Structure d'une tagatose-1,6-bisphosphate aldolase de classe I : étude d'une apparente perte de stéréospécificité

La tagatose-1,6-biphosphate aldolase de Streptococcus pyogenes est une aldolase de classe I qui fait montre d'un remarquable manque de spécificité vis à vis de ses substrats. En effet, elle catalyse le clivage réversible du tagatose-1,6-biphosphate (TBP), mais également du fructose-1,6-biphosphate (FBP), du sorbose-1,6-biphosphate et du psicose-1,6-biphosphate, quatre stéréoisomères, en dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et en glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P). Afin de mettre à jour les caractéristiques du mécanisme enzymatique, une étude structurale de la TBP aldolase de S. pyogenes, un pathogène humain extrêmement versatile, a été entreprise. Elle a permis la résolution de la structure native et en complexe avec le DHAP, a respectivement 1.87 et 1.92 Å de résolution. Ces mêmes structures ont permis de se représenter plus clairement le site actif de l'enzyme en général, et les résidus catalytiques en particulier. Le trempage des cristaux de TBP aldolase dans une solution saturante de DHAP a en outre permis de piéger un authentique intermédiaire iminium, ainsi que sa géométrie particulière en atteste. Des expériences d'échange de proton, entreprises afin d'évaluer le stéréoisomérisme du transfert de proton catalytique, ont également permis de faire une intéressante découverte : la TBP aldolase ne peut déprotoner le coté pro-R du C3 du DHAP, mais peut le protonner. Ce résultat, ainsi que la comparaison de la structure du complexe TBP aldolase-DHAP avec la structure du complexe FBP aldolase de muscle de lapin- DHAP, pointe vers un isomérisme cis-trans autour du lien C2-C3 de la base de Schiff formée avec le DHAP. De plus, la résolution de ces deux structures a permis de mettre en évidence trois régions très mobiles de la protéine, ce qui pourrait être relié au rôle postulé de son isozyme chez S. pyogenes dans la régulation de l’expression génétique et de la virulence de la bactérie. La cristallographie par rayons X et la cinétique enzymatique ont ainsi permis d'avancer dans l'élucidation du mécanisme et des propriétés structurales de cette enzyme aux caractéristiques particulières.

La tagatose-1,6-bisphosphate aldolase et la fructose-1,6-bisphosphate aldolase de classe I : mécanisme et stéréospécificité

La tagatose-1,6-biphosphate aldolase de Streptococcus pyogenes est une aldolase qui fait preuve d'un remarquable manque de spécificité vis à vis de ses substrats. En effet, elle catalyse le clivage réversible du tagatose-1,6-bisphosphate (TBP), mais également du fructose-1,6-bisphosphate (FBP), du sorbose-1,6-bisphosphate et du psicose-1,6-bisphosphate, quatre stéréoisomères, en dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et en glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P). Aldolase de classe I, qui donc catalyse sa réaction en formant un intermédiaire covalent obligatoire, ou base de Schiff, avec son susbtrat, la TBP aldolase de S. pyogenes partage 14 % d’identité avec l’enzyme modèle de cette famille, la FBP aldolase de muscle de mammifère. Bien que le mécanime catalytique de la FBP aldolase des mammifères ait été examiné en détails et qu’il soit approprié d’en tirer des renseignements quant à celui de la TBP aldolase, le manque singulier de stéréospécificité de cette dernière tant dans le sens du clivage que celui de la condensation n’est toujours pas éclairci. Afin de mettre à jour les caractéristiques du mécanisme enzymatique, une étude structurale de la TBP aldolase de S. pyogenes, un pathogène humain extrêmement versatile, a été entreprise. Elle a permis la résolution des structures de l’enzyme native et mutée, en complexe avec des subtrats et des inhibiteurs compétitifs, à des résolutions comprises entre 1.8 Å et 2.5 Å. Le trempage des cristaux de TBP aldolase native et mutante dans une solution saturante de FBP ou TBP a en outre permis de piéger un authentique intermédiaire covalent lié à la Lys205, la lysine catalytique. La determination des profils pH de la TBP aldolase native et mutée, entreprise afin d'évaluer l’influence du pH sur la réaction de clivage du FBP et TBP et ìdentifier le(s) résidu(s) impliqué(s), en conjonction avec les données structurales apportées par la cristallographie, ont permis d’identifier sans équivoque Glu163 comme résidu responsable du clivage. En effet, le mode de liaison sensiblement différent des ligands utilisés selon la stéréochimie en leur C3 et C4 permet à Glu163, équivalent à Glu187 dans la FBP aldolase de classe I, d’abstraire le proton sur l’hydroxyle du C4 et ainsi d’amorcer le clivage du lien C3-C4. L’étude du mécanimse inverse, celui de la condensation, grâce par exemple à la structure de l’enzyme native en complexe avec ses substrats à trois carbones le DHAP et le G3P, a en outre permis d’identifier un isomérisme du substrat G3P comme possible cause de la synthèse des isomères en C4 par cette enzyme. Ce résultat, ainsi que la decouverte d’un possible isomérisme cis-trans autour du lien C2-C3 de la base de Schiff formée avec le DHAP, identifié précedemment, permet de cerner presque complètement les particularités du mécanisme de cette enzyme et d’expliquer comment elle est capable de synthétiser les quatres stéréoisomères 3(S/R), 4(S/R). De plus, la résolution de ces structures a permis de mettre en évidence trois régions très mobiles de la protéine, ce qui pourrait être relié au rôle postulé de son isozyme chez S. pyogenes dans la régulation de l’expression génétique et de la virulence de la bactérie. Enfin, la résolution de la structure du mutant Lys229→Met de la FBP aldolase de muscle en complexe avec la forme cyclique du FBP, de même que des études cristallographiques sur le mutant équivalent Lys205→Met de la TBP aldolase de S. pyogenes et des expériences de calorimétrie ont permis d’identifier deux résidus particuliers, Ala31 et Asp33 chez la FBP aldolase, comme possible cause de la discrimination de cette enzyme contre les substrats 3(R) et 4(S), et ce par encombrement stérique des substrats cycliques. La cristallographie par rayons X et la cinétique enzymatique ont ainsi permis d'avancer dans l'élucidation du mécanisme et des propriétés structurales de cette enzyme aux caractéristiques particulières.

La tagatose-1,6-bisphosphate aldolase et la fructose-1,6-bisphosphate aldolase de classe I : mécanisme et stéréospécificité

La tagatose-1,6-biphosphate aldolase de Streptococcus pyogenes est une aldolase qui fait preuve d'un remarquable manque de spécificité vis à vis de ses substrats. En effet, elle catalyse le clivage réversible du tagatose-1,6-bisphosphate (TBP), mais également du fructose-1,6-bisphosphate (FBP), du sorbose-1,6-bisphosphate et du psicose-1,6-bisphosphate, quatre stéréoisomères, en dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et en glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P). Aldolase de classe I, qui donc catalyse sa réaction en formant un intermédiaire covalent obligatoire, ou base de Schiff, avec son susbtrat, la TBP aldolase de S. pyogenes partage 14 % d’identité avec l’enzyme modèle de cette famille, la FBP aldolase de muscle de mammifère. Bien que le mécanime catalytique de la FBP aldolase des mammifères ait été examiné en détails et qu’il soit approprié d’en tirer des renseignements quant à celui de la TBP aldolase, le manque singulier de stéréospécificité de cette dernière tant dans le sens du clivage que celui de la condensation n’est toujours pas éclairci. Afin de mettre à jour les caractéristiques du mécanisme enzymatique, une étude structurale de la TBP aldolase de S. pyogenes, un pathogène humain extrêmement versatile, a été entreprise. Elle a permis la résolution des structures de l’enzyme native et mutée, en complexe avec des subtrats et des inhibiteurs compétitifs, à des résolutions comprises entre 1.8 Å et 2.5 Å. Le trempage des cristaux de TBP aldolase native et mutante dans une solution saturante de FBP ou TBP a en outre permis de piéger un authentique intermédiaire covalent lié à la Lys205, la lysine catalytique. La determination des profils pH de la TBP aldolase native et mutée, entreprise afin d'évaluer l’influence du pH sur la réaction de clivage du FBP et TBP et ìdentifier le(s) résidu(s) impliqué(s), en conjonction avec les données structurales apportées par la cristallographie, ont permis d’identifier sans équivoque Glu163 comme résidu responsable du clivage. En effet, le mode de liaison sensiblement différent des ligands utilisés selon la stéréochimie en leur C3 et C4 permet à Glu163, équivalent à Glu187 dans la FBP aldolase de classe I, d’abstraire le proton sur l’hydroxyle du C4 et ainsi d’amorcer le clivage du lien C3-C4. L’étude du mécanimse inverse, celui de la condensation, grâce par exemple à la structure de l’enzyme native en complexe avec ses substrats à trois carbones le DHAP et le G3P, a en outre permis d’identifier un isomérisme du substrat G3P comme possible cause de la synthèse des isomères en C4 par cette enzyme. Ce résultat, ainsi que la decouverte d’un possible isomérisme cis-trans autour du lien C2-C3 de la base de Schiff formée avec le DHAP, identifié précedemment, permet de cerner presque complètement les particularités du mécanisme de cette enzyme et d’expliquer comment elle est capable de synthétiser les quatres stéréoisomères 3(S/R), 4(S/R). De plus, la résolution de ces structures a permis de mettre en évidence trois régions très mobiles de la protéine, ce qui pourrait être relié au rôle postulé de son isozyme chez S. pyogenes dans la régulation de l’expression génétique et de la virulence de la bactérie. Enfin, la résolution de la structure du mutant Lys229→Met de la FBP aldolase de muscle en complexe avec la forme cyclique du FBP, de même que des études cristallographiques sur le mutant équivalent Lys205→Met de la TBP aldolase de S. pyogenes et des expériences de calorimétrie ont permis d’identifier deux résidus particuliers, Ala31 et Asp33 chez la FBP aldolase, comme possible cause de la discrimination de cette enzyme contre les substrats 3(R) et 4(S), et ce par encombrement stérique des substrats cycliques. La cristallographie par rayons X et la cinétique enzymatique ont ainsi permis d'avancer dans l'élucidation du mécanisme et des propriétés structurales de cette enzyme aux caractéristiques particulières.

HLA class I associations of ankylosing spondylitis in the white population in the United Kingdom

Objective - To investigate the HLA class I associations of ankylosing spondylitis (AS) in the white population, with particular reference to HLA-B27 subtypes. Methods - HLA-B27 and -B60 typing was performed in 284 white patients with AS. Allele frequencies of HLA-B27 and HLA-B60 from 5926 white bone marrow donors were used for comparison. HLA-B27 subtyping was performed by single strand conformation polymorphism (SSCP) in all HLA-B27 positive AS patients, and 154 HLA-B27 positive ethnically matched blood donors. Results - The strong association of HLA-B27 and AS was confirmed (odds ratio (OR) 171, 95% confidence interval (CI) 135 to 218; p < 10-99). The association of HLA-B60 with AS was confirmed in HLA-B27 positive cases (OR 3.6, 95% CI 2.1 to 6.3; p < 5 x 10-5), and a similar association was demonstrated in HLA-B27 negative AS (OR 3.5, 95% CI 1.1 to 11.4; p < 0.05). No significant difference was observed in the frequencies of HLA-B27 allelic subtypes in patients and controls (HLA-B*2702, three of 172 patients v five of 154 controls; HLA-B*2705, 169 of 172 patients v 147 of 154 controls; HkA-B*2708, none of 172 patients v two of 154 controls), and no novel HLA-B27 alleles were detected. Conclusion - HLA-B27 and -B60 are associated with susceptibility to AS, but differences in BLA-B27 subtype do not affect susceptibility to AS in this white population.

Localization of type 1 diabetes susceptibility to the MHC class I genes HLA-B and HLA-A

The major histocompatibility complex (MHC) on chromosome 6 is associated with susceptibility to more common diseases than any other region of the human genome, including almost all disorders classified as autoimmune. In type 1 diabetes the major genetic susceptibility determinants have been mapped to the MHC class II genes HLA-DQB1 and HLA-DRB1 (refs 1–3), but these genes cannot completely explain the association between type 1 diabetes and the MHC region4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11. Owing to the region's extreme gene density, the multiplicity of disease-associated alleles, strong associations between alleles, limited genotyping capability, and inadequate statistical approaches and sample sizes, which, and how many, loci within the MHC determine susceptibility remains unclear. Here, in several large type 1 diabetes data sets, we analyse a combined total of 1,729 polymorphisms, and apply statistical methods—recursive partitioning and regression...

Japanese Encephalitis Virus Utilizes the Canonical Pathway To Activate NF-kappa B but It Utilizes the Type I Interferon Pathway To Induce Major Histocompatibility Complex Class I Expression in Mouse Embryonic Fibroblasts

Flaviviruses have been shown to induce cell surface expression of major histocompatibility complex class I (MHC-I) through the activation of NF-kappa B. Using IKK1(-/-), IKK2(-/-), NEMO-/-, and IKK1-/- IKK2-/- double mutant as well as p50(-/-) RelA(-/-) cRel(-/-) triple mutant mouse embryonic fibroblasts infected with Japanese encephalitis virus (JEV), we show that this flavivirus utilizes the canonical pathway to activate NF-kappa B in an IKK2- and NEMO-, but not IKK1-, dependent manner. NF-kappa B DNA binding activity induced upon virus infection was shown to be composed of RelA: p50 dimers in these fibroblasts. Type I interferon (IFN) production was significantly decreased but not completely abolished upon virus infection in cells defective in NF-kappa B activation. In contrast, induction of classical MHC-I (class 1a) genes and their cell surface expression remained unaffected in these NF-kappa B-defective cells. However, MHC-I induction was impaired in IFNAR(-/-) cells that lack the alpha/beta IFN receptor, indicating a dominant role of type I IFNs but not NF-kappa B for the induction of MHC-I molecules by Japanese encephalitis virus. Our further analysis revealed that the residual type I IFN signaling in NF-kappa B-deficient cells is sufficient to drive MHC-I gene expression upon virus infection in mouse embryonic fibroblasts. However, NF-kappa B could indirectly regulate MHC-I expression, since JEV-induced type I IFN expression was found to be critically dependent on it.

Diversity in Functional Organization of Class I and Class II Biotin Protein Ligase

The cell envelope of Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis) is composed of a variety of lipids including mycolic acids, sulpholipids, lipoarabinomannans, etc., which impart rigidity crucial for its survival and pathogenesis. Acyl CoA carboxylase (ACC) provides malonyl-CoA and methylmalonyl-CoA, committed precursors for fatty acid and essential for mycolic acid synthesis respectively. Biotin Protein Ligase (BPL/BirA) activates apo-biotin carboxyl carrier protein (BCCP) by biotinylating it to an active holo-BCCP. A minimal peptide (Schatz), an efficient substrate for Escherichia coli BirA, failed to serve as substrate for M. tuberculosis Biotin Protein Ligase (MtBPL). MtBPL specifically biotinylates homologous BCCP domain, MtBCCP87, but not EcBCCP87. This is a unique feature of MtBPL as EcBirA lacks such a stringent substrate specificity. This feature is also reflected in the lack of self/promiscuous biotinylation by MtBPL. The N-terminus/HTH domain of EcBirA has the selfbiotinable lysine residue that is inhibited in the presence of Schatz peptide, a peptide designed to act as a universal acceptor for EcBirA. This suggests that when biotin is limiting, EcBirA preferentially catalyzes, biotinylation of BCCP over selfbiotinylation. R118G mutant of EcBirA showed enhanced self and promiscuous biotinylation but its homologue, R69A MtBPL did not exhibit these properties. The catalytic domain of MtBPL was characterized further by limited proteolysis. Holo-MtBPL is protected from proteolysis by biotinyl-59 AMP, an intermediate of MtBPL catalyzed reaction. In contrast, apo-MtBPL is completely digested by trypsin within 20 min of co-incubation. Substrate selectivity and inability to promote self biotinylation are exquisite features of MtBPL and are a consequence of the unique molecular mechanism of an enzyme adapted for the high turnover of fatty acid biosynthesis.

Features of a unique intronless cluster of class I small heat shock protein genes in tandem with box C/D snoRNA genes on chromosome 6 in tomato (Solanum lycopersicum)

Physical clustering of genes has been shown in plants; however, little is known about gene clusters that have different functions, particularly those expressed in the tomato fruit. A class I 17.6 small heat shock protein (Sl17.6 shsp) gene was cloned and used as a probe to screen a tomato (Solanum lycopersicum) genomic library. An 8.3-kb genomic fragment was isolated and its DNA sequence determined. Analysis of the genomic fragment identified intronless open reading frames of three class I shsp genes (Sl17.6, Sl20.0, and Sl20.1), the Sl17.6 gene flanked by Sl20.1 and Sl20.0, with complete 5' and 3' UTRs. Upstream of the Sl20.0 shsp, and within the shsp gene cluster, resides a box C/D snoRNA cluster made of SlsnoR12.1 and SlU24a. Characteristic C and D, and C' and D', boxes are conserved in SlsnoR12.1 and SlU24a while the upstream flanking region of SlsnoR12.1 carries TATA box 1, homol-E and homol-D box-like cis sequences, TM6 promoter, and an uncharacterized tomato EST. Molecular phylogenetic analysis revealed that this particular arrangement of shsps is conserved in tomato genome but is distinct from other species. The intronless genomic sequence is decorated with cis elements previously shown to be responsive to cues from plant hormones, dehydration, cold, heat, and MYC/MYB and WRKY71 transcription factors. Chromosomal mapping localized the tomato genomic sequence on the short arm of chromosome 6 in the introgression line (IL) 6-3. Quantitative polymerase chain reaction analysis of gene cluster members revealed differential expression during ripening of tomato fruit, and relatively different abundances in other plant parts.

Deciphering complex patterns of class-I HLA-peptide cross-reactivity via hierarchical grouping

T-cell responses in humans are initiated by the binding of a peptide antigen to a human leukocyte antigen (HLA) molecule. The peptide-HLA complex then recruits an appropriate T cell, leading to cell-mediated immunity. More than 2000 HLA class-I alleles are known in humans, and they vary only in their peptide-binding grooves. The polymorphism they exhibit enables them to bind a wide range of peptide antigens from diverse sources. HLA molecules and peptides present a complex molecular recognition pattern, as many peptides bind to a given allele and a given peptide can be recognized by many alleles. A powerful grouping scheme that not only provides an insightful classification, but is also capable of dissecting the physicochemical basis of recognition specificity is necessary to address this complexity. We present a hierarchical classification of 2010 class-I alleles by using a systematic divisive clustering method. All-pair distances of alleles were obtained by comparing binding pockets in the structural models. By varying the similarity thresholds, a multilevel classification was obtained, with 7 supergroups, each further subclassifying to yield 72 groups. An independent clustering performed based only on similarities in their epitope pools correlated highly with pocket-based clustering. Physicochemical feature combinations that best explain the basis of clustering are identified. Mutual information calculated for the set of peptide ligands enables identification of binding site residues contributing to peptide specificity. The grouping of HLA molecules achieved here will be useful for rational vaccine design, understanding disease susceptibilities and predicting risk of organ transplants.

Major histocompatibility complex class I involvement in the rejection of allogeneic erythrocytes in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss)

Major histocompatibility complex genes are thought to be involved in allogeneic graft rejection but not many reports are available on their functional analysis in fish. Analysis of available sequences of MHC genes suggests functions in antigen presentation similar to those found in higher vertebrates. In mammals, the MHC class I and class II molecules are major determinants of allogeneic graft rejection due to their polymorphism in conjunction with their antigen presenting function. In fish, MHC class H molecules are found to be involved in rejection of allogeneic scale grafts. The present study was designed to investigate the involvement of MHC class I molecules in allograft rejection. Erythrocytes were collected from donors of rainbow trout expressed different class MHC class I alleles, stained with two dyes, mixed and grafted to the recipients that were of the same sibling group as the donors. The grafts were rejected by allogeneic recipients and the MHC class I linkage group was the major determinant for the rejection.

Identification of major histocompatibility complex class I alleles in Chinese rhesus macaques

Major histocompatibility complex (MHC) class I information is vital for understanding variance of immune responses in HIV vaccination and biomedical models. In this study, 9 Mamu-A and 13 Mamu-B alleles were identified from the cDNA products of 10 Chinese

Differential inducibility of HLA class I and II antigens by r-IFN gamma in type III bare lymphocyte syndrome.

Case Reports

CD18-dependent activation of the neutrophil NADPH oxidase during phagocytosis of Escherichia coli or Staphylococcus aureus is regulated by class III but not class I or II PI3Ks

Phagocytosis and activation of the NADPH oxidase are important mechanisms by which neutrophils and macrophages engulf and kill microbial pathogens. We investigated the role of PI3K signaling pathways in the regulation of the oxidase during phagocytosis of Staphylococcus aureus and Escherichia coli by mouse and human neutrophils, a mouse macrophage-like cell line and a human myeloid-like cell line. Phagocytosis of these bacteria was promoted by serum, independent of serum-derived antibodies, and effectively abolished in mouse neutrophils lacking the beta(2)-integrin common chain, CD18. A combination of PI3K isoform-selective inhibitors, mouse knock-outs, and RNA-interference indicated CD18-dependent activation of the oxidase was independent of class I and II PI3Ks, but substantially dependent on the single class III isoform (Vps34). Class III PI3K was responsible for the synthesis of PtdIns( 3) P on phagosomes containing either bacteria. The use of mouse neutrophils carrying an appropriate knock-in mutation indicated that PtdIns(3) P binding to the PX domain of their p40(phox) oxidase subunit is important for oxidase activation in response to both S aureus and E coli. This interaction does not, however, account for all the PI3K sensitivity of these responses, particularly the oxidase response to E coli, suggesting that additional mechanisms for PtdIns( 3) P-regulation of the oxidase must exist. ( Blood. 2008; 112: 5202-5211)