murj - lamission.edu · stem-murj volume 1, june 2012 1 | page !!! losangelesmissioncollege$...

31
Volume 1 November 2012 MURJ Mission Undergraduate Research Journal

Upload: others

Post on 09-Sep-2019

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Volume 1 November 2012

MURJ Mission Undergraduate Research Journal

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

1 | P a g e

     

Los  Angeles  Mission  College  Title  III,  STEM  (Science,  Technology,  Engineering  and  Math)  Program  

 Mission  Undergraduate  Research  Journal  

MURJ    

Volume  1  November  2012  

             Publisher    Los  Angeles  Mission  College  STEM  Program  in  collaboration  with  Title  V-­‐ISSA  (Improving  Student  Success  and  Access)  Program,  Science  Success  Center    LAMC  Faculty  Lead:  Michael  Reynolds  STEM  Director:  Parvaneh  Mohammadian    Title  V  Assistant  Dean:  Young-­‐Ji  Lee   Editor:  Lilit  Haroyan        ©2012  Los  Angeles  Mission  College,  STEM    http://lamission.edu/stem/  STEM  and  Title  V  Programs  are  funded  by  the  U.S.  Department  of  Education          

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

2 | P a g e

           

 

The  mission  of  the  Mission  Undergraduate  Research  Journal  (MURJ)  is  to  encourage,  recognize,  and  

reward  students’  academic  activity  outside  the  classroom,  while  providing  an  opportunity  for  the  sharing  

of  research  and  ideas.  MURJ  strives  to  encourage  students  to  become  interested  in  science  research  by  

providing  a  forum  for  studied  work  and  knowledge  between  the  STEM  disciplines  

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

3 | P a g e

       

Letter  From  the  Editor   Dear  Reader,  

It  is  with  great  pride  and  anticipation  that  we  publish  the  first  volume  of  Mission  Undergraduate  Research  Journal  (MURJ)  at  Los  Angeles  Mission  College  (LAMC).  LAMC  STEM  Program  is  very  pleased  to  present  undergraduate  science  research  done  by  LAMC  students.    

Enclosed  in  this  journal  are  articles  written  by  members  of  summer  2012  internship  program.  The  articles  represent  the  results  of  work  performed  over  a  twelve-­‐week  period.  All  students  participating  in  the  program  experienced  scientific  writing  for  the  very  first  time.    

The  STEM  Program  plans  to  expand  and  formalize  the  undergraduate  research  activities  at  Mission.  It  is  determined  to  expand  the  undergraduate  research  in  other  STEM  disciplines  and  plans  to  contribute  to  the  Physical  and  Life  Sciences.  

LAMC  STEM  faculty  and  program  team  are  dedicated  to  the  effort.  We  would  like  to  especially  thank  Professor  Michael  Reynolds,  Life  Sciences  Department  Chair,  whose  guidance  and  dedication  were  crucial  in  piloting  the  summer  2012  internship  program.  We  also  want  to  thank  Professors  Aida  Metzenberg,  Stan  Metzenberg,  Randy  Cohen,  and  Ray  Hong  from  California  State  University,  Northridge  for  opening  the  doors  and  providing  meaningful  learning  experiences  for  our  students.    

It  is  our  hope  that  MURJ  will  serve  as  an  inspirational  tool  to  our  students  and  faculty.  The  undergraduate  research  opportunities  will  nurture  a  community  of  students  in  their  pursuit  of  excellence.  

Sincerely,        Lilit  Haroyan,  Editor  November,  2012  

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

4 | P a g e

Contents      

A  Letter  from  the  Editor   3  

Non-­‐Viral  Vectors  and  the  Trojan  Horse  as  Therapeutic  Agents  for  Mucopolysaccharidosis  type  2  John  Daniel  David  

4  

Exercise  and  Its  Effects  on  the  Spastic  Han-­‐Wistar  Rat  with  Ataxia  Natalie  Derkrikorian   10  

The  Extraction  and  Identification  of  Wild  Nematodes  Through  the  Use  of  the  Small  Subunit  18  (SSU  18)  gene  Veronica  Guizar  

13  

Gene  Therapy  Using  A  Non-­‐Viral  Vector  For  Mucopolysaccharidosis  Type  2  Eduardo  Martin   21  

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

5 | P a g e

     

Non-­‐Viral  Vectors  and  the  Trojan  Horse  as  Therapeutic  Agents  for  Mucopolysaccharidosis  

type  2    John  Daniel  David,  Sponsored  by  Professors  Aida  Metzenberg  and  Stan  Metzenberg,  Department  of  Biology,  California  State  University,  Northridge,  18111  Nordhoff  Street,  Northridge,  California  91330      

INTRODUCTION    Lysosomes  can  be  best  described  as  the  waste  center  of  a  cell.  They  break  down  waste  material  and  cell  debris.  Lysosomes  contain  enzymes  which  do  the  work  of  breaking  down  the  waste  located  in  the  cell.  Lysosomal   Storage   Disorders,   also   known   as   LSD’s,   are   primarily   the   result   of   functionally   defective  enzymes   within   the   lysosomes.   Mucopolysaccharidosis   is   a   family   of   LSD’s,   in   which   there   are   9  metabolic   disorders   that   comprise   the   various   types   of   mucopolysaccharidosis   (MPS).   These   nine  metabolic   disorders   are   due   to   certain   enzyme   inactivity   in   the   lysosomes   that   prevent   them   from  breaking  down  important  glycosaminoglycans.      Glycosaminoglycans   are   long   chains   of   sugar   carbohydrates   that   are   responsible   for   things   such   as  helping   build   bones,   cartilage,   tendons,   corneas,   skin   and   connective   tissue.   Mucopolysaccharidosis  Type   2   (MPS2)   is   commonly   known   as   Hunter’s   Syndrome   and   it   arises   from   insufficient   or   lack   of  Iduronate  2  Sulfatase  (I2S)  due  to  mutations  within  the  gene  that  codes  for  it.    Since  MPS2  is  caused  by  a  lack  of  I2S,  this  experiment  will  also  consist  of  injecting  the  I2S  enzyme  into  the  patients.  A  method  called  the  Trojan  Horse  will  also  be  used   in  order  to  deliver  the   I2S  across  the  blood-­‐brain   barrier.   The   non-­‐viral   vectors   that   are   going   to   be   studied   include   pEPito   and   pUMVC3  which  will  be  used  to  help  promote  the  IDS  gene  that  will  be  placed  into  the  MPS2  patients.        

MATERIALS  AND  METHODS    Competent  cells  from  XL  Blue  E.Coli  cells    1.  Inoculate  a  single  E.  Coli  colony  into  5  ml  of  LB  Broth  from  an  agar  plate  labeled  XL  Blue.  2.  Shake  at  37  ºC  at  50  rpm  overnight.  3.  The  next  day,  take  50  ml  of  LB  Broth  and  pour  into  a  500  ml  Erlenmeyer  flask.  4.  Add  1ml  of  your  overnight  growth  to  the  flask  containing  50ml  LB  Broth.  

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

6 | P a g e

 5.  Take  spectrophotometric  reading  at  time  zero  at  wavelength  600  nm.  6.  Place  flask  in  shaking  incubator  at  37  ºC  and  50  rpm,  making  sure  to  not  completely  seal  the  flask  with  a  cap  to  allow  for  aeration.        7.  Take  spectrophotometric  readings  hourly  at  600  nm  until  the  absorbency  reading  is  close  to  0.6  at  which  point  the  readings  should  be  taken  every  5  minutes  (600  ul  aliquots)  8.  Once  the  absorbency  has  reached  0.6  (or  significantly  close),  divide  the  cells  into  two  50  ml  falcon  tubes  (about  5  ml  into  each).  9.  Centrifuge  at  2000  xg  for  5  minutes.  10.  Discard  the  supernatant  and  add  5  ml  of  ice  cold  0.1M  CaCl  to  the  pellet  (0.5  ml  of  CaCl  into  each  falcon  tube).  10.  Gently  dissolve  the  pellet  and  transfer  all  the  contents  into  one  of  the  two  falcon  tubes.  11.  Centrifuge  at  4000xg  for  5  minutes.  3.  Discard  the  supernatant  and  add  5ml  of  cold  0.1M  CaCl.  4.  Add  glycerol  to  5%  (meaning  add  80  µl  of  glycerol  to  falcon  tube  containing  ml  of  CaCl  and  pellet)  5.  Divide  competent  cells  into  0.1  ml  aliquots  in  0.5  ml  tubes  (glass  tubes  preferred)  6.  Store  at  -­‐70  ºC.      Transformation  of  competent  cells  in  order  to  clone  pEPito.    1.  Label  two  15  ml  tubes  as  “pEPito”  and  as  “pUC19”.  Place  both  on  ice.  2.  Turn  on  the  water  bath  to  42  ºC.  Proceed  to  Step  3  only  when  at  42  ºC.  3.  Thaw  out  200  µl  of  competent  cells  and  gently  mix.  4.  Place  100  µl  of  competent  cells  into  each  falcon  tube.  5.  Add  1  µl  of  pEPito  (50pg/µl)  to  the  first  tube.  Make  sure  to  move  the  pipette  through  the  cells  while  dispensing  the  contents  in  a  circular  motion.  Gently  tap  the  falcon  tube  to  mix.  6.  Repeat  step  3  with  the  control  vector  pUC19.  7.  Place  both  tubes  in  ice  for  30  minutes.  8.  Place  your  medium  (SOC)  at  room  temperature.  9.  Heat  shock  cells  by  placing  tubes  in  a  42  ºC  water  bath  for  45  seconds.  (Note:  Be  very  careful  to  not  bump  the  tubes.)  10.  Place  tubes  in  ice  for  2  minutes.  11.  Add  900  µl  of  SOC  medium  to  each  of  the  falcon  tubes.  12.  Shake  tubes  at  37  ºC  at  225  rpm  for  1  hour.  13.  Obtain  6  plates  of  LB  Agar  and  label  the  plates:  pEP  A,  pEP  B,  pEP  C,  pUC19  A,  pUC19  B,  pUC19  C  14.  Add  the  following  to  a  sterilize  microtube:  25  µl  of  IPTG,  25  µl  of  X-­‐Gal,  25  µl  of  Ampicillin.  15.  Plating:    Add  your  75  µl  solution  from  step  14  onto  LB  Agar  Plate;  Dip  the  glass  spreader  in  70%  ethanol;  Flame  the  rod;  Allow  for  the  rod  to  cool  for  about  10-­‐15  seconds;  Spread  the  contents  throughout  the  plates.  16.  Let  the  plates  dry  for  15  minutes.  17.  Add  1  µl  of  Transformed  cells  to  plate  A  18.  Add  10  µl  of  Transformed  cells  to  plate  B  19.  Add  the  remainder  of  your  Transformed  cells  to  plate  C  20.  Repeat  steps  16  –  18  for  pUC19  21.  After  10  minutes,  flip  all  plates  labeled  A  and  B.  Allow  plate  C  to  dry  longer  before  flipping.  22.  Incubate  overnight  at  37  degrees  ºC.  

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

7 | P a g e

 23.  Next  day,  if  white  colonies  present,  take  one  single  colony  and  place  in  5mL  of  LB  at  37C  at  240rpm  for  12hrs.  24.  Also,  take  one  colony  and  inoculate  a  slant  by  stabbing.  25.  Perform  Plasmid  purification  aka  Wizard        PCR  For  Ligation-­‐Independent  Subcloning    Using  40mer  Primers.  20  of  which  match  the  vector  and  20  of  which  match  the  insert  Standard  Reactants  Standard  Reactants  Volume  (µl)  di  H20  36.0  5x  Phusion  HF  Buffer  (7.5  mM  Mg  +2)  10.0  dNTPs  (25mM)  0.5  Primer  1  (5pmol/  µl)  1.0  Primer  2  (5pmol/  µl)  1.0  Phusion  DNA  Polymerase  (2U/  µl)  1.0    PCR  Conditions:  50uL  reactions,  2  holds  Temperature  Time  #  of  Cycles  97.0  C  5  Seconds  No  cycles  97.0  C  15  Seconds  10  cycles  55.0  C  15  Seconds  10  cycles  72.0  C  90  Seconds  10  cycles  97.0  C  15  Seconds  25  cycles  72.0  C  90  Seconds  25  cycles  72.0C  5  minutes  No  cycles  4.0C  Infinity  No  cycles  *Clean  your  area,  discard  pipette  tips  appropriately  and  put  everything  away.    Agarose  Gel  Electrophoresis    http://www.methodbook.net/dna/gelextrc.html    1.  Weigh  out  agarose  (a  2%  gel  weights  2.0grams  in  100  ml  of  50X  TAE  Buffer;  to  be  a  1X  Final).  2.  Microwave  to  dissolve  agarose,  being  careful  not  to  allow  it  to  boil  over.  Let  it  cool  until  you  can  touch  the  flask  with  your  hands.  3.  Cover  the  north  and  south  ends  of  the  gel  mold  using  tape  or  press  and  seal.  Pour  the  warm  agarose  into  the  gel  mold  and  allow  to  cool  completely  until  it  solidifies.  4.  Assemble  the  electrophoresis  apparatus,  and  connect  the  electrodes  to  the  power  supply.  5.  Remove  the  tape  and/or  the  press  and  seal  from  the  mold  and  place  the  mold  on  the  electrophoresis  apparatus.  6.  Run  the  gel  at  100  volts  for  1  hour.  7.  Stain  gel  in  a  1:1,000  dilution  of  10mg/ml  ethidium  bromide  stock  solution  for  10  minutes.  Rinse  gel  in  diH20.  8.  Irradiate  with  UV  light  to  reveal  the  DNA.    

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

8 | P a g e

 9.  Photograph  illuminated.  Do  not  discard  the  gel  until  the  experiment  is  finished.  You  may  wrap  the  gel  in  Saran  Wrap  and  refrigerate  to  store,  but  note  that  over  time,  the  contents  of  the  gel  will  exit  the  gel  by  diffusion.    7.5%  PAG  Electrophoresis  (PAGE)    Mini-­‐Protean  3  Cell    10.1x7.3cm  thin  plate  (165-­‐3308)  thick  plate  (165-­‐3310)  PAGE  –  General  Calculations  Size  of  gel  =  Depth  x  Width  x  Length  For  example,  a  gel  might  be  10  x  10  cm  squared,  and  0.75  mm  thick.  The  volume  of  the  gel  would  be  7.5mL  (remember  that  1cm  =  10mm).    Place  one  of  the  short  glass  plates  and  one  of  the  long  glass  plates  together  with  a  grey  rubber  spacer  between  the  plates  on  each  side.  Place  these  two  glass  slides  in  the  green  holder.  Make  sure  that  the  glass  slides  are  evenly  aligned  in  the  green  holder.  Place  the  green  holder  along  with  the  glass  slides  onto  the  plastic  "house."  Clamp  the  plates  onto  the  poring  stand.  Pore  the  gel  with  catalysts  (TEMED  and  APS)  between  the  plates.  After  polymerization,  load  the  gel.  Snap  the  arms  of  the  green  holder  together,  to  ensure  a  tight  seal.    1.  Obtain  a  beaker  or  flask  for  each  planned  gel.  The  following  solutions  are  to  be  put  in  the  beaker/  Percentage  =  Grams  /  100  ml  2.  Prepare  a  solution  acrylamide:bisacrylamide  (20:1  acrylamide:bisacrylamide,  molar  ratio).  3.  For  a  7.5%  gel,  pipette  in  4.  Bring  volume  to  5.95ml  with  nH2O  (for  a  6.5%  on  a  7.5ml  gel  it  equals  6.13ml  of  nH2O)  5.  Under  the  fume  hood,  for  a    7.5  mL  gel,  add  10  µl  of  TEMED  simultaneously  with  the  addition  of  60uL  of  10%  APS.  If  the  volume  is  different  from  a  7.5ml,  increase  the  catalysts  or  decrease  them  proportionally.  For  example,  for  a  9x10x.75  =  6.75mL  gel,  6.5/7.5  X  6.0  =  5.2  µl  of  TEMED  and  31.2  µl  of  10%  APS  (To  make  the  APS  solution,  by  weighing  out  0.1  gram  of  APS  and  adding  1  mL  of  nH2O.  Make  this  working  solution  in  a  1.5  mL  tube.  This  can  be  stored  at  -­‐  20  degrees  for  2  weeks.  Please  be  sure  to  date  the  tube).  6.  Rapidly  pour  the  gel  so  that  pouring  precedes  polymerization.  7.  Pipette  the  solution  from  the  beaker  or  flask  between  the  plates.  (Each  set  up  is  different.)  Be  careful  not  to  introduce  any  air  bubbles.  Pipette  until  solution  is  all  the  way  to  the  top.  Insert  the  comb(s)  (green)  immediately  into  the  gel.  You  will  notice  solution  pouring  out,  but  that’s  okay.  8.  Let  the  gel  polymerize  for  about  an  hour.    

                   

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

9 | P a g e

   

RESULTS  

Figure  1.  Plates  Containing  E.  Coli  

 Figure   1   contains   6   plates;   three   of  which   contain   streaks   of   bacteria   containing   the     control   vector,  pUC19,  and  the  three  on  the  bottom  contain  streaks  of  bacteria  containing  the  vector  we  are  testing,  pEPito.  Each  plate  consist  of  LB  agar  and  ampicillin.  The  plates  show  the  amount  of  solution  containing  the  bacteria  that  was  spread  on  them.  On  the  bottom  row,  you  can  see  in  red  that  there  is  10  microliters  of  bacteria  solution  spread  on  the  plate,  100  on  the  next,  and  whatever  was  left  over  of  the  solution  on  the   last   plate.   The   same   amounts  were   spread   on   each   of   the   corresponding   control   plates   that   are  shown  above  the  test  plates.  The  plates  were  incubated  overnight  at  37  degrees  celsius.    

Figure  2.  Agarose  Gel  Containing  Digested  and  Undigested  pEPito  

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

10 | P a g e

 Figure  2  displays  a  1%  agarose  gel   that  was  run  for  1.5  hours  at  90  volts.   It  contains  a   ladder  the  first  well.   The   third  well   contains  undigested  pEPito.   The   fifth  well   contains  pEPito   that  was  digested  with  two  restriction  enzymes,  SFi1  and  Apa1.  The  seventh  well  contains  pEPito  that  was  digested  with  a  single  restriction   enzyme,   Apa1.   The   ninth   well   contains   pEPito   that   was   digested   with   a   single   restriction  enzyme,  SFi1.  The  pEPito  that  was  used  in  this  experiment  was  purified  using  Wizard®  Plus  SV  Minipreps  DNA  Purification  System.      

DISCUSSION    The  purpose  of  the  experiment  shown  in  Figure  1  was  to  transform  bacteria  so  that  they  would  contain  the   pEPito   vector.  We   know   that   this  worked   because   the   pEPito   vector   is   resistant   to   ampicillin.   As  shown,  the  plates  contain  ampicillin,  but  since  the  bacteria  took  in  the  pEPito  vector,  it  was  able  to  grow  and  multiply.    The  purpose  of  the  experiment  in  Figure  2  was  to  see  if  we  were  able  to  digest  pEPito  and  cut  them  at  certain  restriction  sites.  In  our  case,  the  sites  were  Apa1  and  Sfi1.  It  appears  that  our  experiment  did  not  work.  As  demonstrated  in  well  3,  there  are  multiple  strands.  Since  there  was  no  cutting  of  the  DNA  in  well  3,  there  should  only  be  one  strand  of  DNA.  The  other  wells  also  do  not  seem  to  have  the  correct      amount  of  strands.  A  source  of  error  in  this  experiment  may  have  either  occurred  while  they  were  in  the  PCR  machine.  The  DNA  does  not  seem  to  have  digested  properly.  Another  possibly  cause  is  the  run  time  of  the  gel  using  electrophoresis.  A  longer  run  time  may  have  made  the  lines  more  visible  and  distinct.    Further  research  can  be  done  to  increase  the  efficiency  of  cloning  bacteria  with  a  desired  vector,  as  we  had   many   problems   getting   the   bacteria   to   transform   correctly.   The   information   obtained   in   these  experiments  may  lead  to  finding  a  better  suitable  vector  for  projects  pertaining  to  gene  therapy.          

REFERENCES    Muenzer   J.   The   mucopolysaccharidoses:   a   heterogeneous   group   of   disorders   with   variable   pediatric  presentations.  J  Pediatr.  2004  May;144(5  Suppl):S27-­‐34.  

     

ACKNOWLEDGEMENTS    

I  would   like   to   thank  Dr.  Aida  Metzenberg   for   allowing  me   to  work   in  her   lab   and     to   do   the   various  experiments  in  this  paper.  I  would  also  like  to  thank    Ozvaldo  Larios  who  mentored  me    and  my  fellow  interns  during  the  summer.  To  my  fellow  interns,  Edward  Martin,  and  Joyce  Rivera,  it  was  great  getting  to  know  you   two  over   the   summer  and   it  was  great  working  on   these  experiments   together.   Lastly,   I  would   like  to  thank  Professor  Mike  Reynolds  for  the  opportunity  to  work   in  this  summer   internship  at  CSUN.  

       

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

11 | P a g e

       

   

Exercise  and  Its  Effects  on  the  Spastic  Han-­‐Wistar  Rat  with  Ataxia  

 Natalie  Derkrikorian,  Sponsored  by  Professor  Randy  Cohen,  Department  of  Biology,  California  State  University,  Northridge,  18111  Nordhoff  Street,  Northridge,  California  91330    

 INTRODUCTION  

 Ataxia   is   a   disease   that   affects   millions   of   people.   It   presents   itself   with   signs   of   gate  incoordination,  tremor,  instability,  muscle  wasting,  hind  limb  stiffness  and  gaze  apraxia.  Ataxia  results   in   histopathologic   abnormalities,  microscopic   anatomical   changes   in   diseased   tissues,  indicating  a  loss  in  Purkinje  and  granular  cells.      The  spastic  Han-­‐Wistar   rat   (sHW)  suffers   from  a  neurodegenerative  disorder,   the   result  of  an  autosomal,   recessive  mutation.   Due   to   its  mutation,   the  mutant   sHW   rat   encounters   loss   of  motor  coordination,  the  incapability  to  walk  or  feed  and  an  early  death  at  sixty  days  of  age.      Studies  have  shown  that  exercise  leads  to  an  improvement  of  those  suffering  from  ataxia  and  cognitive   dysfunction.   With   treadmill   exercise,   mutant   sHW   rats   show   a   reduction   of  degeneration  in  certain  regions  of  the  brain,  improving  their  mobility,  balance,  and  walk.  Due  to  the   fact   that   the   sHW   rat   shows   a   loss   of   neurons   in   the   cerebellum,   it   can   be   studied   to  understand  the  effects  of  exercise  on  neurodegeneration  in  the  early  stages  of  ataxias.    

MATERIALS  AND  METHODS    The  goal  of  the  study  was  to  evaluate  the  effects  of  exercise  on  prolonged  existence,  physical  activity   and   survivorship   of   cerebellar   Purkinje   cells   in   the   sHW   rat.  Mutant   littermate   pairs  were   randomly   chosen   as   non-­‐runners   and   runners   in   the   treadmill   exercise   study,   yet  remaining  together  throughout  the  duration  of  the  study.  Five  days  a  week  the  runner  rats  ran  on   a   Columbus   Instruments   Exer   3Rmotorized   treadmill   at   15.0m/min   on   a   15%   incline   for  thirty  minutes.  Weight  gain  or  loss  was  monitored  every  five  days  over  the  lifespan  of  the  rats,  and  prolonged  existence  was  estimated  in  both  the  runner  and  non-­‐runner  groups.  Conditions  were  slightly  altered  for  runners  as  they  aged  and  their  disease  progressed,  making  it  suitable  in  speed  or  treadmill  slope  for  the  rat  to  complete  its  thirty  minute  run.          

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

12 | P a g e

   

RESULTS  Table 1

GROUP #(M-RC-R) 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

VG8L1 7 65.7 88.5 105 133 145 140 112 NG4L4 1 113 136 156 179 191 197 174 AVERAGE 89.1 112 130 156 168 169 143 STANDARD ERROR 23.4 23.9 25.6 23.2 23.3 28.5 31.1

Table  1  shows  the  weight  progress  of  male  sHW  rats  starting  at  thirty  days  from  birth  until  life.  These  sHW  rats  were  on  a  regular  diet  and  ran  five  days  a  week  at  15.0m/s  for  thirty  minutes.       Table 2

GROUP #(M-RC-NR) 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

NG5L2 11 91.7 132 149 167 189 191 OG5L5 7 86.1 162 178 207 263 263 280 285 AVERAGE 86.1 91.7 147 164 187 226 227 280 285 STANDARD ERROR 14.8 14.6 20 37.1 36

Table  2  shows  the  weight  progress  of  male  sHW  rats  starting  at  thirty  days  from  birth  until  life.  These  sHW  rats  were  non-­‐runners  on  a  regular  diet.        

     

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

13 | P a g e

     

DISCUSSION    

Possible   neuroprotective   effects   were   evaluated   as   the   rats   began   their   treadmill   regimes.  Research  results  showed  no  significant  differences  in  body  weight  between  the  sHW  runner  and  non-­‐runner  rats  at  the  start  of  the  trial.  As  they  aged  to  be  around  60  days  old,  there  was  an  improvement  in  sustained  body  weight  in  the  running  group  in  comparison  to  the  non-­‐runner  mutant  sibling.      Previous  researches  had  shown  sHW  mutant  rats  to  have  an  average  lifespan  of  63.2±1.9  days.  Through  exercise  treatments  the  lifespan  of  the  sHW  rats  statically  increased  by  13%,  surviving  an  average  of  70.4±2.1  days.  There  was  a  significant  increase  in  their  motor  activity  and  weights  after  50-­‐55days  of  age.      With   future  research,  we  can  try   to  get  a  better  understanding  of   the  molecular  mechanisms  and   pathways   that  mediate   exercise   induced   neuroprotection,   resulting   treadmill   exercise   to  the  progressive  loss  of  Purkinje  cells  and  successive  motor  skills.    

REFERENCES    

Uhlendorf,  T.L.,  et  al.,  Neuroprotective  effects  of  moderate  aerobic  exercise  on  the  spastic  Han–  Wistar  rat,  a  model  of  ataxia,  Brain  Res.  (2010),  doi:10.1016/j.brainres.2010.10.094            

   

ACKNOWLEDGEMENTS    I  want  to  thank  Dr.  Randy  Cohen  for  the  amazing  opportunity  and  allowing  me  to  join,  participate  and  be  a  part  of  his  research.  Also,  I  would  like  to  thank  Toni  Uhlendorf  and  Shahab  Younesi  for  all  their  constant  support,  guidance  and  aid  in  making  sure  I  understand  why  and  what  I  am  doing.  I  would  lastly  like  to  thank  Professor  Mike  Reynolds  for  allowing  me  to  participate  in  this  summer  internship  and  opening  up  many  opportunities  for  me.      

           

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

14 | P a g e

     

The  Extraction  and  Identification  of  Wild  Nematodes  Through  the  Use  of  the  Small  Subunit  

18  (SSU  18)  gene    Veronica  Guizar,  Sponsored  by  Professor  Ray  Hong,  Department  of  Biology,  California  State  University,  Northridge,  18111  Nordhoff  Street,  Northridge,  California  91330      

   

INTRODUCTION    Scarab  Beetles  are  a  diverse  family  of  Beetles  that  are  located  in  many  parts  of  the  world.  Many  begin  to  emerge   around   the  month   of   June   after   dusk.   Different   species   of   nematodes   are   known   to   display  necromenic  interactions  with  these  beetles,  including  Pristionchius  Pacificus.  P.  Pacificus  lives  inside  the  live  beetle  in  a  dauer  stage  (a  type  of  hibernating  state),  waiting  for  the  insect  to  die  in  order  to  emerge  and   feed   on   the   bacteria   provided   by   the   dead   beetle.   In   this   experiment,   Cyclocephala   Hirta  Cyclocephala  Pasadena  beetles  were  cut  open  in  order  to  extract  different  species  of  nematodes.  These  nematodes  were  then  identified  through  the  sequencing  of  the  Small  Subunit  rDNA  (SSU  18  gene).         The   SSU   18   gene   has   revolutionized   the   world   of   Nematode   phylogeny,   providing   a   more  accurate  phylogenic  history  than  morphological  characterization  had  provided  before.  According  to  Paul  de  Ley,  Professor  of  Department  of  Nematology  at  UCR,  there  are  600  nematode  species  that  have  been  identified   based  on   SSU   rDNA   sequences.1   The   SSU  18   gene   is   a   reliable  molecular  marker   due   to   its  orthologous  nature,  which  allows  for  comparison  of  different  nematode  sequences.            

MATERIALS  AND  METHODS    

Obtaining  Wild  Worms    Cut  open  a  scarab  beetle  in  half  onto  an  agar  plate,  parafilm  the  plate,  and  allow  the  beetle  to  sit  for  2  weeks.  Some  beetles  might  yield  nematodes.        

1    “A  Quick  Tour  of  Nematode  Diversity  and  the  Backbone  of  Nematode  Phylogeny.”  Paul  De  Ley,  Department  of  Nematology,  University  of  California  -­‐  Riverside,  Riverside,  CA  92521,  USA  

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

15 | P a g e

Courtesy of Dr. Hong Figure  1.  These  beetles  were  cut  open  in  order  to  extract  the  nematodes  from  their  hosts.      Obtaining  a  Molecular  Marker  from  Nematodes:  Small  Ribosomal  RNA  Gene  (SSU,  18S)    Isolation  of  Genomic  DNA    Pick  a  single  worm  obtained  from  the  wild  into  3  µl  of  single  worm  lysis  buffer  containing  Proteinase-­‐K  into  a  PCR  tube.  Heat  in  PCR  machine  at  65°C  for  1  hour,  95°C  for  10  minutes  and  then  allow  it  to  cool  to  room  temperature.      PCR:    Apex  Mix:  

• 2mM  dNTPs  (1.5µl)  • 10x  Taq  Buffer  (2µl)  • 5  U/uL  Taq  polymerase  (0.2µl)  • H20    

 Prepare  a  master  mix  that  can  divide  into  18  µl  samples  containing:  

• 10  µl  Apex  mix  • 1      µl    RH  5401  primer  • 1      µl    RH  5402  reverse  primer  • 6      µl  deionized  H20  

   

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

16 | P a g e

 Then  add  the  2  µl  of  the  wild  worm  DNA  into  the  appropriate  PCR  tube.    Run  the  PCR  reaction  for  35  cycles  at:  

• 94°C  –  3  minutes  • 92°C  –  45  seconds    • 55°C  –  45  seconds  • 72°C  –  1  minute  15  seconds  • LAST  EXTENSION:  72°C  –  3  minutes    

Gel  Analysis:    Make   a   1%   agarose   gel   using   50   ml   of   1x   TBE   buffer   and   0.5   grams   of   agarose.   Heat   solution   in  microwave  for  1  minute  30  seconds,  stirring  every  30  seconds.  Add  2  µl  of  ethidium  bromide.  Assemble  the   75   ml   bed,   pour   the   solution,   and   allow   it   to   solidify   for   30   minutes.   Insert   bed   into   Gel  Electrophoresis  apparatus  filled  with  1x  TBE  buffer.      Prepare  each  PCR  sample  by  obtaining  5  µl  of  PCR  product+  3µl  of  gel   loading  solution  and   load  each  sample  into  its  separate  well.  Run  the  gel  at  100  V  for  45  minutes.  Then  obtain  your  picture  using  a  UV  light.  Expect  ~900  bp  PCR  product  band.      Direct  Sequencing  of  DNA  fragment  (~20  ng/ul)    Add   2   volumes   of   DNA   Binding   Buffer   for   each   sample.   Set   up   centrifuge   tubes   with   filter,   and   add  sample  directly  to  filter  top.  Centrifuge  at  the  highest  speed  available  for  1  minute.  Add  200  µl  of  Wash  buffer  with  Ethanol  and  centrifuge  again  at  highest  speed  for  2  minutes.  Place  filters  onto  new  tubes  and  add   15   µl   of   nanopure  water,   centrifuge   at   highest   speed   for   1  minute.   Provide   a   5   µl   purified   DNA  sample  +  1  µl  of  10  mM  RH5403  per  sample  for  sequencing.  Priming  will  start   inside  the  PCR  product,  giving  ~500  bp  sequence.  After  sequencing,  the  results  were  blasted  on  the  NCBI  website  in  order  to  find  the  closest  nucleotide  sequence  match.  

RESULTS    

 Figure  2.  1%  agarose  gels  showing  PCR  band  products  for  nematodes  5,6,7,8,9,  10  and  lab  sample  PS  312.    

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

17 | P a g e

Figure  3.  1%  agarose  gels  showing  PCR  band  products  for  nematodes  11,  12,  13.1,  14.1,  13.2,  15,  16.1,  16.2.  

Figure  4.  1%  agarose  gels  showing  PCR  band  products  for  nematodes  18.1,  18.2  ,19.1,  20,  21.1,  21.2,  22.1,  23.1,  24,  25.        

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

18 | P a g e

Figure  5.  1%  agarose  gels  showing  PCR  band  products  for  nematodes  27.1,28,  30,  31,  32,  33.1,  33.2,  43.2,  45.1,  45.2,  46.1.    

Figure  6.  1%  agarose  gels  showing  PCR  band  products  for  nematodes  30,  34.2,  35.1,  35.2,  36.1,  36.2,  37,  38,  39,  40,  34.2,  43.2,  44.2.    

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

19 | P a g e

WILD  WORMS  SEQUENCING  RESULTS                                                                                                                                  Species  

Figure  7.  This  pie  chart  shows  the  percentages  of  how  often  of  the  10  different  species  of  nematodes  occurred,  of  a  total  sample  of  42  worms.        

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

20 | P a g e

Figure  8.  Sequence  alignment  of  5  of  the  most  common  species  found:  Pristionchus  Pacificus,  Pristionchus  Pseudaerivoris,  Pristionchus  Iheritieri,  Diplogasteroides  Magnus  Strain,  and  Rhabditolaimus  leukarti  Strain.  The  differences  in  nucleotides  are  displayed  by  the  different  fluorescent  colors.    

 

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

21 | P a g e

   

DISCUSSION  Using   single  worm   lysis,   PCR,   and   sequencing,  we  were   able   to   identify   10   different   types   of  

nematodes   in   the   beetles   collected   in   2012.   The   most   common   nematodes   included   Oscheius   and  Pristionchus   Pacificus.     One   of   the  more   interesting   finds   includes   the   Entomopathogenic   nematode,  Steinernema   Carpocapsae.   Another   interesting   find   includes   the   nematode   Rhabditolaimus   Leuckarti  Strain  RS5525.  When  submitting  the  sequence  into  the  NCBI  blast  program,  we  were  not  able  to  find  a  high  percent  match  for  the  sequence.  Included  in  this  paper  is  a  sequence  alignment  (Figure  8.)  between  the  5  most  common  nematodes  found  in  our  2012  beetle  collections.  This  alignment  shows  how  a  few  nucleotide  insertions/deletions  in  a  nematode  genome  can  change  the  species  and  how  it  interacts  with  its  environment.      

REFERENCES  “A  Quick  Tour  of  Nematode  Diversity  and  the  Backbone  of  Nematode  Phylogeny.”  Paul  De  Ley,  Department  of  Nematology,  University  of  California  -­‐Riverside,  Riverside,  CA  92521,  USA        

ACKNOWLEDGEMENTS  I  would  like  to  thank  Professor  Reynolds  and  Professor  Brown  for  mentoring  me  and  for  helping  me  pursue  this  internship.  I  would  specially  like  to  thank  Dr.  Hong  for  his  patience,  guidance,  and  for  allowing  me  the  opportunity  to  work  in  his  lab.                                                            

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

22 | P a g e

 

     

Gene  Therapy  Using  A  Non-­‐Viral  Vector  For  Mucopolysaccharidosis  Type  2  

 Eduardo  Martin,  Sponsored  by  Professors  Aida  Metzenberg  and  Stan  Metzenberg,  Department  of  Biology,  California  State  University,  Northridge,  18111  Nordhoff  Street,  Northridge,  California  91330    

 INTRODUCTION  

 The  role  of  a  lysosome  in  a  cell  is  to  break  down  metabolites  with  the  use  of  digestive  enzymes.  Currently,  researchers  have  been  able  to  identify  over  50  different  disorders  of  lysosomes.  These  disorders  are  known  as  lysosomal  storage  disorders  (LSD)  that  result  from  defective  enzymes  within  the  cellular  organelle.      In  the  study  of  lysosomal  storage  disorders  there  exists  families  of  LSDs.  Mucopolysaccharidoses  for  example  are  a  family  of  LSDs  that  are  responsible  for  nine  metabolic  disorders.  These  nine  disorders  remain  similar  in  that  they  prohibit  the  breaking  down  of  certain  sugars  called  glycoaminoglycans  (GAGs),  which  are  characterized  by  a  repeating  disaccharide  unit.  Of  these  nine  disorders,  only  two,  Mucopolysaccharidosis  type  one  (MPS1)  and  Mucopolysaccharidosis  type  two  (MPS2)  are  X-­‐linked  recessive.  On  the  other  hand,  MPS  types  three  through  seven  are  autosomal  recessive.  MPS2  is  commonly  referred  to  as  Hunter  Syndrome  and  is  distinguished  by  a  low  level  or  lack  of  Iduronate  2  Sulfatase  (I2S).      Further  study  of  the  I2S  enzyme  shows  that  it  is  essential  in  breaking  down  the  GAGs  dermatan  sulfate  and  heparan  sulfate  by  helping  to  enforce  a  cascade  that  is  needed  in  breaking  down  GAGs.  Due  to  this,  a  cell  affected  by  a  low  level  or  lack  of  activity  of  the  IDS  gene  results  in  the  accumulation  of  GAGs,  causing  it  to  enlarge  to  the  point  of  apoptosis.  This  leads  researchers  to  believe  that  Hunter  syndrome  patients  suffering  from  a  lack  or  loss  of  I2S  could  therefore  be  provided  with  the  IDS  gene  (which  codes  for  I2S)  in  order  to  help  cure  them.      When  MPS2  patients  underwent  gene  therapy  by  introducing  the  normal  gene  into  their  cells,  a  significant  reduction  of  GAGs  were  found  in  their  urine,  as  opposed  to  untreated  patients.  Because  this  process  was  done  using  a  viral  vector,  there  were  very  few  successful  outcomes.  It  is  because  the  immune  system  automatically  recognizes  the  harmless  virus  that  the  effectiveness  of  this  approach  is  limited.    The  option  now  being  researched  with  the  help  of  new  techniques  is  the  usage  of  non-­‐viral  vectors  to  introduce  the  IDS  gene  into  the  patient.  This  would  allow  the  vector  to  be  inserted  and  transported  throughout  the  body  without  the  use  of  a  virus.  This  would  help  in  not  having  the  immune  system  reject  the  vector  being  introduced  into  the  cell.  The  non-­‐viral  vector  being  used  for  this  experiment  is  called  

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

23 | P a g e

pEPito.  This  vector  is  5245  base  pairs  long  and  contains  roughly  thirty  restriction  sites  allowing  flexibility  for  ligation.    

MATERIALS  AND  METHODS    

Competent  Cells  From  XL1  Blue  E.Coli  Cells  1.   Inoculate  a  single  E.Coli  colony  into  5  ml  of  LB  Broth  from  an  agar  plate  labeled  XL1  Blue.  2.   Shake  at  37  ºC  and  50  rpm  overnight.  3.   After  24  hours,  take  50  ml  of  LB  Broth  and  pour  into  a  500  ml  Erlenmeyer  flask.  4.   Add  50  ml  of  the  overnight  growth  to  the  flask  containing  50mL  LB  Broth.  5.   Take  a  spectrophotometric  reading  at  600  nm  at  time  zero.  6.   Place  flask  in  shaking  incubator  at  37  ºC  and  50  rpm,  making  sure  to  not  completely  seal  the  flask  

with  a  cap  to  allow  for  aeration.    7.   Take  spectrophotometric  readings  hourly  until  the  absorbency  reading  is  close  to  0.6  at  which  

point  the  readings  should  be  taken  every  5  minutes  with  600  uL  aliquots.  8.   Once  the  absorbency  has  reached  0.6  (or  significantly  close),  divide  the  cells  into  two  50  ml  falcon  

tubes  -­‐  about  5  ml  into  each.  9.   Centrifuge  at  2000  xg  for  5  minutes.  10.   Discard  the  supernatant  and  add  5  ml  of  ice  cold  0.1M  CaCl  to  the  pellet.  11.   Gently  dissolve  the  pellet  and  transfer  all  the  contents  into  one  of  the  two  falcon  tubes.  12.   Centrifuge  at  1000xg  for  5  minutes.  13.   Discard  the  supernatant  and  add  5  ml  of  cold  0.1M  CaCl.  14.   Add  glycerol  to  5%  (add  80  uL  of  glycerol  to  falcon  tube  containing  .5  ml  of  CaCl  and  pellet).  15.   Divide  competent  cells  into  0.1  ml  aliquots  in  0.5  ml  tubes.  16.   Store  at  -­‐70  ºC.  

 

Transformation  of  Competent  Cells  1.   Label  two  15  ml  tubes  as  “pEPito”  and  as  “pUC19”  and  place  both  on  ice.  2.   Turn  on  the  water  bath  to  42  ºC.  Proceed  to  Step  3  only  when  at  42  ºC.  3.   Thaw  out  200  µl  of  competent  cells  and  gently  mix.  4.   Place  100  µl  of  competent  cells  into  each  falcon  tube.  5.   Add  1  µl  of  pEPito  (50pg/µl)  to  the  first  tube.  Make  sure  to  move  the  pipette  through  the  cells  

while  dispensing  the  contents  in  a  circular  motion.  Gently  tap  the  falcon  tube  to  mix.  6.   Repeat  step  3  with  the  control  vector  pUC19.  7.   Place  both  tubes  in  ice  for  30  minutes.  8.   Place  your  SOC  medium  at  room  temperature.  9.   Heat  shock  cells  by  placing  tubes  in  a  42  ºC  water  bath  for  45  seconds.  Be  very  careful  to  not  bump  

the  tubes.  10.   Place  tubes  in  ice  for  2  minutes.  11.   Add  900  uL  of  SOC  medium  to  each  of  the  falcon  tubes.  12.   Shake  tubes  at  37  ºC  at  225  rpm  for  1  hour.  13.   Obtain  6  plates  of  LB  Agar  and  label  the  plates:  pEP  A,  pEP  B,  pEP  C,  pUC19  A,  pUC19  B,  pUC19.  14.   Add  the  following  to  a  sterilize  the  microtube:  25  µl  of  IPTG,  25  µl  of  X-­‐Gal,  25  µl  of  Ampicillin.  15.   Plating:    Add  your  75  µl  solution  from  step  14  onto  LB  Agar  Plate;  Dip  the  glass  spreader  in  70%  

ethanol;  Flame  the  rod;  Allow  for  the  rod  to  cool  for  about  10-­‐15  seconds;  Spread  the  contents  throughout  the  plates.  

16.   Let  the  plates  dry  for  15  minutes.  

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

24 | P a g e

17.   Add  1  µl  of  Transformed  cells  to  plate  A.  18.   Add  10  µl  of  Transformed  cells  to  plate  B.  19.   Add  the  remainder  of  your  transformed  cells  to  plate  C.  20.   Repeat  steps  16  –  18  for  pUC19.  21.   After  10  minutes,  flip  all  plates  labeled  A  and  B.  Allow  plate  C  to  dry  longer  before  flipping.  22.   Incubate  overnight  at  37  ºC.  23.   After  24  hours,  if  white  colonies  present,  take  one  single  colony  and  place  in  5mL  of  LB  at  37C  at  

250rpm  for  12  hours.  24.   Also,  take  one  colony  and  inoculate  a  slant  by  stabbing.  25.   Perform  Plasmid  purification  using  Wizard®  Plus  SV  Minipreps  DNA  Purification  System.      

X-­‐GAL  &  IPTG  1.   Spread  60  microliters  of  X-­‐Gal  &  60  microliters  of  IPTG  solution  onto  an  agar  plate  which  contains  

the  pUC19  vector.  2.   Place  the  plates  in  the  incubator  overnight  to  allow  the  bacterial  colonies  to  grow.      

Restriction  Digestion  Standard  Reactants   Volume  (µL)  10X  New  England  Buffer  4  (10  mg/ml(100X))   2.0  uL  25ng/mL  DNA   10.0  uL  nH20  to  20uL   20.0  uL  5,000  unit/mL  enzyme   0.2  uL    

Thermocycler  Conditions  Temperature  Time   Number  of  Cycles  97.0  ºC  5  Seconds   None  97.0  ºC  15  Seconds   10  55.0  ºC  15  Seconds   10  72.0  ºC  90  Seconds   10  97.0  ºC  15  Seconds   25  72.0  ºC  90  Seconds   25  72.0  ºC  5  minutes   None  4.0  ºC  Infinity   None  *Clean  your  area,  discard  pipette  tips  appropriately  and  put  everything  away.          

Agarose  Gel  Electrophoresis  1.   Weigh  out  agarose  (a  2%  gel  -­‐  2.0  grams  in  100mL  of  50X  TAE  Buffer  to  be  1X  final).  2.   Microwave  to  dissolve  agarose,  being  careful  not  to  allow  it  to  boil  over.  Let  it  cool  until  you  can  

touch  the  flask  with  your  hands.    3.   Cover  the  north  and  south  ends  of  the  gel  mold  using  tape  or  press  and  seal.  Pour  the  warm  

agarose  into  the  gel  mold  and  allow  to  cool  completely  until  it  solidifies.  4.   Assemble  the  electrophoresis  apparatus  and  connect  the  electrodes  to  the  power  supply.  5.   Remove  the  tape  and/or  the  press  and  seal  from  the  mold  and  place  the  mold  on  the  

electrophoresis  apparatus.  6.   Run  the  gel  at  100  volts  for  1hour.  

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

25 | P a g e

7.   Stain  gel  in  a  1:1,000  dilution  of  10mg/ml  ethidium  bromide  stock  solution  for  10  minutes.  Rinse  gel  in  diH20.    

8.   Irradiate  with  UV  light  to  reveal  the  DNA.  9.   Photograph  illuminated.  Do  not  discard  the  gel  until  the  experiment  is  finished.  You  may  wrap  the  

gel  in  Saran  Wrap  and  refrigerate  to  store,  but  note  that  over  time,  the  contents  of  the  gel  will  exit  the  gel  by  diffusion.  

10.   Clean  your  area,  wash  non-­‐disposable  glassware,  autoclave  trash  as  appropriate,  autoclave  clean  glassware  as  appropriate.  

   

 RESULTS  

     

   

Figure  1.  Plates  containing  E.coli  (XL1  Blue)  cells  with  the  pEPito  vector.        This  picture  shows  the  petri  dishes  after  being  taken  out  from  an  overnight  wait  in  the  incubator  at  37  degrees  Celsius.  All  plates  from  left  to  right  are  holding  amplicillin,  LB  agar  and  pEPito  containing  E.coli  cells  spread  on  top.  Left  plate:  10  uL  of  E.coli  cells.  Middle  plate:  100  uL  of  E.coli  cells.  Right  plate:  Left  over  amount/rest  of  E.coli  cells.  These  same  amounts  were  spread  on  the  control  plates  that  contained  the  same  amount  of  cells,  but  the  different  pUC19  vector.    

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

26 | P a g e

 

 Figure  2.  DNA  ladder  ran  along  side  digested  pEPito  plasmid  in  an  agarose  gel.  

           Figure  two  shows  the  results  of  the  1%  agarose  gel  which  was  made  run  at  90  volts  for  1.5  hours  with  the  contents  holding  pEPito  after  being  treated  with  Wizard  Plus  SV  Minipreps  DNA  Purification  System.  First  lane  contents:  gene  ruler  DNA  ladder.  Second  lane  contents:  empty.  Third  lane  contents:  undigested  pEPito  vector  (Results:  ~1000  bp  and  ~3500  bp).  Fourth  lane  contents:  empty.  Fifth  lane  contents:  pEPito  vector  digested  at  two  restriction  sites:  Apa1  &  Sfi1  (Results:  ~1000  bp  and  ~3500  bp).  Sixth  lane  contents:  empty.  Seventh  lane  contents:  pEPito  vector  digested  at  one  restriction  site:  Apa1  (Results:  ~1000  bp  and  ~3500  bp).  Eight  lane  contents:  empty.  Ninth  lane  contents:  pEPito  vector  digested  at  one  restriction  site:  Sfi1  (Results:  ~1000  bp  and  ~3500  bp).    

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

27 | P a g e

 

   

Figure  3.  Gene  Ruler      This  is  the  DNA  ladder  which  was  put  into  the  agarose  gel  in  order  to  compare  our  results  to  a  definite  amount  of  base  pairs.  

     

DISCUSSION    The   portion   of   the   project   discussed   at   hand   revolved   around   transformation   followed   by   a   gel  electrophoresis  for  the  purpose  of  making  excess  amounts  of  the  vector  called  pEPito.  The  first  step  in  this  process  was  to  make  competent  cells.  Once  made,  two  trials  of  transformation  were  ran  with  these  cells;  the  first  trial  called  for  a  set  of  competent  cells  taking  up  the  pEPito  vector  while  the  other  trail  had  a  set  of  competent  cells  take  up  a  vector  called  pUC19.  The  reason  for  working  with  the  pUC19  vector  at  this  time  was  to  use  it  as  a  control  to  see  how  competent  the  cells  actually  were.  Due  to  the  known  high  efficiency  of   transformation  with  the  pUC19  vector,   it  was  chosen  to  act  as  the  control.  To  make  sure  the   cells   did   indeed   accept   the   pUC19   vector,   reagent   IPTG   and   organic   compound   X-­‐GAL   were  introduced  to  the  sample.  Because  the  pUC19  vector  contains  a  lac  operon,  IPTG  was  used  to  mimic  the  actions  of  lactose,  which  attached  to  the  repressor  causing  it  to  release  from  the  operon  and  therefore  allowing   gene  expression  of   the  operon.  One  of   the   two  enzymes  made   from   this   gene   expression   is  called  beta-­‐galactosidase.  Beta-­‐galactosidase  interacted  with  X-­‐GAL  to  make  a  blue  and  white  byproduct    

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

28 | P a g e

released  from  the  cell,  therefore  showing  the  signs  of  a  successful  transformation  (No  Figure  -­‐  Data  not  shown).  Upon  seeing  the  formations  of  blue  and  white  colonies  in  the  sample  used,  it  was  assured  that  the  competent  cells  took  up  the  pUC19  vector.          In   order   to   test   for   a   successful   transformation   with   the   pEPito   vector,   the   antibiotic   ampicillin   was  introduced  to  the  cells.  Because  the  pEPito  vector  has  an  ampicillin  resistance  gene,  the  mere  growth  of  colonies  was   enough   to   ensure   that   the   cells   had   successfully   taken   up   the   vector   (Figure   1   –   Plates  containing   E.coli   (XL1   Blue)   cells  with   the   pEPito   vector.).   The   control   also   served   useful   to   show   the  experiment  to  be  a  success  up  to  this  point.    The  wanted  pEPito  plasmid  was  then  isolated  using  Wizard  Plus  SV  Minipreps  DNA  Purification  System.  This  purification  kit  killed  off  the  bacteria  (E.Coli  XL1  Blue)  while  only  leaving  the  plasmid  behind.  By  checking  the  kit  results  with  the  nanodrop  machine,  the  sample  was  assured  to  have  optimal  plasmid  concentration  (data  not  shown:  235ng/uL  w/  1.86260/280  ratio).  To  further  verify  results  of  the  transformation  and  to  make  sure  it  was  the  vector  that  the  nanodrop  was  reading  and  not  foreign  substances  (i.e.  left  over  pieces  of  cells  from  the  clean  up  kit),  it  was  decided  that  the  isolated  vector  would  be  introduced  to  digestion.  The  vector  was  cut  inside  the  thermocycler  using  the  restriction  sites/enzymes  Sfi1  (found  on  76  bp)  and  Apa1  (found  on  4,053  bp).      Unfortunately,   the  bands  of   the  gel   came  out  quite  misleading   (Figure  2  –  DNA   ladder   ran  along   side  digested  pEPito   plasmid   in   an   agarose   gel).   The   third   lane,  which  had  no  digestion,   showed   a   double  digestion  with  contents  that  matched  ~1000  bp  and  ~3500  bp.  For  the  fifth  lane  that  contained  a  double  digestion,   bands  matched   that   of   base   pair   lengths   ~1000   bp   and   ~3500   bp   long.   The   correct   results  from  the  double  digest  should  have  been  two  bands;  one  that  lined  up  with  ~3977  bp  and  the  other  at  ~1268   bp.     For   the   seventh   lane   Apa1   single   digestion,   the   markers   once   again   showed   a   double  digestion  with  bands  lining  up  at  two  places  ~1000  bp  and  ~3500  bp  long.  There  should  have  only  been  one  marker   that   lined   up   at   ~5200   bp.   Lastly,   in   the   lane   nine   Sfi1   single   digestion,   contents   show   a  double  digestion  that  lines  up  at  ~1000  bp  and  ~3500  bp.  Once  again,  there  should  have  only  been  one  marker  that  lined  up  at  ~5200  bp.    The  fact  that  the  digested  pieces  of  DNA  did  not  line  up  with  their  appropriate  markers  is  likely  due  to  a  super  coil   in   the  plasmids   from  the  samples  used.  This  super  coiled  nature  could  have  been  produced  because  of  the  purification  kit  which  unfortunately  has  a  tendency  to  super  coil  plasmids.      Regarding   the   reason   that   there   were   two   digestions   of   the   vector   in   all   the   lanes   could   only   be  accounted   for   by   either   contaminated   samples   or   human   error   by   accidental   addition   of   a   second  restriction   enzyme.   Even   though   the   correct   base   pair   values   were   not   obtained   after   restriction  digestion,  it  should  be  noted  that  it  does  not  necessarily  mean  that  the  vector  pEPito  was  never  in  the  E.Coli  XL1  Blue  colonies.  On  the  contrary,  it  is  a  fact  that  the  vectors  were  taken  up  by  the  cells  through  transformation.   This   is   known   because   the   colonies  were   able   to   grow   after   being   introduced   to   the  antibiotic   ampicillin;   something   that   would   have   been   impossible   had   the   colonies   not   taken   up   the  vector.  The  problem  this  experiment  faced  was  merely  extracting  the  vector  from  the  cells  and  running  it  through  a  digestion  because  of  its  highly  probable  super  coiled  nature.    Most  of  our  complications  were  found  when  trying  to  get  out  cells  to  perform  transformation.  For  one  reason  or  another,  the  E.coli  cells  were  not  picking  up  the  pEPito  plasmid.  Only  after  many  trials  did  we  finally  get  one  plate  that  was  a  success.  A  speculated  reason  for  vast  amounts  of  failure  that  was  faced  during  this  process  was  that  perhaps  the  vector  was  too  big  at  5245  bp.  Because  this  vector  has  shown    

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

29 | P a g e

to  be  difficult  to  work  with  overall,  it  is  safe  to  call  the  pEPito  plasmid  an  inefficient  vector.  For  now,  this  project   and  gene   therapy   in   general   is  being  held  back   in  a  big  part  due   to   the   slow  advancement  of  efficient  non  viral  vectors.      

     

REFERENCES    

Muenzer  J.  The  mucopolysaccharidoses:  a  heterogeneous  group  of  disorders  with  variable  pediatric  presentations.  J  Pediatr.  2004  May;144(5  Suppl):S27-­‐34.  

"IDS  -­‐  Iduronate  2-­‐sulfatase  -­‐  Genetics  Home  Reference."  Genetics  Home  Reference  -­‐  Your  Guide  to  Understanding  Genetic  Conditions.  12  Dec.  2011.  Web.  15  Dec.  2011.<http://ghr.nlm.nih.gov/gene/IDS>.    

ACKNOWLEDGEMENTS    

I  would  first  and  foremost  like  to  thank  Dr.  Aida  Metzenberg  who  graciously  allowed  me  the  opportunity  to  learn,  work  and  understand  how  genetics  is  practiced  in  the  lab.  It  is  because  of  the  sponsorship  of  both  Dr.  Stan  and  Aida  Metzenberg  that  I  have  come  to  find  a  passion  for  the  study  and  research  of  genetics,  specifically  gene  therapy.  I  would  also  like  to  greatly  thank  Osvaldo  Larios.  As  my  instructor  for  this  summer  internship  he  patiently  took  the  time  every  day  to  answer  any  questions  I  had  and  taught  me  all  I  have  come  to  know  in  the  lab.  I  also  would  like  to  say  thank  you  to  my  fellow  interns  John  Daniel  David  and  Joyce  Rivera  who  made  going  to  lab  every  morning  a  fun  and  eventful  experience.  Lastly,  I  would  like  to  thank  and  give  my  uttermost  respect  to  my  Biology  teacher  Professor  Michael  Reynolds  for  accepting  me  to  be  an  intern  in  the  TRAILS  summer  internship  program.  The  guidance  and  teaching  that  you  have  bestowed  on  me  throughout  the  spring  and  summer  semesters  has  helped  me  reach  places  academically  that  I  had  only  dreamed  about.  I  will  continue  my  academic  career  with  all  your  advice  in  mind.  Thank  you  so  much.                                          

STEM-MURJ Volume 1, June 2012

30 | P a g e