctuations of oxygen, an environmental regulator of stem cell activity. Muscle satellite cells are myogenic stem cells whose quiescence, activation, self-renewal and differentiation are influenced by microenvironment oxygen levels. However, the in vivo roles of HIFs in quiescent satellite cells and activated satellite cells (myoblasts) are poorly understood. Expression analyses indicate that HIF1α and HIF2α are preferentially expressed in pre- and post-differentiation myoblasts, respectively. Interestingly, double knockout of HIF1α and HIF2α (HIF1α/2α dKO) in embryonic myoblasts results in apparently normal muscle development and growth. However, HIF1α/2α dKO in postnatal …

Utilization Of Ferrioxamine Microarrays For The Rapid Detection Of Pathogenic Bacteria, Nigam Bir Arora

Open Access Dissertations

Siderophores are low-molecular weight species utilized by bacteria for the sequestration of iron, an essential nutrient. Siderophores and their cognate receptors are considered to be virulence factors, due to their prominent role in pathogenicity. The work presented here focuses on ferrioxamine (FOx) as an “immutable” ligand for pathogen detection. A number of bacterial strains expressing high-affinity FOx receptors were identified by a proteomic BLAST search, and screened against microarrays patterned with FOx conjugates for detection using label-free optical imaging. Aspects such as inkjet printing and surface chemistry, iron-limiting conditions and bacterial selection protocols, and linker conjugate design were addressed and …

Functional And Structural Characterization Of The Mevalonate Diphosphate Decarboxylase And The Isopentenyl Diphosphate Isomerase From Enterococcus Faecalis, Chun-Liang Chen

Open Access Dissertations

Enterococcus faecalis causes a diverse range of nosocomial infections (in wounds, the gastrointestinal tract, the blood stream and the endocardium), and multidrug-resistant strains have become a serious issue across countries. Vancomycin, a FDA-approved drug for the disruption of the bacterial cell wall biosynthesis, has been utilized to treat infectious diseases caused by Enterococci; however, the prevalence of vancomycin-resistant enterococci (VRE) threatens communities all over the world. We aim at developing novel therapeutic strategies to control bacterial growth of Enterococci, and we focus on targeting two essential enzymes involved in poly-isoprenoid biosynthesis in Enterococcus faecalis; one is the mevalonate diphosphate decarboxylase …

Engineered Human Acidic Fibroblast Growth Factor (Fgf1) With An Enhanced Thermal And Proteolytic Stability, Duaa Abdullah Almansaf

Graduate Theses and Dissertations

Fibroblast growth factor receptor (FGFR) is made up of three significant domains. The most important domain is the intracellular domain where the dimerization and autophosphorylation occur. Fibroblast growth factor (FGF) interacts with specific FGFR to regulate many cellular processes during the embryonic stage. Furthermore, FGF is significant for adults because FGF plays an important role in regulating cellular differentiation as well as wound healing. The cellular regulating processes are initiated through binding FGF to heparin followed by binding FGF/heparin to FGFR to form FGF/heparin/FGFR complex. Thus, FGFR is dimerized and autophosphorylated. The phosphorylation of FGFR triggers downstream signaling pathways, which …

Sugarcane Bagasse Hydrolysis Enhancement Using Bsa, Antonio Carlos Freitas Dos Santos

Open Access Theses

Lignocellulose is composed of polysaccharides linked to lignin and other aromatic compounds, making the sugars not readily available to fermentation. This entails that biomass must go through the unit operations of pretreatment and enzyme hydrolysis. Pretreatment opens the structure to allow the enzymes to act on and hydrolyze cellulose and hemicellulose to glucose and/or xylose which in turn are fermented to ethanol. Concomitantly, the enzymes interact with soluble phenols and insoluble solids derived from lignin that inhibit hydrolysis. This leads to high enzyme loadings and higher production costs. Soluble phenols can be eliminated through washing. Insoluble lignin, however, demands another …