Surface Orientation and Binding Strength Modulate Shape of FtsZ on Lipid Surfaces.

We have used a simple model system to test the prediction that surface attachment strength of filaments presenting a torsion would affect their shape and properties. FtsZ from E. coli containing one cysteine in position 2 was covalently attached to a lipid bilayer containing maleimide lipids either in their head group (to simulate tight attachment) or at the end of a polyethylene glycol molecule attached to the head group (to simulate loose binding). We found that filaments tightly attached grew straight, growing from both ends, until they formed a two-dimensional lattice. Further monomer additions to their sides generated a dense layer of oriented filaments that fully covered the lipid membrane. After this point the surface became unstable and the bilayer detached from the surface. Filaments with a loose binding were initially curved and later evolved into straight thicker bundles that destabilized the membrane after reaching a certain surface density. Previously described theoretical models of FtsZ filament assembly on surfaces that include lateral interactions, spontaneous curvature, torsion, anchoring to the membrane, relative geometry of the surface and the filament 'living-polymer' condition in the presence of guanosine triphosphate (GTP) can offer some clues about the driving forces inducing these filament rearrangements.

Formation of supported lipid bilayers of charged E. coli lipids on modified gold by vesicle fusion.

We describe a simple way of fusing E. coli lipid vesicles onto a gold surface. Supported lipid bilayers on metal surfaces are interesting for several reasons: transducing a biological signal to an electric readout, using surface analytical tools such as Surface Plasmon Resonance (SPR), Infrared Reflection Absorption Spectroscopy, Neutron Reflectivity or Electrochemistry. The most widely used method to prepare supported lipid membranes is fusion of preexisting liposomes. It is quite efficient on hydrophilic surfaces such as glass, mica or SiO2, but vesicle fusion on metals and metal oxide surfaces (as gold, titanium oxide or indium tin oxide), remains a challenge, particularly for vesicles containing charged lipids, as is the case of bacterial lipids. We describe a simple method based on modifying the gold surface with a charged mercaptopropionic acid self-assembled monolayer and liposomes partially solubilized with detergent. The formed bilayers were characterized using a Quartz Crystal Microbalance with dissipation (QCM-D) and Atomic Force Microscopy (AFM). Some advantages of this protocol are that the stability of the self-assembled monolayer allows for repeated use of the substrate after detergent removal of the bilayer and that the amount of detergent required for optimal fusion can be determined previously using the lipid-detergent solubility curve.

Publisher Correction: Membrane association of the bacterial riboregulator Hfq and functional perspectives.

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Membrane association of the bacterial riboregulator Hfq and functional perspectives.

Hfq is a bacterial RNA binding protein that carries out several roles in genetic expression regulation, mainly at the post-transcriptional level. Previous studies have shown its importance in growth and virulence of bacteria. Here, we provide the direct observation of its ability to interact with membranes. This was established by co-sedimentation assay, cryo-transmission electron (cryo-TEM) and atomic force (AFM) microscopies. Furthermore, our results suggest a role for its C-terminus amyloidogenic domain in membrane disruption. Precisely, AFM images of lipid bilayers in contact with Hfq C-terminus fibrils show the emergence of holes with a size dependent on the time of interaction. Cryo-TEM observations also show that liposomes are in contact with clusters of fibrils, with occasional deformation of the vesicles and afterward the apparition of a multitude of tiny vesicles in the proximity of the fibrils, suggesting peptide-induced breakage of the liposomes. Finally, circular dichroism spectroscopy demonstrated a change in the secondary structure of Hfq C-terminus upon interaction with liposomes. Altogether, these results show an unexpected property of Hfq and suggest a possible new role for the protein, exporting sRNA outside of the bacterial cell.

Mutations on FtsZ lateral helix H3 that disrupt cell viability hamper reorganization of polymers on lipid surfaces.

FtsZ filaments localize at the middle of the bacterial cell and participate in the formation of a contractile ring responsible for cell division. Previous studies demonstrated that the highly conserved negative charge of glutamate 83 and the positive charge of arginine 85 located in the lateral helix H3 bend of Escherichia coli FtsZ are required for in vivo cell division. In order to understand how these lateral mutations impair the formation of a contractile ring,we extend previous in vitro characterization of these mutants in solution to study their behavior on lipid modified surfaces. We study their interaction with ZipAand look at their reorganization on the surface. We found that the dynamic bundling capacity of the mutant proteins is deficient, and this impairment increases the more the composition and spatial arrangement of the reconstituted system resembles the situation inside the cell: mutant proteins completely fail to reorganize to form higher order aggregates when bound to an E.coli lipid surface through oriented ZipA.We conclude that these surface lateral point mutations affect the dynamic reorganization of FtsZ filaments into bundles on the cell membrane, suggesting that this event is relevant for generating force and completing bacterial division.

H2 -Fueled ATP Synthesis on an Electrode: Mimicking Cellular Respiration.

ATP, the molecule used by living organisms to supply energy to many different metabolic processes, is synthesized mostly by the ATPase synthase using a proton or sodium gradient generated across a lipid membrane. We present evidence that a modified electrode surface integrating a NiFeSe hydrogenase and a F1 F0 -ATPase in a lipid membrane can couple the electrochemical oxidation of H2 to the synthesis of ATP. This electrode-assisted conversion of H2 gas into ATP could serve to generate this biochemical fuel locally when required in biomedical devices or enzymatic synthesis of valuable products.

FtsZ polymers bound to lipid bilayers through ZipA form dynamic two dimensional networks.

Bacteria divide by forming a contractile ring around their midcell region. FtsZ, a cytoskeletal soluble protein structurally related to tubulin, is the main component of this division machinery. It forms filaments that bundle at the inner side of the cytoplasmic membrane. These FtsZ bundles do not attach to bare lipid surfaces. In Escherichia coli they remain near the membrane surface by attaching to the membrane protein ZipA and FtsA. In order to study the structure and dynamics of the ZipA-FtsZ bundles formed on a lipid surface, we have oriented a soluble form of ZipA (sZipA), with its transmembrane domain substituted by a histidine tag, on supported lipid membranes. Atomic force microscopy has been used to visualize the polymers formed on top of this biomimetic surface. In the presence of GTP, when sZipA is present, FtsZ polymers restructure forming higher order structures. The lipid composition of the underlying membrane affects the aggregation kinetics and the shape of the structures formed. On the negatively charged E. coli lipid membranes, filaments condense from initially disperse material to form a network that is more dynamic and flexible than the one formed on phosphatidyl choline bilayers. These FtsZ-ZipA filament bundles are interconnected, retain their capacity to dynamically restructure, to fragment, to anneal and to condense laterally.

Efficient orthogonal integration of the bacteriophage ϕ29 DNA-portal connector protein in engineered lipid bilayers.

The portal connector of bacteriophage viruses constitutes a robust molecular machine for DNA translocation. In this paper we propose an optimized reconstitution method for efficient orthogonal integration of native viral connectors into lipid bilayers, particularly of giant unilamellar vesicles. Our nanoengineering plan considers the hydrophilic connector protein of the bacteriophage virus ϕ29 integrated into a specifically engineered bilayer made of "hydrophylized" lipids. From the precise knowledge of the connector structure, the membrane chemistry was designed by tuning reactivity in the bilayer using specific functional lipids. We show details on the reconstitution methods and experimental evidence about the integration of the portal protein in the engineered membrane. The proposed route provides an efficient method for orthogonal integration of native viral connectors into lipid bilayers in conditions adequate for functional DNA translocation. This concept could be potentially exploited in advanced nanotechnological realizations, particularly for the integration of these powerful machines into giant lipid vesicles with the aim of building a cargo-device useful for gene delivery applications.

Disminución de la capacidad antioxidante en niños y adolescentes diabéticos / Reduction of the antioxidant capacity in diabetic children and adolescents

Se propuso demostrar que la diabetes en niños y adolescentes evoluciona con incremento de especies reactivas, las cuales circulan al nivel sistémico y pueden dañar las biomoléculas. Se evidenció que los niños diabéticos tienen disminuidas las defensas antioxidantes, presumiblemente por causa de su mayor utilización. A pesar de observarse una tendencia a su incremento, no resultó significativa la diferencia en los niveles de daño a proteínas, aunque sí el daño a lípidos entre los pacientes diabéticos y el grupo de niños control. El análisis de los valores obtenidos permitirá la elaboración de una estrategia terapéutica, que comprenda la indicación de antioxidantes específicos en los pacientes que así lo requieran.

The aim of this study was to prove that diabetes in children and adolescents evolves with an increment of reactive species circulating at the systemic level and that may lead to biomolecular damage. It was evidenced that the diabetic children have the antioxidant defenses reduced due maybe to their greater utilization. In spite of the fact that a tendency to their increase was observed, the difference at the levels of protein damage was not significant, although the lipid damage among the diabetic patients and the control group of children was marked. The analysis of the values obtained will allow to lay down a therapeutic strategy including the indication of specific antioxidants in those patients requiring them.

Disminución de la capacidad antioxidante en niños y adolescentes diabético / Reduction of the antioxidant capacity in diabetic children and adolescents

Se propuso demostrar que la diabetes en niños y adolescentes evoluciona con incremento de especies reactivas, las cuales circulan al nivel sistémico y pueden dañar las biomoléculas. Se evidenció que los niños diabéticos tienen disminuidas las defensas antioxidantes, presumiblemente por causa de su mayor utilización. A pesar de observarse una tendencia a su incremento, no resultó significativa la diferencia en los niveles de daño a proteínas, aunque sí el daño a lípidos entre los pacientes diabéticos y el grupo de niños control. El análisis de los valores obtenidos permitirá la elaboración de una estrategia terapéutica, que comprenda la indicación de antioxidantes específicos en los pacientes que así lo requieran(AU)

Síndrome x metabólico, una complicación frecuente / Metabolic syndrome, a frequent complication

La Insulinoresistencia se refiere a una condición metabólica caracterizada por una disminución en la capacidad de respuesta de un órgano terminal a concentraciones fisiológicas de la hormona. En el Hospital Hermanos Ameijeiras existe un grupo de investigación para el estudio de esta patología y sus resultados muestran que la enfermedad es frecuente en las series demográficas analizadas

Síndrome x metabólico, una complicación frecuente / Metabolic syndrome, a frequent complication

La Insulinoresistencia se refiere a una condición metabólica caracterizada por una disminución en la capacidad de respuesta de un órgano terminal a concentraciones fisiológicas de la hormona. En el Hospital Hermanos Ameijeiras existe un grupo de investigación para el estudio de esta patología y sus resultados muestran que la enfermedad es frecuente en las series demográficas analizadas(AU)

Las grasas en la dieta materna, edad gestacional y peso al nacer / Presence of fats in maternal diet and its relation with gestational age and birth weight

Las grasas en la dieta materna tienen funciones determinantes en el desarrollo de un embarazo normal, en la estructuración de un adecuado flujo útero-placentario, la formación de membranas celulares, el crecimiento intrauterino del feto y el desarrollo del sistema nervioso central. El objetivo de este trabajo fue medir la relación entre la composición de ácidos grasos en la dieta materna atendiendo a la edad gestacional y el peso al nacer de los recién nacidos. Se realizó un estudio transversal en 156 embarazadas y 160 niños nacidos a término como resultado de partos fisiológicos en Ciudad de La Habana entre febrero de 2000 y enero de 2001. La ingestión de alimentos se midió por encuestas de frecuencia semicuantitativa de consumo de alimentos durante el último trimestre del embarazo. El peso del recién nacido y la edad gestacional de la madre fueron registrados al momento del parto. El peso al nacer, el aporte de ácidos grasos saturados y la relación ácidos grasos saturados/poliinsaturados de la dieta en todos los niños (>34 y ³37 semanas de gestación) se asociaron de forma negativa independientemente de su peso al nacer; se perdió la significación cuando se analizaron por separado los niños nacidos con peso normal. La edad gestacional y la cantidad total de grasas ingeridas en la dieta (>34 semanas de gestación) se correlacionaron negativamente en todos los niños, pero también se perdió la significación de esta correlación cuando se evaluaron los niños normopeso por separado. La edad gestacional estuvo correlacionada negativamente con los ácidos grasos esenciales y poliinsaturados (>34 semanas de gestación) para todos los niños -también para los niños normopeso. El perfil de ácidos grasos en el futuro debe ser estudiado directamente en la sangre de los recién nacidos para así minimizar los errores de estimación inherentes a la información dietética

Las grasas en la dieta materna, edad gestacional y peso al nacer / Presence of fats in maternal diet and its relation with gestational age and birth weight

Las grasas en la dieta materna tienen funciones determinantes en el desarrollo de un embarazo normal, en la estructuración de un adecuado flujo útero-placentario, la formación de membranas celulares, el crecimiento intrauterino del feto y el desarrollo del sistema nervioso central. El objetivo de este trabajo fue medir la relación entre la composición de ácidos grasos en la dieta materna atendiendo a la edad gestacional y el peso al nacer de los recién nacidos. Se realizó un estudio transversal en 156 embarazadas y 160 niños nacidos a término como resultado de partos fisiológicos en Ciudad de La Habana entre febrero de 2000 y enero de 2001. La ingestión de alimentos se midió por encuestas de frecuencia semicuantitativa de consumo de alimentos durante el último trimestre del embarazo. El peso del recién nacido y la edad gestacional de la madre fueron registrados al momento del parto. El peso al nacer, el aporte de ácidos grasos saturados y la relación ácidos grasos saturados/poliinsaturados de la dieta en todos los niños (>34 y ³37 semanas de gestación) se asociaron de forma negativa independientemente de su peso al nacer; se perdió la significación cuando se analizaron por separado los niños nacidos con peso normal. La edad gestacional y la cantidad total de grasas ingeridas en la dieta (>34 semanas de gestación) se correlacionaron negativamente en todos los niños, pero también se perdió la significación de esta correlación cuando se evaluaron los niños normopeso por separado. La edad gestacional estuvo correlacionada negativamente con los ácidos grasos esenciales y poliinsaturados (>34 semanas de gestación) para todos los niños -también para los niños normopeso. El perfil de ácidos grasos en el futuro debe ser estudiado directamente en la sangre de los recién nacidos para así minimizar los errores de estimación inherentes a la información dietética(AU)