Horseradish peroxidase (HRP)-based assays feature particular interests because of the simple colorimetric readout. In these assays, 3,3′,5,5′-tetramethylbenzidine (TMB) is the most widely used chromogenic substrates for HRP. The later research in nanozyme and DNAzyme also used TMB (the chosen substrate) because they are both HRP-mimics. It should be noted that the substrate of HRP is not just limited to TMB but, in fact, a broad range of benzidine derivatives. However, except decreased carcinogenicity due to tetrasubstitution of benzidine, the rationale for the chosen substrate TMB is not clear yet. Here, we addressed such a fundamental issue from the chemistry point of view. Nine benzidine derivatives featuring varied properties (different substitution groups and varied number of substitutions) were selected and investigated with four typical TMB-involved chromogenic systems. Among the existing benzidine substrates that are used for peroxidase-based assays, TMB exhibited the highest sensitivity, better color purity of colored products, and reasonable stability of oxidation products. Moreover, two tetrasubstituted benzidine derivatives other than TMB (4OCH3 and 2OCH32CH3) were synthesized for comparison. It turned out that the performances (sensitivity, color purity, and stability of the colored products) of TMB are still superior, thus chemically confirming its status of "the chosen substrate" in colorimetric assays.

Abstract Chicken ( Gallus gallus domesticus ) as one of the most economically important farm animals plays a major role in human food production and has been widely used as a key animal model that is presumed to be typical of avian and generally applicable to mammals in studies of developmental biology, virology, oncogenesis, and immunology. To get a better understanding of avian biology, global analysis of gene expression across multiple tissues is needed, which will aid genome annotation and support functional annotation of avian genes. We present a large-scale RNA-Seq dataset representing all the major organ systems from adult Lohmann White domesticus chickens. An open-access chicken tissue gene expression atlas (TGEA) ( chickenatlas.avianscu.com ) is presented based on the expression of 224 samples across 38 well-defined chicken tissues. Network-based cluster analysis of this dataset grouped genes according to dimensionality reduction and whole-body co-expression patterns, which were used to infer the function of uncharacterized genes from their co-expression with genes of known function. We describe the distribution and tissue specificity of 21,430 genes present in the chicken gene expression atlas and assign those signatures, where possible, to specific tissue populations or pathways. To better understand the functions of GPCRs in avian, we quantified the transcript levels of 254 nonodorant GPCRs in all tissues. Cluster analysis placed many GPCRs into expected anatomical and functional groups and predicted previously unidentified roles for less-studied receptors. We also produced this atlas to analyze male and female mRNA expression profiles in chicken somatic and gonad tissues. Our analyses uncovered numerous cases of somatic sex-biased mRNA expression, with the largest proportion found in the chicken pineal body, pituitary, and liver. This high-resolution gene expression atlas for chickens is, to our knowledge, the largest transcriptomic dataset of any avian to date. It provides a resource to improve the annotation of the current reference genome for chicken, presenting a model transcriptome for avian, and can be used as a resource for predicting roles for incompletely characterized GPCRs, exploring sex-biased specific gene expression, and for other purposes.

Abstract Segmentation of three-dimensional (3D) cellular images is fundamental for studying and understanding cell structure and function. However, 3D cellular segmentation is challenging, particularly for dense cells and tissues. This challenge arises mainly from the complex contextual information within 3D images, anisotropic properties, and the sensitivity to internal cellular structures, which often lead to miss-segmentation. In this work, we introduce SwinCell, a 3D transformer-based framework that leverages Swin-transformer for flow prediction and effectively distinguishes individual cell instances in 3D. We demonstrate the broad utility of the SwinCell in the segmentation of nuclei, colon tissue cells, and dense cultured cells. SwinCell strikes a balance between maintaining detailed local feature recognition and understanding broader contextual information. Tested extensively with both public and in-house 3D cell imaging datasets, SwinCell shows superior performance in segmenting dense cells in 3D, making it a powerful 3D segmentation tool for cellular analysis that could expedite research in cell biology and tissue engineering.

Abstract Neural tube defects (NTDs) represent a developmental disorder of the nervous system that can lead to significant disability in children and impose substantial social burdens. Valproic acid (VPA), a widely prescribed first-line antiepileptic drug for epilepsy and various neurological conditions, has been associated with a fourfold increase in the risk of NTDs when used during pregnancy. Consequently, urgent efforts are required to identify innovative prevention and treatment approaches for VPA-induced NTDs. Studies have demonstrated that the disruption in the delicate balance between cell proliferation and apoptosis is a crucial factor contributing to NTDs induced by VPA. Encouragingly, our current data reveal that melatonin (MT) exerts significant inhibition on apoptosis while promoting the restoration of neuroepithelial cells proliferation impaired by VPA. Moreover, further investigations demonstrate that MT substantially reduces the incidence of neural tube malformations resulting from VPA exposure, primarily achieved by suppressing apoptosis through the modulation of intracellular reactive oxygen species levels. In addition, the Src/PI3K/ERK signaling pathway appears to play a pivotal role in VPA-induced NTDs, with a significant inhibition observed in the affected samples. Notably, MT treatment successfully reinstates the Src/PI3K/ERK signals, thereby offering a potential underlying mechanism for MT’s protective effects against VPA-induced NTDs. In summary, our current study substantiates the considerable protective potential of MT in mitigating VPA-triggered NTDs, thereby offering valuable strategies for the clinical management of VPA-related birth defects.

Abstract The proton-activated chloride (PAC) channel plays critical roles in ischemic neuron death, but its activation mechanisms remain elusive. Here, we interrogated PAC channel gating using its unique bidirectional modulator C77304 as a pharmacological probe. C77304 activated the PAC channel by acting on its proton gating, while simultaneously inhibiting channel activity at higher doses, through interaction with two modulatory sites with different affinities and state-dependence. Excitingly, we revealed that PAC undergoes intrinsic proton gating-independent voltage activation, which was defined by an ion-flux gating mechanism. Scanning-mutagenesis and molecular dynamics simulation confirmed that E181, E257, and E261 in human PAC form the primary proton sensors, as alanine mutations eliminated the channel’s proton gating while sparing the voltage-dependent gating. This proton sensing mechanism was basically conserved among orthologous PAC channels. Collectively, our data unveils the polymodal gating and proton sensing mechanisms in the PAC channel which may inspire potential drug development.