Real-time observations of single bacteriophage λ DNA ejections in vitro

The physical, chemical, and structural features of bacteriophage genome release have been the subject of much recent attention. Many theoretical and experimental studies have centered on the internal forces driving the ejection process. Recently, Mangenot et al. [Mangenot S, Hochrein M, Rädler J, Letellier L (2005) Curr Biol 15:430–435.] reported fluorescence microscopy of phage T5 ejections, which proceeded stepwise between DNA nicks, reaching a translocation speed of 75 kbp/s or higher. It is still unknown how high the speed actually is. This paper reports real-time measurements of ejection from phage {lambda}, revealing how the speed depends on key physical parameters such as genome length and ionic state of the buffer. Except for a pause before DNA is finally released, the entire 48.5-kbp genome is translocated in {approx}1.5 s without interruption, reaching a speed of 60 kbp/s. The process gives insights particularly into the effects of two parameters: a shorter genome length results in lower speed but a shorter total time, and the presence of divalent magnesium ions (replacing sodium) reduces the pressure, increasing ejection time to 8–11 s. Pressure caused by DNA–DNA interactions within the head affects the initiation of ejection, but the close packing is also the dominant source of friction: more tightly packed phages initiate ejection earlier, but with a lower initial speed. The details of ejection revealed in this study are probably generic features of DNA translocation in bacteriophages and have implications for the dynamics of DNA in other biological systems

Ганглиозные клетки сетчатки: возможности нейропротекции при глаукоме

Neuroprotective therapy is a contemporary and promising direction in glaucoma treatment. This strategy involves retinal protection, as well as the protection of optic nerve fibers from damaging by various factors. Cell therapy is gradually finding its practical application in almost all areas of clinical medicine, including ophthalmology. The positive effect of cell transplantation is associated with several mechanisms, including the trophic one and therefore, retinal cells metabolic stress correction is an important aspect of neuroprotection in glaucoma.The review analyzes the current state of researching retinal ganglion cells as targets for glaucoma therapy and gives a general idea about the new approaches to the treatment of this disease with the use of cell technologies based on neuroprotection strategies. Нейропротекторная терапия является современным и одним из наиболее перспективных направлений в лечении глаукомы. Эта стратегия подразумевает защиту сетчатки, а также волокон зрительного нерва от повреждающего действия различных факторов. Клеточная терапия постепенно находит практическое применение почти во всех областях клинической медицины, в том числе и в офтальмологии. Считается, что положительное влияние трансплантации клеток обусловлено нескольки- ми механизмами, одним из которых является трофический, поэтому одним из важных аспектов нейропротекции при глаукоме является коррекция метаболического стресса клеток сетчатки.В обзоре анализируется современное состояние вопроса изучения ганглиозных клеток сетчатки как мишени для терапии глаукомы, дается представление о новых подходах к лечению этого заболевания с использованием клеточных технологий на основе стратегии нейропротекции.

Structural Diversity in Bacterial Ribosomes: Mycobacterial 70S Ribosome Structure Reveals Novel Features

Here we present analysis of a 3D cryo-EM map of the 70S ribosome from Mycobacterium smegmatis, a saprophytic cousin of the etiological agent of tuberculosis in humans, Mycobacterium tuberculosis. In comparison with the 3D structures of other prokaryotic ribosomes, the density map of the M. smegmatis 70S ribosome reveals unique structural features and their relative orientations in the ribosome. Dramatic changes in the periphery due to additional rRNA segments and extra domains of some of the peripheral ribosomal proteins like S3, S5, S16, L17, L25, are evident. One of the most notable features appears in the large subunit near L1 stalk as a long helical structure next to helix 54 of the 23S rRNA. The sharp upper end of this structure is located in the vicinity of the mRNA exit channel. Although the M. smegmatis 70S ribosome possesses conserved core structure of bacterial ribosome, the new structural features, unveiled in this study, demonstrates diversity in the 3D architecture of bacterial ribosomes. We postulate that the prominent helical structure related to the 23S rRNA actively participates in the mechanisms of translation in mycobacteria

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТЕЙ СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ АНТИГЛАУКОМНОГО ГИПОТЕНЗИВНОГО ПРЕПАРАТА, СОДЕРЖАЩЕГО КОНСЕРВАНТ БЕНЗАЛКОНИЯ ХЛОРИД, НА ПЕРВИЧНУЮ КУЛЬТУРУ КЛЕТОК ЛИМБА РОГОВИЦЫ С ПОМОЩЬЮ СЛЕЗОЗАМЕНИТЕЛЯ СТИЛЛАВИТR (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)

PURPOSE: To evaluate the cytotoxicity of hypotensive instillation containing benzalkonium chloride and the protective effect of StillavitR artificial tears on the corneal limbus primary cell culture.METHODS: Test samples: 1) latanoprost 0.005%, containing benzalkonium chloride (BC) 0.02% as a preservative agent 2) StillavitR, containing sodium hyaluronate 0,16%, chondroitin sulfate sodium of 0.05%, D-panthenol 1% and sodium tetraborate 0,05% acting as preservative. Primary cell culture of the corneal limbus was used for the assessment. At the first stage of the research we estimated the effect of a 100% concentration of latanoprost+BC and Stillavit on the cell culture. At the second stage we analyzed the influence of agents’serial dilution on cytotoxicity indicators. The aim of the third stage was the assessment of cell viability level after their exposure to diluted substances in three various combinations: single latanoprost + BC (30 min exposure); simultaneous and consecutive adding of Stillavit and latanoprost + BC to the culture with a 30 min interval. To evaluate the cell culture viability we carried out MTS test using CellTiter 96R AQueous One Solution Reagent («Promega»). Obtained results underwent additional cytological examination.RESULTS: Cell viability level after the exposure to a 100% concentration of latanoprost+BC amounted to 13.95Ѓ}4.014%. In cases of exposing the culture to a combination of latanoprost + BC and Stillavit, viability level reached 22.03Ѓ}3.152%. The second stage of the research revealed that the cell culture has a survival rate of 60-80% if the drug (latanoprost + BC) in the sample is diluted 32-fold, and in relation to drug volume amounts to 6.25%. Consequently, in the third stage of the research we evaluated cell viability level exposing them to a 6.25% dilution of the drug. Cell survival rate after single latanoprost + BC exposure equaled 68.49Ѓ}20.61%. Both simultaneous and consecutive adding of Stillavit (30 min prior to the drug) increased cell survival rate: 94.95Ѓ}of 12.52 and 103.8Ѓ}12.45% respectively. The observed difference was statistically significant in both cases (95% reliability level).CONCLUSION: In vitro studies results have shown the protective effect of Stillavit artificial tears on the cell culture in combination with both 100% and 6.25% latanoprost + BC, confirmed by a cytological examination.ЦЕЛЬ. Оценка цитотоксичности антиглаукомного гипотензивного препарата, содержащего в составе бензалкония хлорид, и протекторного действия слезозаменителя СтиллавитR на культуре клеток лимба роговицы. МЕТОДЫ. Тестируемые образцы: латанопрост 0,005%, в качестве консерванта используется бензалкония хлорид 0,02% (БХ); СтиллавитR (натрия гиалуронат 0,16%, хондроитина сульфат натрия 0,05%, D-пантенол 1%, консервант — тетраборат натрия 0,05%). Была использована первичная культура клеток лимба роговицы. На первом этапе исследования оценивали эффект воздействия на клеточную культуру препаратов в 100% концентрации: латанопрост+БХ; и с одновременным добавлением в культуру Стиллавита. На втором этапе был проведен анализ влияния последовательных разведений препаратов на показатели цитотоксичности. Задачей третьего этапа была оценка уровня жизнеспособности клеток после экспозиции их с разведенными веществами в различной комбинации: латанопрост+БХ (воздействие в течение 30 минут); последовательное добавление в культуру Стиллавита и затем через 30 минут добавление препарата (латанопрост+БХ); одновременное добавление в культуру Стиллавита и препарата (латанопрост+БХ). Для оценки жизнеспособности клеток в культуре был проведен МТС-тест с использованием набора CellTiter 96R AQueous One Solution Reagent («Promega»). Дополнительно проводилось цитологическое исследование полученных результатов.РЕЗУЛЬТАТЫ. Уровень жизнеспособности клеток при внесении препарата (латанопрост+БХ) в 100% концентрации составляет 13,95Ѓ}4,014%. При внесении исследуемого антиглаукомного препарата совместно со Стиллавитом уровень жизнеспособности достигает 22,03Ѓ}3,152%. В результате второй серии экспериментов было установлено, что выживаемость клеток на уровне 60-80% наблюдается при разведении препарата (латанопрост+БХ) в образце в 32 раза, а в отношении препарата к объему составляет 6,25%. На третьем этапе оценивали уровень жизнеспособности клеток при внесении к ним препаратов в разведении 6,25%. Уровень выживаемости клеток при воздействии препарата латанопрост+БХ составил 68,49Ѓ}20,61%. Было установлено, что как предварительное за 30 минут до внесения препарата (латанопрост+БХ), так и одновременное добавление Стиллавита увеличивает показатели выживаемости клеточной культуры — 94,95Ѓ}12,52 и 103,8Ѓ}12,45% соответственно. Наблюдаемые различия статистически значимы при уровне надежности 95%.ЗАКЛЮЧЕНИЕ. По результатам проведенных исследований in vitro были доказаны цитопротекторные свойства слезозаменителя Стиллавит в комбинации с препаратом, содержащим латанопрост+БХ, как при их 100%, так и 6,25% концентрации, что было подтверждено с помощью цитологического исследования

Non-Bulk-Like Solvent Behavior in the Ribosome Exit Tunnel

As nascent proteins are synthesized by the ribosome, they depart via an exit tunnel running through the center of the large subunit. The exit tunnel likely plays an important part in various aspects of translation. Although water plays a key role in many bio-molecular processes, the nature of water confined to the exit tunnel has remained unknown. Furthermore, solvent in biological cavities has traditionally been characterized as either a continuous dielectric fluid, or a discrete tightly bound molecule. Using atomistic molecular dynamics simulations, we predict that the thermodynamic and kinetic properties of water confined within the ribosome exit tunnel are quite different from this simple two-state model. We find that the tunnel creates a complex microenvironment for the solvent resulting in perturbed rotational dynamics and heterogenous dielectric behavior. This gives rise to a very rugged solvation landscape and significantly retarded solvent diffusion. We discuss how this non-bulk-like solvent is likely to affect important biophysical processes such as sequence dependent stalling, co-translational folding, and antibiotic binding. We conclude with a discussion of the general applicability of these results to other biological cavities

The Cryo-EM Structure of a Complete 30S Translation Initiation Complex from Escherichia coli

Formation of the 30S initiation complex (30S IC) is an important checkpoint in regulation of gene expression. The selection of mRNA, correct start codon, and the initiator fMet-tRNAfMet requires the presence of three initiation factors (IF1, IF2, IF3) of which IF3 and IF1 control the fidelity of the process, while IF2 recruits fMet-tRNAfMet. Here we present a cryo-EM reconstruction of the complete 30S IC, containing mRNA, fMet-tRNAfMet, IF1, IF2, and IF3. In the 30S IC, IF2 contacts IF1, the 30S subunit shoulder, and the CCA end of fMet-tRNAfMet, which occupies a novel P/I position (P/I1). The N-terminal domain of IF3 contacts the tRNA, whereas the C-terminal domain is bound to the platform of the 30S subunit. Binding of initiation factors and fMet-tRNAfMet induces a rotation of the head relative to the body of the 30S subunit, which is likely to prevail through 50S subunit joining until GTP hydrolysis and dissociation of IF2 take place. The structure provides insights into the mechanism of mRNA selection during translation initiation

Терапевтическая эффективность внутриартериального введения нейральных прогениторных клеток, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, при остром экспериментальном ишемическом инсульте у крыс

Aim. Neural progenitor cells (NPC) are used for the development of cell therapies of neurological diseases. Their stereotaxic transplantation in the middle cerebral artery occlusion (MCAO) model imitating ischemic stroke results in symptom aleviation. However, exploration of less invasive transplantation options is essential, because stereotaxic transplantation is a complex procedure and can be applied to humans only by vital indications in a specialized neurological ward. The aim of the present study was to evaluate the efficacy of cell therapy of the experimental ischemic stroke by the intra-arterial transplantation of NPC.Materials and methods. NPC for transplantation (IPSC-NPC) were derived by two-stage differentiation of cells of a stable line of human induced pluripotent stem cells. Stroke modeling in rats was carried out by transitory 90 min endovascular MCAO by a silicon-tipped filament. NPC were transplanted 24 hours after MCAO. Repetitive magnetic resonance tomography of experimental animals was made with the Bruker BioSpin ClinScan tomograph with 7 Tl magnetic field induction. Animal survival rate and neurological deficit (using mNSS standard stroke severity scale) were evaluated at the 1st (before IPSC-NPC transplantation), 7th and 14th day after transplantation. Histological studies were carried out following standard protocols.Results. Intra-arterial transplantation of 7 × 105 IPSC-NPC in 1 ml at a constant 100 l/min rate in case of secured blood flow through the internal carotid artery did not cause brain capillary embolism, additional cytotoxic brain tissue edemas or other complications, while inducing increase of animal survival rate and enhanced revert of the neurological deficit. IPSC-NPC accumulation in brain after intra-arterial infusion was demonstrated. Some cells interacted with the capillary endothelium and probably penetrated through the blood-brain barrier.Conclusion. Therapeutic efficacy of the systemic, intra-arterial administration of NPC in ischemic stroke has been experimentally proven. A method of secure intra-arterial infusion of cell material into the internal carotid artery middle in rats has been developed and tested.Цель. Нейральные прогениторные клетки (НПК) используются при разработке технологий клеточной терапии неврологических заболеваний. Их стереотаксическое введение в мозг крыс после имитирующей ишемический инсульт операции окклюзии средней мозговой артерии (ОСМА) приводит к облегчению симптоматики. Однако стереотаксическое введение является сложной процедурой и для лечения болезней человека может быть применено только в специализированной клинике по жизненным показаниям, что делает необходимым исследование возможности менее травматичных способов трансплантации. Цель настоящей работы – исследование возможности проведения клеточной терапии экспериментального инсульта путем внутриартериального введения НПК.Материалы и методы. НПК для трансплантации (ИПСК-НПК) получали путем двухступенчатой дифференцировки клеток стабильной линии индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека. Моделирование инсульта у крыс производилось методом транзиторной (90 мин) эндоваскулярной ОСМА филаментом с силиконовым наконечником. Внутриартериальная трансплантация НПК выполнялась через 24 часа после ОСМА. Магнитно-резонансная томография экспериментальных животных в динамике проводилась на МР-томографе ClinScan фирмы Bruker BioSpin с индукцией магнитного поля 7 Тл. На 1 (до введения ИПСК-НПК), 7 и 14-е сутки после трансплантации оценивались выживаемость животных и неврологический дефицит с использованием стандартной шкалы оценки тяжести инсульта mNSS для грызунов. Гистологические исследования проводили, пользуясь стандартными методами.Результаты. Внутриартериальная трансплантация ИПСК-НПК в дозе 7 × 105 НПК в 1 мл с равномерной скоростью100 мкл/мин и поддержанием кровотока по внутренней сонной артерии не вызывала эмболии капилляров мозга, появления новых зон цитотоксического отека вещества головного мозга или других осложнений и приводила к достоверному повышению выживаемости животных и более быстрому восстановлению неврологического статуса. Продемонстрировано накопление ИПСК-НПК в мозге после их внутриартериальной инфузии. Часть клеток взаимодействовала с эндотелием капилляров и, вероятно, способна проникать через ГЭБ.Заключение. Получено экспериментальное подтверждение терапевтической эффективности НПК при ишемическом инсульте при системной, внутриартериальной трансплантации. Отработан и протестирован метод безопасной внутриартериальной инфузии клеточного материала в бассейн внутренней сонной артерии у крыс