A bacterial cloning system for mapping and analysis of complex genomes has been developed. The BAC system (for bacterial artificial chromosome) is based on Escherichia coli and its single-copy plasmid F factor. It is capable of maintaining human genomic DNA fragments of greater than 300 kilobase pairs. Individual clones of human DNA appear to be maintained with a high degree of structural stability in the host, even after 100 generations of serial growth. Because of high cloning efficiency, easy manipulation of the cloned DNA, and stable maintenance of inserted DNA, the BAC system may facilitate construction of DNA libraries of complex genomes with fuller representation and subsequent rapid analysis of complex genomic structure.

Integral feedback control is a basic engineering strategy for ensuring that the output of a system robustly tracks its desired value independent of noise or variations in system parameters. In biological systems, it is common for the response to an extracellular stimulus to return to its prestimulus value even in the continued presence of the signal—a process termed adaptation or desensitization. Barkai, Alon, Surette, and Leibler have provided both theoretical and experimental evidence that the precision of adaptation in bacterial chemotaxis is robust to dramatic changes in the levels and kinetic rate constants of the constituent proteins in this signaling network [Alon, U., Surette, M. G., Barkai, N. & Leibler, S. (1998) Nature (London) 397, 168–171]. Here we propose that the robustness of perfect adaptation is the result of this system possessing the property of integral feedback control. Using techniques from control and dynamical systems theory, we demonstrate that integral control is structurally inherent in the Barkai–Leibler model and identify and characterize the key assumptions of the model. Most importantly, we argue that integral control in some form is necessary for a robust implementation of perfect adaptation. More generally, integral control may underlie the robustness of many homeostatic mechanisms.

In vertebrates, peripheral chemosensory neurons express large families of G protein-coupled receptors (GPCRs), reflecting the diversity and specificity of stimuli they detect. However, somatosensory neurons, which respond to chemical, thermal, or mechanical stimuli, are more broadly tuned. Here we describe a family of approximately 50 GPCRs related to Mas1, called mrgs, a subset of which is expressed in specific subpopulations of sensory neurons that detect painful stimuli. The expression patterns of mrgs thus reveal an unexpected degree of molecular diversity among nociceptive neurons. Some of these receptors can be specifically activated in heterologous cells by RFamide neuropeptides such as NPFF and NPAF, which are analgesic in vivo. Thus, mrgs may regulate nociceptor function and/or development, including the sensation or modulation of pain.

Six cytoplasmic the gene products are required for signal transduction in bacterial chemotaxis, but the nature of their biochemical interactions is not known. We show that in vitro the CheA protein becomes autophosphorylated in the presence of ATP In addition, the phosphate group on CheA can be rapidly transferred to CheB, a protein involved in adaptation to stimuli, or to CheY, a protein involved in the excitation response. The phosphorylation of CheB and CheY is transient; they readily dephosphorylate. We have also found that CheZ, a protein that appears to antagonize CheY function in vivo, accelerates the hydrolysis of the phosphate on CheY. These results suggest that signal transduction in bacterial chemotaxis may involve the flow of phosphate through a cascade of phosphorylated protein intermediates.

The hyperthermophile Nanoarchaeum equitans is an obligate symbiont growing in coculture with the crenarchaeon Ignicoccus. Ribosomal protein and rRNA-based phylogenies place its branching point early in the archaeal lineage, representing the new archaeal kingdom Nanoarchaeota. The N. equitans genome (490,885 base pairs) encodes the machinery for information processing and repair, but lacks genes for lipid, cofactor, amino acid, or nucleotide biosyntheses. It is the smallest microbial genome sequenced to date, and also one of the most compact, with 95% of the DNA predicted to encode proteins or stable RNAs. Its limited biosynthetic and catabolic capacity indicates that N. equitans' symbiotic relationship to Ignicoccus is parasitic, making it the only known archaeal parasite. Unlike the small genomes of bacterial parasites that are undergoing reductive evolution, N. equitans has few pseudogenes or extensive regions of noncoding DNA. This organism represents a basal archaeal lineage and has a highly reduced genome.

The guanosine triphosphate-binding proteins (G proteins) found in a variety of tissues transduce signals generated by ligand binding to cell surface receptors into changes in intracellular metabolism. Amino acid sequences of peptides prepared by partial proteolysis of the alpha subunit of a bovine brain G protein and the alpha subunit of rod outer-segment transducin were determined. The two proteins show regions of sequence identity as well as regions of diversity. A portion of the amino-terminal peptide sequence of each protein is highly homologous with the corresponding region in the ras protein (a protooncogene product). These similarities suggest that G proteins and ras proteins may have analogous functions.

The murine G-protein α-subunit Gα15 and its human counterpart Gα16 are expressed in a subset of hematopoietic cells, and they have been shown to regulate β-isoforms of inositide-specific phospholipase C. We studied the ability of a variety of receptors to interact with Gα15 and Gα16 by cotransfecting receptors and G-protein α-subunits in COS-7 cells. Activation of β2 adrenergic and muscarinic M2 receptors in cells expressing the receptors alone or together with Gαq, Gα11, or Gα14 led to a very small stimulation of endogenous phospholipase C. However, when the receptors were coexpressed with Gα15 and Gα16, addition of appropriate ligands caused a severalfold increase in inositol phosphate production which was time- and dose-dependent. A similar activation of phospholipase C was observed when several other receptors which were previously shown to couple to members of the Gi and Gs family were coexpressed with Gα15. In addition, stimulation of inositol phosphate formation via receptors naturally coupled to phospholipase C was enhanced by cotransfection of Gα15 and Gα16. These data demonstrate that Gα15 and Gα16 are unique in that they can be activated by a wide variety of G-protein-coupled receptors. The ability of Gα15 and Gα16 to bypass the selectivity of receptor G-protein interaction can be a useful tool to understand the mechanism of receptor-induced G-protein activation. In addition, the promiscuous behavior of Gα15 and Gα16 toward receptors may be helpful in finding ligands corresponding to orphan receptors whose signaling properties are unknown. The murine G-protein α-subunit Gα15 and its human counterpart Gα16 are expressed in a subset of hematopoietic cells, and they have been shown to regulate β-isoforms of inositide-specific phospholipase C. We studied the ability of a variety of receptors to interact with Gα15 and Gα16 by cotransfecting receptors and G-protein α-subunits in COS-7 cells. Activation of β2 adrenergic and muscarinic M2 receptors in cells expressing the receptors alone or together with Gαq, Gα11, or Gα14 led to a very small stimulation of endogenous phospholipase C. However, when the receptors were coexpressed with Gα15 and Gα16, addition of appropriate ligands caused a severalfold increase in inositol phosphate production which was time- and dose-dependent. A similar activation of phospholipase C was observed when several other receptors which were previously shown to couple to members of the Gi and Gs family were coexpressed with Gα15. In addition, stimulation of inositol phosphate formation via receptors naturally coupled to phospholipase C was enhanced by cotransfection of Gα15 and Gα16. These data demonstrate that Gα15 and Gα16 are unique in that they can be activated by a wide variety of G-protein-coupled receptors. The ability of Gα15 and Gα16 to bypass the selectivity of receptor G-protein interaction can be a useful tool to understand the mechanism of receptor-induced G-protein activation. In addition, the promiscuous behavior of Gα15 and Gα16 toward receptors may be helpful in finding ligands corresponding to orphan receptors whose signaling properties are unknown.