Biophysics Reports

The toxin–antitoxin (TA) system is composed of a stable toxin and an unstable antitoxin that neutralizes the toxin. Being perhaps the most studied among the different TA types, type II TA systems are widely distributed and often exist in multiple copies within chromosomes of eubacteria and archaea. Exhibiting diverse molecular activities such as RNases, kinases, and acetyltransferases, type II TA systems have been confirmed to be involved in diverse biological processes including plasmid maintenance, phage inhibition, persistence, stress response, and biofilm formation. In this review, we summarize the current state of the research in the type II TA field, emphasizing the activation mechanism, structure–function relationship, and biological functions of type II TA systems.

Microgravity (MG) effect is a weightlessness phenomenon caused by the distance from the ground or low gravity of other planets outside the earth’s atmosphere. The various effects of MG have been corroborated in human and animal studies and modeled in cell-based analogs. However, the impact of MG on siRNA performance remains to be elucidated, which is crucial for aerospace medicine. In this study, we prepared nucleic acid nanomicelles (EAASc/siRNA) by using tri-block copolymer of PEG45-PAMA40-P(C7A36-DBA37) (EAASc) and siRNA and explored its working mechanism under simulated microgravity (SMG) condition generated by a random positioning machine (RPM). The binding ability of EAASc to siRNA and silence activity were firstly confirmed in normal gravity (NG) environment. Evaluation of PLK1 mRNA expression revealed that gene inhibition efficiencies were increased by 28.7% (HepG2) and 28.9% (A549) under SMG condition, compared with those under NG condition. In addition, mechanism exploration indicated that morphology and migration capability of cancer cells were significantly changed, the internalization of EAASc/siRNA by cells was magnified when the cells were incubated with RPM. No significant difference was observed regarding the expression profiles of genes involved in RNA interference (RNAi) pathway, including Ago2, Dicer, TRBP, and so on. Taken together, siRNA activity was elevated under SMG condition owning to increased cellular internalization. This study, for the first time to our knowledge, provides valuable theory for development and application of siRNA therapeutic in space in the future.

Chức năng chính xác của protein C-reactive (CRP) như một chất điều hòa viêm trong sức khỏe và bệnh tật vẫn đang tiếp tục phát triển. Sự hiểu biết đúng đắn về vai trò của nó trong các phản ứng phòng thủ của cơ thể đã bị cản trở bởi nhiều báo cáo về các hệ thống tương tự với những diễn giải mâu thuẫn về CRP như một chất kích thích, ức chế, hoặc yếu tố vô hại đối với những quá trình này. Những sự khác biệt này có thể được giải thích một phần bởi sự tồn tại của một isoform CRP tự nhiên, được gọi là CRP được biến đổi (tức là, mCRP), được biểu hiện khi các phân tử CRP được phân tách thành các cấu trúc monomer. Phân tử mCRP tự do trải qua một thay đổi hình dạng không phải proteolytic có độ hòa tan, khả năng kháng nguyên và hoạt tính sinh học đặc biệt so với các phân tử vẫn giữ liên kết trong phân tử CRP nguyên bản dạng pentamer (tức là, pCRP). Khi các chất tái hoạt tính đã được phát triển để xác định và định lượng mCRP, rõ ràng rằng isoform này có thể được hình thành tự phát trong các dung dịch không có canxi. Hơn nữa, mCRP có thể được biểu lộ trên màng tế bào bị ảnh hưởng chỉ sau 24–48 giờ ủ trong nuôi cấy mô. Bởi vì mCRP có kích thước giống như các phân tử pCRP khi được đánh giá thông qua SDS-PAGE, sự hiện diện của nó trong một thuốc thử pCRP sẽ không được nhận biết qua kỹ thuật này để đánh giá độ tinh khiết. Cuối cùng, vì nhiều thuốc thử kháng thể được cho là đặc hiệu cho "CRP" chứa một số, hoặc có tính đặc hiệu đáng kể đối với mCRP, các kỹ thuật phát hiện kháng nguyên sử dụng những thuốc thử như vậy có thể không phân biệt được isoform CRP cụ thể nào được phát hiện. Tất cả các cảnh báo về cấu trúc và đo lường CRP này cho thấy rằng những nghiên cứu mâu thuẫn nói trên có thể phản ánh phần nào về hoạt tính sinh học phân biệt của mCRP hơn là pCRP. Để cung cấp một nguồn mCRP đáng tin cậy và phong phú cho các nghiên cứu riêng biệt và so sánh, một protein tái tổ hợp đã được thiết kế và biểu hiện trong E. coli (tức là, mCRP tái tổ hợp hoặc rmCRP). Protein tổng hợp được sản xuất dưới dạng thể bao gồm mà rất khó hòa tan cho việc tinh sạch và phân tích đặc điểm. Ở đây, chúng tôi mô tả một phương pháp sử dụng các chất tái hoạt tính anhydride để hiệu quả hoà tan rmCRP và cho phép tinh sạch chromatographic với năng suất cao và không chứa endotoxin ô nhiễm. Hơn nữa, thuốc thử rmCRP tinh sạch đại diện cho một protein so sánh tuyệt vời với mCRP được sản xuất sinh học và như một thuốc thử phân biệt so với pCRP. Việc giải mã chức năng thực sự của CRP trong cả sức khỏe và bệnh tật đòi hỏi một kiến thức, sự hiểu biết và nguồn cung cấp đáng tin cậy của từng cấu trúc của nó để xác định những tác động phân biệt của mỗi cấu trúc lên phản ứng của cơ thể đối với các sự kiện gây tổn thương mô.

Sự lưu trữ triacylglycerol (TAG) bất thường trong cơ xương của con người có liên quan mật thiết đến tình trạng kháng insulin. Lưu trữ lipid quá mức có thể gây ra tình trạng kháng insulin của cơ xương, và trong các trường hợp nghiêm trọng, có thể dẫn đến bệnh tiểu đường loại 2. Cân bằng của sự chuyển hóa giữa diacylglycerol và TAG ảnh hưởng lớn đến việc lưu trữ và sử dụng lipid. Diacylglycerol O-acyltransferase 1 (DGAT1) đóng vai trò then chốt trong quá trình này, nhưng việc kích hoạt và phosphoryl hóa của nó yêu cầu phải được nghiên cứu thêm. Trong nghiên cứu này, 12 vị trí phosphoryl hóa bảo tồn dự đoán của DGAT1 đã được xác định thông qua việc kiểm tra sự bảo tồn axit amin của DGAT1 ở các loài khác nhau. Thêm 12 vị trí phosphoryl hóa dự đoán cũng đã được tìm thấy dựa trên các dự đoán sinh tin học và các báo cáo trước đó. Đồng thời, một số vị trí phosphoryl hóa của DGAT1 đã được xác nhận qua phân tích khối phổ phosphoryl hóa của DGAT1 tinh khiết từ tế bào cơ C2C12 của chuột. Sử dụng đột biến điểm đơn, một vai trò điều chỉnh của 3 vị trí phosphoryl hóa dự đoán đã được phân tích. Cuối cùng, bằng cách sử dụng các đột biến cắt ngắn, một miền tiềm năng của DGAT1 liên quan đến việc điều chỉnh hoạt động enzym đã được tiết lộ. Nghiên cứu này cung cấp thông tin hữu ích để hiểu thêm về việc điều chỉnh hoạt động của DGAT1.

Mechanical force regulates a variety of cellular functions through inducing modulations in nuclear chromatin structures and epigenetic landscapes (outside in). The epigenetic modifications, in turn, regulate gene expressions and affect phenotypic outcomes, including cytoskeletal organization and cell–cell/cell–ECM interactions (inside out). While there have been significant advances in the understanding of mechanotransduction in the nucleus, there is still a lack of knowledge on the potential mechanisms through which mechanical cues affect epigenetic and chromatin regulations to determine genetic outcomes. This review firstly focuses on the current understanding of epigenetic regulations and then summarizes how mechanotransduction and epigenetic modification couple together to regulate molecular and cellular functions, eventually causing functional phenotype changes e.g., diseases. Lastly, we introduce related technologies for mechanistic studies, particularly fluorescence resonance energy transfer (FRET) biosensors for the visualization of dynamic epigenetic regulations in single living cells, as well as the applications of FRET biosensors to visualize mechanotransduction events occurring in the nucleus. These studies could provide new insights into epigenetics in regulating the physiological and pathological processes in living cells under different mechanical environments.

Rheumatoid arthritis (RA) is a long-term inflammatory disease derived from an autoimmune disorder of the synovial membrane. Current therapeutic strategies for RA mainly aim to hamper the macrophages' proliferation and reduce the production of pro-inflammatory cytokines. Therefore, the accumulation of therapeutic agents targeted at the inflammatory site should be a crucial therapeutic strategy. Nowadays, the nanocarrier system incorporated with stimuli-responsive property is being intensively studied, showing the potentially tremendous value of specific therapy. Stimuli-responsive (i.e., pH, temperature, light, redox, and enzyme) polymeric nanomaterials, as an important component of nanoparticulate carriers, have been intensively developed for various diseases treatment. A survey of the literature suggests that the use of targeted nanocarriers to deliver therapeutic agents (nanotherapeutics) in the treatment of inflammatory arthritis remains largely unexplored. The lack of suitable stimuli-sensitive polymeric nanomaterials is one of the limitations. Herein, we provide an overview of drug delivery systems prepared from commonly used stimuli-sensitive polymeric nanomaterials and some inorganic agents that have potential in the treatment of RA. The current situation and challenges are also discussed to stimulate a novel thinking about the development of nanomedicine.

High-throughput sequencing-based metagenomics has garnered considerable interest in recent years. Numerous methods and tools have been developed for the analysis of metagenomic data. However, it is still a daunting task to install a large number of tools and complete a complicated analysis, especially for researchers with minimal bioinformatics backgrounds. To address this problem, we constructed an automated software named MetaDP for 16S rRNA sequencing data analysis, including data quality control, operational taxonomic unit clustering, diversity analysis, and disease risk prediction modeling. Furthermore, a support vector machine-based prediction model for intestinal bowel syndrome (IBS) was built by applying MetaDP to microbial 16S sequencing data from 108 children. The success of the IBS prediction model suggests that the platform may also be applied to other diseases related to gut microbes, such as obesity, metabolic syndrome, or intestinal cancer, among others ( http://metadp.cn:7001/ ).