Phenotypic modification of dorsal root ganglion (DRG) neurons represents an important mechanism underlying neuropathic pain. However, the nerve injury-induced molecular changes are not fully identified. To determine the molecular alterations in a broader way, we have carried out cDNA array on the genes mainly made from the cDNA libraries of lumbar DRGs of normal rats and of rats 14 days after peripheral axotomy. Of the 7,523 examined genes and expressed sequence tags (ESTs), the expression of 122 genes and 51 expressed sequence tags is strongly changed. These genes encompass a large number of members of distinct families, including neuropeptides, receptors, ion channels, signal transduction molecules, synaptic vesicle proteins, and others. Of particular interest is the up-regulation of γ-aminobutyric acid A receptor α5 subunit, peripheral benzodiazepine receptor, nicotinic acetylcholine receptor α7 subunit, P2Y1 purinoceptor, Na + channel β2 subunit, and L-type Ca 2+ channel α2δ-1 subunit. Our findings therefore reveal dynamic and complex changes in molecular diversity among DRG neurons after axotomy.

Xanthomonas campestris pathovar campestris ( Xcc ) is the causative agent of crucifer black rot disease, which causes severe losses in agricultural yield world-wide. This bacterium is a model organism for studying plant-bacteria interactions. We sequenced the complete genome of Xcc 8004 (5,148,708 bp), which is highly conserved relative to that of Xcc ATCC 33913. Comparative genomics analysis indicated that, in addition to a significant genomic-scale rearrangement cross the replication axis between two IS 1478 elements, loss and acquisition of blocks of genes, rather than point mutations, constitute the main genetic variation between the two Xcc strains. Screening of a high-density transposon insertional mutant library (16,512 clones) of Xcc 8004 against a host plant ( Brassica oleraceae ) identified 75 nonredundant, single-copy insertions in protein-coding sequences (CDSs) and intergenic regions. In addition to known virulence factors, full virulence was found to require several additional metabolic pathways and regulatory systems, such as fatty acid degradation, type IV secretion system, cell signaling, and amino acids and nucleotide metabolism. Among the identified pathogenicity-related genes, three of unknown function were found in Xcc 8004-specific chromosomal segments, revealing a direct correlation between genomic dynamics and Xcc virulence. The present combination of comparative and functional genomic analyses provides valuable information about the genetic basis of Xcc pathogenicity, which may offer novel insight toward the development of efficient methods for prevention of this important plant disease.

Summary Staphylococcus epidermidis strains are diverse in their pathogenicity; some are invasive and cause serious nosocomial infections, whereas others are non‐pathogenic commensal organisms. To analyse the implications of different virulence factors in Staphylococcus epidermidis infections, the complete genome of Staphylococcus epidermidis strain ATCC 12228, a non‐biofilm forming, non‐infection associated strain used for detection of residual antibiotics in food products, was sequenced. This strain showed low virulence by mouse and rat experimental infections. The genome consists of a single 2499 279 bp chromosome and six plasmids. The chromosomal G + C content is 32.1% and 2419 protein coding sequences (CDS) are predicted, among which 230 are putative novel genes. Compared to the virulence factors in Staphylococcus aureus, aside from δ‐haemolysin and β‐haemolysin, other toxin genes were not found. In contrast, the majority of adhesin genes are intact in ATCC 12228. Most strikingly, the ica operon coding for the enzymes synthesizing interbacterial cellular polysaccharide is missing in ATCC 12228 and rearrangements of adjacent genes are shown. No mec genes, IS256, IS257, were found in ATCC 12228. It is suggested that the absence of the ica operon is a genetic marker in commensal Staphylococcus epidermidis strains which are less likely to become invasive.

Abstract In most eukaryotic organisms, cilia perform a variety of life-sustaining roles related to environmental sensing and motility. Cryo-electron microscopy has provided considerable insight into the morphology and function of ciliary structures, but studies have been limited to less than a dozen of the millions of known eukaryotic species. Ultrastructural information is particularly lacking for unicellular organisms in the opisthokont clade, leaving a sizeable gap in our understanding of cilia evolution between unicellular species and multicellular metazoans (animals). Choanoflagellates are important aquatic heterotrophs, uniquely positioned within the opisthokonts as the metazoans’ closest living unicellular relatives. We performed cryo-focused ion beam milling and cryo-electron tomography on cilia from the choanoflagellate species Salpingoeca rosetta. We show that the axonemal dyneins, radial spokes, and central pair complex in S. rosetta more closely resemble metazoan structures than those of unicellular organisms from other suprakingdoms. In addition, we describe unique features of S. rosetta cilia, including microtubule holes, microtubule inner proteins, and the ciliary vane: a fine, net-like extension that has been notoriously difficult to visualize using other methods. Furthermore, we report barb-like structures of unknown function on the extracellular surface of the ciliary membrane. Together, our findings provide new insights into choanoflagellate biology and cilia evolution between unicellular and multicellular opisthokonts.

Abstract Cilia and flagella play a crucial role in the development and function of most eukaryotic organisms. The structural core of the flagellum, the axoneme, is conserved in most eukaryotes and careful regulation of dynein motors within the axoneme is required for proper ciliary beating. The sperm flagellum from the American eel ( Anguilla rostrata ) has been shown to lack many of the canonical axonemal proteins, including the radial spokes, the central pair complex, and possibly even the outer row of dynein arms, presenting a “minimal” flagellar system. Here, we present cryo-electron tomography analysis of the eel sperm flagellum. We identified two states for the eel sperm flagellum within our tomograms, narrow and wide, and found that the flagellum started narrow near the sperm head and widened distally. Subtomogram averages revealed that the eel sperm flagellum has retained remnants of the missing regulatory complexes, including a short radial spoke 3 complex, basal components of radial spokes 1 and 2, and an outer dynein arm docking complex. We also describe unique structural features of the A. rostrata sperm flagellum, such as a unique pattern of holes at the inner junction and an accessory complex located at the “outer” junction. Finally, we discuss the consequences of losing key regulatory factors for the eel sperm flagellum and hypothesize several evolutionary factors that may have led to their loss. Together, our results shed light onto the structure and function of the eel sperm axoneme and provide insight into the minimum requirements for proper ciliary beating.

Abstract Signal recognition particle (SRP) is critical for delivering co-translational proteins to the bacterial inner membrane. Previously, we identified SRP suppressors in Escherichia coli that inhibit translation initiation and elongation, which provided insights into the mechanism of bypassing the requirement of SRP. Suppressor mutations tended to be located in regions that govern protein translation under evolutionary pressure. To test this hypothesis, we re-executed the suppressor screening of SRP. Here we isolated a novel SRP suppressor mutation located in the Shine-Dalgarno sequence of the S10 operon, which partially offset the targeting defects of SRP-dependent proteins. We found that the suppressor mutation decreased the protein translation rate, which extended the time window of protein targeting. This increased the possibility of the correct localization of inner membrane proteins. Furthermore, the fidelity of translation was decreased in suppressor cells, suggesting that the quality control of translation was inactivated to provide an advantage in tolerating toxicity caused by the loss of SRP. Our results demonstrated that the inefficient protein targeting due to SRP deletion can be rescued through modulating translational speed and accuracy.

Due to the complexity of regulatory networks of disease-related biomarkers, developing simple, sensitive, and accurate methods has remained challenging for precise diagnosis. Herein, an "AND" logic gates DNA molecular machine (LGDM) was constructed, which was powered by the catalytic hairpin assembly (CHA). It was coupled with dual-emission CdTe quantum dots (QDs)-based cation exchange reaction (CER) for label-free, sensitive, and ratiometric fluorescence detection of APE1 and miRNA biomarkers. Benefiting from synergistic signal amplification strategies and a ratiometric fluorometric output mode, this LGDM enables accurate logic computing with robust and significant output signals from weak inputs. It offers improved sensitivity and selectivity even in cell extracts. Using dual-emission spectra CdTe QDs, with a ratiometric signal output mode, ensured good stability and effectively prevented false-positive signals from intrinsic biological interferences compared to the approach relying on a single signal output mode, which enabled the LGDM to achieve rapid, efficient, and accurate natural drug screening against APE1 inhibitors in vitro and cells. The developed method provides impetus to streamline research related to miRNA and APE1, offering significant promise for widespread application in drug development and clinical analysis.

Nearly all motile cilia contain a central apparatus (CA) composed of two connected singlet-microtubules with attached projections that play crucial roles in regulating ciliary motility. Defects in CA assembly usually result in motility-impaired or paralyzed cilia, which in humans causes disease. Despite their importance, the protein composition and functions of the CA projections are largely unknown. Here, we integrated biochemical and genetic approaches with cryo-electron tomography to compare the CA of wild type Chlamydomonas with CA mutants. We identified a large (>2 MDa) complex, the C1a-e-c supercomplex, that requires the PF16 protein for assembly and contains the CA components FAP76, FAP81, FAP92, and FAP216. We localized these subunits within the supercomplex using nanogold-labeling and show that loss of any one of them results in impaired ciliary motility. These data provide insight into the subunit organization and three-dimensional (3D) structure of the CA, which is a prerequisite for understanding the molecular mechanisms by which the CA regulates ciliary beating.