Biochemistry Commons^™

The Influence Of Hydrogen Peroxide On The Enrichment Of Fe(Iii) Reducing Bacteria From Acid Mine Drainage, Susami Seth

Williams Honors College, Honors Research Projects

It is hypothesized that the ocean of Europa, a Jupiter moon, hosts bacteria on its oceanic floor. Understanding how Fe(III) reducing bacteria (FeRB) from AMD utilize organic materials within its surrounding environment outlines how FeRB could thrive and tolerate extreme conditions. FeRB are known to tolerate metals and highly reactive oxidants species (ROS), but in this experiment, H₂O₂ was the experimental factor to further test FeRB tolerance. H₂O₂ is a common ROS and is damaging to living material such as proteins, DNA, and RNA. A range of H₂O₂ concentrations were fed …

The Role Of Shoc2 In Embryonic Development, Rebecca G. Norcross

Theses and Dissertations--Molecular and Cellular Biochemistry

The canonical ERK1/2 signaling cascade regulates cellular functions critical in vertebrate embryonic development such as proliferation, apoptosis, differentiation, and migration. Thus, its signals are controlled by a variety of mechanisms. Scaffold proteins are considered central to the mechanisms regulating the transmission of the ERK1/2 signals. Yet, their functions in development nor the molecular mechanisms by which they exert their control are not well understood.

This study focuses on the essential regulator of ERK1/2 signals during development – the scaffold protein Shoc2. Loss of Shoc2 leads to early embryonic lethality in mice and zebrafish. Germline mutations in the shoc2 gene result …

Structural Basis For Reversible Glucan Phosphorylation By Glucan Dikinases And Glucan Phosphatases, Tiantian Chen

Theses and Dissertations--Molecular and Cellular Biochemistry

Plants store glucose in the form of starch, an insoluble macromolecule that is synthesized and degraded diurnally. Glucan phosphatases play a critical role in starch breakdown, working with glucan dikinases in a cyclic phosphorylation and dephosphorylation. Herein, we present a novel glucan phosphatase Like SEX Four3 (LSF3) from Physcomitrella patens. Structural and enzymatic studies demonstrate that LSF3 is a dimeric glucan phosphatase that displays robust specific glucan phosphatase activity. Dimerization is shown to be essential for LSF3 stability and function. Structure-guided bioinformatic analysis shows that LSF3 is found in early land plants and green algae.

Building upon our understanding of …

Cancer And Quiescence: Investigating How The Dream Complex And Retinoblastoma Regulate The Cell Cycle, Lydia Rotman

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

An estimated 1.9 million people in the United States will be diagnosed with cancer in 2022. Cancer is characterized by uncontrolled cell growth, resulting from loss-of-function of key cell cycle regulatory proteins. The retinoblastoma protein (pRb) and p130, are two proteins that regulate cellular entry into the cell cycle. Both pRb and p130 repress expression of cell cycle genes, with pRb interacting with and suppressing E2F-DP transcriptional activators and p130 assembling in the DREAM transcriptional repressor complex. When normal cells receive signals to enter the cell cycle, cyclin and cyclin-dependent kinase (CDK) complexes phosphorylate pRb and p130, causing both to …

A Multidisciplinary Characterization Of The Enzymology And Biology Of Reversible Glucan Phosphorylation In Toxoplasma Gondii , Robert Murphy

Theses and Dissertations--Molecular and Cellular Biochemistry

Toxoplasma gondii is an opportunistic, protozoan parasite of all warm-blooded animals, infecting roughly one-third of humans worldwide. Humans acquire infections by consuming T. gondii tissue cysts in undercooked meat or from oocysts shed in cat feces. Encysted parasites convert into rapidly growing tachyzoites that disseminate throughout the body, defining the acute phase of infection. Under host immune pressure, tachyzoites convert into bradyzoites that populate tissue cysts found in CNS or muscle tissue and persist for the lifetime of the host, defining the chronic phase of infection. Tissue cysts are responsible for transmission via carnivory, but also possess the ability to …

Building Digital Twins Of The Human Immune System: Toward A Roadmap, Reinhard Laubenbacher, Anna Niarakis, Tomas Helikar, G. An, B. Shapiro, R. S. Malik-Sheriff, T. J. Sego, P. Macklin, J. A. Glazier

Department of Biochemistry: Faculty Publications

Digital twins, customized simulation models pioneered in industry, are beginning to be deployed in medicine and healthcare, with some major successes, for instance in cardiovascular diagnostics and in insulin pump control. Personalized computational models are also assisting in applications ranging from drug development to treatment optimization. More advanced medical digital twins will be essential to making precision medicine a reality. Because the immune system plays an important role in such a wide range of diseases and health conditions, from fighting pathogens to autoimmune disorders, digital twins of the immune system will have an especially high impact. However, their development presents …

Addressing Barriers In Comprehensiveness, Accessibility, Reusability, Interoperability And Reproducibility Of Computational Models In Systems Biology, Anna Niarakis, Dagmar Waltemath, James Glazier, Falk Schreiber, Sarah M. Keating, David Nickerson, Claudine Chaouiya, Anne Siegel, Vincent Noël, Henning Hermjakob, Tomáš Helikar, Sylvain Soliman, Laurence Calzone

Department of Biochemistry: Faculty Publications

Computational models are often employed in systems biology to study the dynamic behaviours of complex systems. With the rise in the number of computational models, finding ways to improve the reusability of these models and their ability to reproduce virtual experiments becomes critical. Correct and effective model annotation in community-supported and standardised formats is necessary for this improvement. Here,we present recent efforts toward a common framework for annotated, accessible, reproducible and interoperable computational models in biology, and discuss key challenges of the field.

Scientists from different systems biology fields have long been developing community-driven guidelines and best practices for annotation, …

Development, Structure, And Mechanism Of Synthetic Antibodies That Target Claudin And Clostridium Perfringens Enterotoxin Complexes, Benjamin J. Orlando, Pawel K. Dominik, Sourav Roy, Chinemerem P. Ogbu, Satchal K. Erramilli, Anthony A. Kossiakoff, Alex J. Vecchio

Department of Biochemistry: Faculty Publications

Strains of Clostridium perfringens produce a two-domain enterotoxin (CpE) that afflicts humans and domesticated animals, causing prevalent gastrointestinal illnesses. CpE’s C-terminal domain (cCpE) binds cell surface receptors, followed by a restructuring of its N-terminal domain to form a membranepenetrating β-barrel pore, which is toxic to epithelial cells of the gut. The claudin family of membrane proteins are known receptors for CpE and also control the architecture and function of cell-cell contacts (tight junctions) that create barriers to intercellular molecular transport. CpE binding and assembly disables claudin barrier function and induces cytotoxicity via β-pore formation, disrupting gut homeostasis; however, a structural …

The Follicular Lymphoma Epigenome Regulates Its Microenvironment, Rada Amin, Mounia S. Braza

Department of Biochemistry: Faculty Publications

Follicular lymphoma (FL) is a B-cell non-Hodgkin lymphoma of germinal center (GC) origin with a distinctive tumor microenvironment (TME) and a unique spectrum of mutations. Despite the important therapeutic advances, FL is still incurable. During B-cell development, the GC reaction is a complex multistep process in which epigenetic regulators dynamically induce or suppress transcriptional programs. In FL, epigenetic gene mutations perturb the regulation of these programs, changing GC B-cell function and skewing differentiation towards tumor cells and altering the microenvironment interactions. FL pathogenesis and malignant transformation are promoted by epigenetic reprogramming of GC B cells that alters the immunological synapse …

Feedlot Diets Containing Different Starch Levels And Additives Change The Cecal Proteome Involved In Cattle’S Energy Metabolism And Inflammatory Response, Leone Campos Rocha, Andrey Sávio De Almeida Assunção, Renata Aparecida Martins, Victor Valério De Carvalho, Alexandre Perdigão2, Marília Afonso Rabelo Buzalaf, Jiri Adamec, Camila Pereira Braga, Danilo Domingues Millen, José Cavalcante Souza Vieira, Pedro De Magalhães Padilha

Department of Biochemistry: Faculty Publications

Diets for feedlot cattle must be a higher energy density, entailing high fermentable carbohydrate content. Feed additives are needed to reduce possible metabolic disorders. This study aimed to analyze the post-rumen effects of different levels of starch (25%, 35%, and 45%) and additives (monensin or a blend of essential oils and exogenous α-amylase) in diets for Nellore feedlot cattle. The cecum tissue proteome was analyzed via two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis (2D-PAGE) and then differentially expressed protein spots were identified with liquid chromatography–tandem mass spectrometry (LC–MS/MS). The use of blends of essential oils associated with α-amylase as a feed additive promoted …

Endothelial Cell-Specific Deletion Of A Microrna Accelerates Atherosclerosis, Dafeng Yang, Stefan Haemmig, Jingshu Chen, Michael Mccoy, Henry S. Cheng, Haoyang Zhou, Daniel Pérez-Cremades, Xiao Cheng, Xinghui Sun, Jorge Haneo-Mejia, Shamsudheen K. Vellarikkal, Rajat M. Gupta, Victor Barrera, Mark W. Feinberg

Department of Biochemistry: Faculty Publications

Background and aims: Chronic vascular endothelial inflammation predisposes to atherosclerosis; however, the cell-autonomous roles for endothelial-expressing microRNAs (miRNAs) are poorly understood in this process. MiR-181b is expressed in several cellular constituents relevant to lesion formation. The aim of this study is to examine the role of genetic deficiency of the miR-181b locus in endothelial cells during atherogenesis.

Methods and Results: Using a proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9)-induced atherosclerosis mouse model, we demonstrated that endothelial cell (EC)-specific deletion of miR-181a2b2 significantly promoted atherosclerotic lesion formation, cell adhesion molecule expression, and the influx of lesional macrophages in the vessel wall. Yet, …

The Impact Of Plant Secondary Metabolites On Auxin And Cytokinin Signaling, Timothy E. Shull

Theses and Dissertations--Plant and Soil Sciences

Secondary metabolites are a broad class of specialized compounds that mediate plant-environment interactions and mitigate stress. It is increasingly clear that many phenylalanine-derived secondary metabolites are nearly indispensable for plant survival and that plants adjust their growth according to their secondary metabolic outputs. Consequently, many phenylalanine-derived secondary metabolites have influence over hormone activity. For instance, multiple phenylpropanoid intermediates and catecholamines alter the sensitivity of plants to the central hormone auxin, which in concert with cytokinin directs most aspects of plant growth and development. This dissertation reviews previous research on the influence of phenylpropanoid intermediates and catecholamines on plants, with a …

ฤทธิ์การเหนี่ยวนำร่วมระหว่างสารพฤกษเคมีกลุ่มฟลาโวนอยด์และแนพโทควิโนนกับสารสะแมคไมเมติกต่อการตายของเซลล์มะเร็งที่กระตุ้นภูมิคุ้มกันในเซลล์มะเร็งท่อน้ำดี, ภัทธร ใจกล้า

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

มะเร็งท่อน้ำดีเป็นมะเร็งที่เกิดขึ้นบริเวณท่อทางเดินน้ำดี โดยมีความหลากหลายของเซลล์มะเร็งบริเวณเนื้อเยื่อมะเร็งและมีความรุนแรง มะเร็งท่อน้ำดีจัดเป็นสาเหตุหลักในการเสียชีวิตของผู้ป่วยในประเทศไทย เนื่องจากผู้ป่วยได้รับการวินิจฉัยเมื่อมะเร็งเจริญพัฒนาไปยังระยะท้ายและยังขาดวิธีการรักษาที่มีประสิทธิภาพ การรักษามะเร็งท่อน้ำดีด้วยวิธีมาตรฐานในปัจจุบันในผู้ป่วยที่ไม่สามารถผ่าตัดได้ หรือในผู้ป่วยหลังการผ่าตัด คือ การรักษาด้วยยาเคมีบำบัด ชนิดเจมไซทาบีนหรือยาเจมไซทาบีนร่วมกับยาซิสพลาติน แต่อย่างไรก็ตามผู้ป่วยส่วนใหญ่พบปัญหาการดื้อต่อยาเคมีบำบัดนำไปสู่การพยากรณ์โรคที่ไม่ดี ดังนั้นการพัฒนาการรักษาที่มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้นถือว่ามีความจำเป็นเร่งด่วน โดยได้มีการศึกษาการตายของเซลล์มะเร็งแบบใหม่ที่ทำให้เซลล์มะเร็งตาย และกระตุ้นการทำงานของระบบภูมิคุ้มกันแบบจำเพาะ เรียกว่า การตายของเซลล์ที่กระตุ้นภูมิคุ้มกัน โดยการตายของเซลล์แบบเนคโครปโทซิส จัดว่าเป็นการตายของเซลล์ที่กระตุ้นภูมิคุ้มกัน โดยได้มีการศึกษาอย่างแพร่หลายในมะเร็งหลายชนิด โดยพบว่าการกระตุ้นให้เซลล์มะเร็งตายแบบเนคโครปโทซิสสามารถกระตุ้นระบบภูมิคุ้มแบบจำเพาะและยับยั้งการเจริญพัฒนาของก้อนมะเร็งในหนูทดลอง การศึกษาภายในห้องปฏิบัติการก่อนหน้าของคณะผู้วิจัยพบว่าการเหนี่ยวนำร่วมกันระหว่างยาเคมีบำบัดเจมไซทาบีนและสารสะแมคไมเมติกสามารถเหนี่ยวนำให้เซลล์มะเร็งท่อน้ำดีตายแบบเนคโครปโทซิสในสภาวะที่มีการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์แคสเปส ทั้งนี้จากข้อจำกัดที่ยาเคมีบำบัดมีความเป็นพิษที่สูง การศึกษานี้จึงมีจุดมุ่งหมายเพื่อค้นหาสารที่สามารถนำมาทำการเหนี่ยวนำร่วมกับสารสะแมคไมเมติก โดยมีสมมติฐานของงานวิจัย คือ สารพฤกษเคมีที่มีฤทธิ์ทำให้เกิดการทำลายของดีเอ็นเอและหยุดวัฏจักรของเซลล์จะสามารถเสริมฤทธิ์กับสารสะแมคไมเมติก โดยกระตุ้นการตายของเซลล์แบบในคโครปโทซิสในเซลล์มะเร็งท่อน้ำดี โดยงานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาฤทธิ์ยับยั้งการแบ่งตัวและการตายเซลล์มะเร็งท่อน้ำดีของสารพฤกษเคมี ได้แก่ ชิโคนิน พลัมบาจิน เควอซิติน โดยพบว่าสารเควอซิตินมีค่าความเข้มข้นของสารที่ยับยั้งการรอดชีวิตของเซลล์ได้ 50% (IC50) ที่ต่ำที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับสารพฤกษเคมีชนิดอื่นๆ ในการวิเคราะห์ด้วยวิธีการทางชีวสารสนเทศน์พบว่าสารเควอซิตินมีเป้าหมายไปยังยีนที่มีบทบาทในการควบคุมวัฏจักรเซลล์ระยะ G2/M และยีนเป้าหมายของสารเควอซิตินมีการแสดงออกที่เพิ่มมากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในเนื้อเยื่อมะเร็งท่อน้ำดีเมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์ปกติ การทดลองในเซลล์มะเร็งท่อน้ำดี (in vitro) พบว่าสารเควอซิตินสามารถหยุดวัฏจักรเซลล์ที่ระยะ G2/M นอกจากนี้สารเควอซิตินช่วงความเข้มข้นค่าต่ำที่มีความเป็นพิษน้อยในรูปแบบสารเดี่ยว เมื่อนำไปเหนี่ยวนำร่วมกับสารสะแมคไมเมติกชนิด LCL-161 แล้วพบว่าสามารถเสริมฤทธิ์กันกระตุ้นการตายของเซลล์มะเร็งท่อน้ำดี โดยเมื่อทำการวิเคราะห์ชนิดการตายของเซลล์เพิ่มเติมพบว่ามีการแสดงออกที่เพิ่มขึ้นของโปรตีนเอ็มแอลเคแอลที่ถูกเติมหมู่ฟอสเฟต (phosphorylated MLKL; pMLKL) ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ที่จำเพาะต่อการตายแบบเนคโครปโทซิส นอกจากนั้นยังพบว่าการตายของเซลล์ถูกยับยั้งเมื่อมีการเติมตัวยับยั้งที่จำเพาะกับโปรตีนที่สำคัญต่อการเกิดเนคโครปโทซิส แสดงให้เห็นว่าการเหนี่ยวนำเซลล์ด้วยสารเควอซิตินร่วมกับสารสะแมคไมเมติกสามารถกระตุ้นให้เซลล์มะเร็งท่อน้ำดีตายผ่านเนคโครปโทซิส การศึกษาเพิ่มเติมเพื่อศึกษาการตายของเซลล์ที่กระตุ้นภูมิคุ้มกัน โดยการวิเคราะห์การเคลื่อนย้ายของโปรตีนเอชเอ็มจีบีวัน (HMGB-1) จากภายในนิวเคลียสมายังบริเวณไซโตพลาสซึมด้วยวิธีการย้อมแบบอิมมูโนฟลูออเรสเซนส์ พบว่าการเหนี่ยวนำเซลล์มะเร็งท่อน้ำดีด้วยสารเควอซิตินร่วมกับสารสะแมคไมเมติกสามารถกระตุ้นการตายของเซลล์ที่กระตุ้นภูมิคุ้ม กล่าวโดยสรุป การเหนี่ยวนำร่วมกันระหว่างสารเควอซิตินและสารสะแมคไมเมติกในสภาวะที่มีการยับยั้งเอนไซม์แคสเปสสามารถเสริมฤทธิ์กันโดยกระตุ้นการตายของเซลล์มะเร็งท่อน้ำดีแบบเนคโครปโทซิสและการตายของเซลล์ที่กระตุ้นภูมิคุ้มกัน ดังนั้นงานวิจัยนี้อาจนำไปสู่การพัฒนากลยุทธ์การรักษามะเร็งท่อน้ำดีแบบใหม่ที่เพิ่มประสิทธิภาพในการรรักษาในอนาคต อย่างไรก็ตาม งานวิจัยนี้ยังต้องมีการศึกษาเพิ่มเติม เช่น การศึกษากลไกการเสริมฤทธิ์และการกระตุ้นการตายของเซลล์ การศึกษาฤทธิ์ในเซลล์มะเร็งท่อน้ำดีชนิดอื่นๆ และการเมินความเป็นพิษในเซลล์ปกติ เป็นต้น

Structural And Functional Characterization Of Two Poly(Aspartic Acid) Hydrolases, Amanda Jansch

College of Graduate Studies: Theses & Dissertations

Due to the accumulation of polymers in the environment, biodegradable alternatives should be used in place of commonly used polymers like poly(carboxylates). Poly(carboxylates) are water-soluble polymers (WSPs) that make up a variety of consumer products, such as detergents, descaling agents, and superabsorbent materials commonly found in diapers and feminine hygiene products. While the visible accumulation of these products may not be obvious, it is necessary to reduce the amount entering the environment. Poly(aspartic acid) (PAA) is an alternative WSP that is biodegradable through the action of three different enzymes, PahZ1_KT-1, PahZ2_KT-1, and PahZ1_KP-2. Originally …

Development Of Novel Pyridazine Derivatives And Drug Delivery Systems Against Dengue, Janae A. Culmer

College of Graduate Studies: Theses & Dissertations

The lack of approved vaccines, medications and treatment regimens has significantly contributed to the rapid spread of mosquito-borne viruses such as Dengue and Zika virus. The complex immunopathology of these viruses presents limitations for the development and implementation of a definitive, safe and effective approach to combat infections.Previous research has demonstrated that vector control strategies such as the elimination of larval habitats, larviciding with insecticides, the use of biological agents and the application of adulticides have been unsuccessful in the reduction of viral transmission leading to the need for the continued development of antivirals. This research proposes an approach for …

Tissue And Sex-Specific Rna Editing During Induced Acute Inflammation, Claire E. Nichols

Graduate Theses/Dissertations

A-to-I RNA editing is a process where select adenosine (A) nucleotides are deaminated by an editing enzyme, ADAR, to become inosines (I) in RNA transcripts. RNA editing can affect the sequence of the encoded protein and the regulation of the RNA. ADAR1 also plays a role in regulating innate immunity and its expression is upregulated during inflammation. Current data on the effects of increasing ADAR1 on RNA editing is limited, and most studies are completed only in male animals. We are interested in expanding RNA editing data to include female animals. Lipopolysaccharide (LPS) was used to induce acute inflammation and …

Nonhematopoietic Erythropoietin: A Study Of Signaling, Structure, And Behavior, Nicholas John Pekas

Dissertations and Theses

Erythropoietin (EPO) is a cytokine hormone known for initiating red blood cell proliferation by binding to its homodimer receptor (EPOR)2 in the bone marrow. Recent progress in neurobiology has shown that EPO also exerts robust neurotrophic and neuroprotective activity in the CNS. It is widely thought that EPO’s neurotrophic activity is centrally involved in its antidepressant and cognitive enhancing effects. However, EPO’s potent erythropoietic effects prevent it from being used in the clinic to treat psychiatric disorders. A chemically engineered non-erythropoietic derivative of EPO, carbamoylated EPO (CEPO), produces psychoactive effects without activating hematopoiesis. However, CEPO is expensive to produce and …

Copper(Ii) And Silver(I)‑1,10‑Phenanthroline‑5,6‑Dione Complexes Interact With Double‑Stranded Dna: Further Evidence Of Their Apparent Multi‑Modal Activity Towards Pseudomonas Aeruginosa, Anna Clara Milesi Galdino, Lívia Viganor, Matheus Mendonça Pereira, Michael Devereux, Malachy Mccann, Marta Helena Branquinha, Zara Molphy, Sinéad O'Carroll, Conor Bain, Georgia Menounou, Andrew Kellett, André Luis Souza Dos Santos

Articles

Tackling microbial resistance requires continuous efforts for the development of new molecules with novel mechanisms of action and potent antimicrobial activity. Our group has previously identified metal-based compounds, [Ag(1,10-phenanthroline-5,6-dione)2]ClO4 (Ag-phendione) and [Cu(1,10-phenanthroline-5,6-dione)3](ClO4)2.4H2O (Cu-phendione), with efficient antimicrobial action against multidrug-resistant species. Herein, we investigated the ability of Ag-phendione and Cu-phendione to bind with double-stranded DNA using a combination of in silico and in vitro approaches. Molecular docking revealed that both phendione derivatives can interact with the DNA by hydrogen bonding, hydrophobic and electrostatic interactions. Cu-phendione exhibited the highest binding affinity to either major (− 7.9 kcal/mol) or minor (− 7.2 kcal/mol) …

Investigation Of A Carbon Monoxide Dehydrogenase From An Uncultured Archaeon, Luke Moore

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

The Nickel based Carbon Monoxide Dehydrogenase (CODH) is an anaerobic metalloenzyme responsible for the reversible conversion of CO and water into CO2 and 2 protons and 2 electrons. This enzyme has importance in the environment as one of Earth’s first carbon fixation pathways, and for human uses as a potential source of biofuels and other commodity chemicals. CODH enzymes are present in a wide array of taxa, many of which are uncultured. In this study we express and purify the catalytic subunit (CooS) of the anaerobic CODH from an uncultured Hydrothermarchaeota JdFR-17 co-expressed with the nickel insertion accessory protein (CooC) …

Botanical Inventory And Management Consideration For Potential Park At 32 Nd Street Property: City Of Grand Rapids Parks And Recreation, David Warners, William Hofmann, Hayden Janssen, Martin Vanderschoot, Garrett Crow

Faculty and Professional Research

During the spring and summer of 2022, a botanical inventory and floristic quality assessment was carried out by Calvin University students and faculty for the 32 nd Street Property proposed as a 17-acre potential City Park, located at 2163 32 nd Street SE in Grand Rapids, Michigan. The purpose of this inventory was to inform the staff of the Grand Rapids Parks and Recreation Department of the botanical significance of this newly sectioned property and also to provide information for the City to share with neighbors of the plants that could be found in this parcel. The research conducted as …