Quantization of energy and writhe in self-repelling knots

Probably the most natural energy functional to be considered for knotted strings is that given by electrostatic repulsion. In the absence of counter-charges, a charged, knotted string evolving along the energy gradient of electrostatic repulsion would progressively tighten its knotted domain into a point on a perfectly circular string. However, in the presence of charge screening self-repelling knotted strings can be stabilized. It is known that energy functionals in which repulsive forces between repelling charges grow inversely proportionally to the third or higher power of their relative distance stabilize self-repelling knots. Especially interesting is the case of the third power since the repulsive energy becomes scale invariant and does not change upon Mobius transformations (reflections in spheres) of knotted trajectories. We observe here that knots minimizing their repulsive Mobius energy show quantization of the energy and writhe (measure of chirality) within several tested families of knots.

Determinants for membrane association of the hepatitis C virus NS2 protease domain.

Hepatitis C virus (HCV) nonstructural protein 2 (NS2) is required for HCV polyprotein processing and particle assembly. It comprises an N-terminal membrane domain and a C-terminal, cytosolically oriented protease domain. Here, we demonstrate that the NS2 protease domain itself associates with cellular membranes. A single charged residue in the second α-helix of the NS2 protease domain is required for proper membrane association, NS2 protein stability, and efficient HCV polyprotein processing.

A functional and structural study of the major metalloprotease secreted by the pathogenic fungus Aspergillus fumigatus.

Fungalysins are secreted fungal peptidases with the ability to degrade the extracellular matrix proteins elastin and collagen and are thought to act as virulence factors in diseases caused by fungi. Fungalysins constitute a unique family among zinc-dependent peptidases that bears low sequence similarity to known bacterial peptidases of the thermolysin family. The crystal structure of the archetype of the fungalysin family, Aspergillus fumigatus metalloprotease (AfuMep), has been obtained for the first time. The 1.8 Å resolution structure of AfuMep corresponds to that of an autoproteolyzed proenzyme with separate polypeptide chains corresponding to the N-terminal prodomain in a binary complex with the C-terminal zinc-bound catalytic domain. The prodomain consists of a tandem of cystatin-like folds whose C-terminal end is buried into the active-site cleft of the catalytic domain. The catalytic domain harbouring the key catalytic zinc ion and its ligands, two histidines and one glutamic acid, undergoes a conspicuous rearrangement of its N-terminal end during maturation. One key positively charged amino-acid residue and the C-terminal disulfide bridge appear to contribute to its structural-functional properties. Thus, structural, biophysical and biochemical analysis were combined to provide a deeper comprehension of the underlying properties of A. fumigatus fungalysin, serving as a framework for the as yet poorly known metallopeptidases from pathogenic fungi.

Exposition aux particules fines/ultrafines et effets sur la santé chez les mécaniciens

Une hypgothèse permettant d'expliquer l'effet néfaste des particules sur la santé serait que les particules agiraient par l'intermédiaire d'espèces oxydantes qui attaqueraient l'ADN ou les lipides constituant les membranes cellulaires. Les antioxydants présents dans les cellules/organes réduiraient ces effets. Une étude effectuée dans différents atteliers mécaniques a permis de constater un effet biologique chez les mécaniciens malgré le fait qu'ils étaient exposés à des concentrations inférieures aux VME. La concentration urinaire d'un composé mesurant les atteintes oxydantes sur l'ADN a augmenté durant deux journées consécutives de travail. Les niveaux d'antioxydants ont aussi augmenté, indiquant une activation des processus de défense individuels. Les résultats confirment aussi l'importance du fer, du cuivre et duNOx ainsi que des propriétés chimiques de surface des particules dans l'induction de réactions d'oxydation sur des constituants biologiques.

Installations de compostage industriel : exposition aux bioaérosols et effets sur la santé des travailleurs

La quantité de déchets ménagers et industriels ne cesse d'augmenter. Le tri sélectif des ordures est devenu systématique dans beaucoup de municipalités européennes et le compostage industriel des matières organiques par maturation accélérée en système clos a acquis une place prépondérante. Cependant, ce type de compostage nécessite une forte concentration de divers micro-organismes. Il en résulte un risque microbiologique aéroporté encore mal évalué pour les travailleurs exposés à ces atmosphères chargées en bioaérosols (bactéries, champignons et endotoxines en suspension dans l'air). [Auteur]

De nouvelles méthodes pour relier le déclenchement des symptômes respiratoires à l'exposition aux moisissures

Un nombre de plus en plus important d'études proposent l'exposition aux moisissures de l'environnement intérieur comme un facteur majeur dans l'apparition de symptômes respiratoires chez l'adulte et dans le développement de l'asthme chez l'enfant. Afin de contrôler l'incidence de telles pathologies dans la population générale, il est indispensable premièrement, de déterminer le niveau d'exposition aux particules fongiques qui déclenche les symptômes et deuxièmement d'identifier un marqueur environnemental associé de manière significative au tableau clinique. La première étude, choisie dans le cadre de cette note, s'inscrit dans le premier volet. Elle explore la relation entre la colonisation par des moisissures des voies aériennes de personnes asthmatiques et la concentration en spores de ces espèces fongiques dans l'air des habitations. La deuxième étude répond à la deuxième problématique en montrant qu'un marqueur environnemental, la fraction de (1-3)-beta-D-glucanes présente à la surface des particules fongiques, est corrélée au tableau des symptômes cliniques.

Exposition à des particules virales aéroportées potentiellement pathogènes dans des abattoirs et dans la filière du tri des déchets

La caractérisation de l'exposition à des bioaérosols dans différents secteurs de travail a, durant de nombreuses années, été documentée principalement pour les icroorganismes cultivables tels que les bactéries et les champignons. Puis, le développement des méthodes moléculaires d'analyse de l'ADN par amplification de séquences spécifiques ou universelles par PCR(1) a permis une caractérisation beaucoup plus réaliste des expositions en tenant compte, non seulement des bactéries et champignons cultivables, mais aussi des non-cultivables qui représentent l'immense majorité des icroorganismes totaux présents dans l'air. Ainsi, depuis une dizaine d'années, nos connaissances sur les communautés bactériennes et fongiques aéroportées se sont élargies (1). Aujourd'hui, une nouvelle avancée est faite, grâce à la métagénomique(2) qui permet d'identifier (après ou non amplification de l'ADN total) une grande part des séquences d'ADN présentes dans un environnement (2). L'utilisation de la PCR(1) et/ou de la métagénomique(2), dans le domaine de la santé au travail, s'est jusqu'à présent limitée à la caractérisation de l'exposition aux bactéries et champignons laissant de côté les virus. Cependant, il s'avère que beaucoup de virus pathogènes se transmettent par voie aérienne et qu'un grand nombre de travailleurs manipulent des matières pouvant être contaminées. C'est le cas des employés des abattoirs, potentiellement exposés à des virus zoonotiques(3) et des employés d'usines de tri des déchets ménagers solides. Cette note décrit deux études qui ont évalué, pour la première fois dans ces secteurs de travail, l'exposition professionnelle à des particules virales, la première en utilisant la métagénomique(2) et la seconde en utilisant les méthodes PCR(1) classique.

The mitochondrial targeting function of randomly generated peptide sequences correlates with predicted helical amphiphilicity.

A pool of oligonucleotides encoding a start methionine and nine random amino acids was inserted at the 5'-end of the gene for the yeast cytochrome oxidase subunit IV lacking its own mitochondrial targeting sequence. Approximately one-quarter of the randomly generated sequences targeted subunit IV to its correct intramitochondrial location in vivo. Sequence analysis of 89 randomly generated sequences showed that their efficiencies as mitochondrial targeting signals correlated with the potential to fold into an amphiphilic alpha-helix. Functional targeting sequences were enriched in arginine and isoleucine residues but contained few aspartate, glutamate, and proline residues. Nonfunctional sequences predicted to have significant helical amphiphilicity often had at least one acidic or multiple helix-breaking residues that would be expected to interfere with targeting functioning. These results support the hypothesis that the signal for targeting a protein into the mitochondrial matrix is usually a positively charged amphiphilic helix.

Characterization of the ligand-binding site of the serotonin 5-HT3 receptor: the role of glutamate residues 97, 224, AND 235.

Ligand-gated ion channels of the Cys loop family are receptors for small amine-containing neurotransmitters. Charged amino acids are strongly conserved in the ligand-binding domain of these receptor proteins. To investigate the role of particular residues in ligand binding of the serotonin 5-HT3AS receptor (5-HT3R), glutamate amino acid residues at three different positions, Glu97, Glu224, and Glu235, in the extracellular N-terminal domain were substituted with aspartate and glutamine using site-directed mutagenesis. Wild type and mutant receptor proteins were expressed in HEK293 cells and analyzed by electrophysiology, radioligand binding, fluorescence measurements, and immunochemistry. A structural model of the ligand-binding domain of the 5-HT3R based on the acetylcholine binding protein revealed the position of the mutated amino acids. Our results demonstrate that mutations of Glu97, distant from the ligand-binding site, had little effect on the receptor, whereas mutations Glu224 and Glu235, close to the predicted binding site, are indeed important for ligand binding. Mutations E224Q, E224D, and E235Q decreased EC50 and Kd values 5-20-fold, whereas E235D was functionally expressed at a low level and had a more than 100-fold increased EC50 value. Comparison of the fluorescence properties of a fluorescein-labeled antagonist upon binding to wild type 5-HT3R and E235Q, allowed us to localize Glu235 within a distance of 1 nm around the ligand-binding site, as proposed by our model.

Arsenic(V) adsorption onto α-Al2O3 between 25 and 70°C

The adsorption of As(V) onto alpha -Al2O3 was investigated at 25, 50 and 70 degreesC using batch adsorption experiments. Results indicate that As is strongly adsorbed at low pH and gets progressively released to the fluid with increasing pH above 7. At any pH, increasing temperature favors aqueous species of As over surface species. Surface complexation constants were determined at the experimental temperatures by fitting the adsorption data. Adsorption reactions were then converted to semi-isocolumbic reactions, i.e, reactions with balanced like-charged aqueous species. Intrinsic adsorption constants of semi-isocolumbic reactions change linearly when plotted against inverse temperature, suggesting that the heat capacity of these reactions remains constant over the temperature range considered. This permitted thermodynamic parameters of intrinsic surface complexation constants to be determined. Changes in surface complexation constants result in a change in the surface speciation with increasing temperature. This change is similar to the one observed for aqueous species, i.e. increasing temperature favors less negatively charged species below a pH of 9 and more negatively charged species above a pH of 10. Comparison with the stability of As surface complexes with Fe suggests that surface complexes with Al are more stable. (C) 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Modulation of the airway allergic response : characterization of the cellular and molecular mechanisms

ABSTRACT Allergic asthma is a major complication of atopy. Its severity correlates with the presence of activated T lymphocytes and eosinophils in the bronchoalveolar lavage fluid (BALF). Mechanisms that protect against asthma are poorly understood. Based on oral models of mucosal tolerance induction, models using the nasal route showed that uptake of important amounts of antigen can induce tolerance and reverse the allergic phenotype. 1L-10 producing regulatory T cells were proposed as key players in tolerance induction, but other players, e.g. dendritic cells (DC), B cells and epithelial cells may have to be taken into consideration. The objective of the present study is to characterize the effects of a therapeutic intranasal treatment (INT) in a murine model of asthma and to determine, in this model, the cellular and molecular mechanisms leading to protection against asthma. First, we established an asthma model by sensitizing the BALB/c mouse to ovalbumin (OVA) by two intraperitoneal injections of alum-adsorbed OVA and three inhalations of aerosolized OVA. Then OVA was applied to the nasal mucosa of OVA- sensitized mice. Mice were later re-exposed to OVA aerosols to assess the protection induced by OVA INT. OVA sensitization induced strong eosinophil recruitment, OVA-specific T cell proliferation and IgE production. Three intranasal treatments at 24-hour intervals with 1.5 mg OVA drastically reduced inflammatory cell recruitment into the BALF and inhibited OVA-specific IgE production upon allergen re-exposure. T cell proliferation in ex vivo bronchial lymph node (BLN) cells was inhibited, as well as TH2 cytokine production. Protection against OVA-induced bronchial inflammation was effective for an extended period of time and treated mice resisted a second re-exposure. Transfer of CD4+ cells from BLN and lungs of OVA-treated mice protected asthmatic recipient mice from subsequent aerosol challenge indicating an involvement of CD4+ T regulatory cells in this protection. RESUME L'asthme allergique est une manifestation clinique majeure de l'atopie. La sévérité de l'asthme est liée à la présence de lymphocytes T activés ainsi que d'éosinophiles dans le lavage broncho-alvéolaire (LBA). Les mécanismes permettant de se prémunir contre l'asthme sont mal connus. Basés sur des modèles muqueux d'induction de tolérance par la voie orale, des modèles utilisant la voie nasale ont montré que d'importantes quantités d'antigène peuvent induire une tolérance et ainsi reverser le phénotype allergique. Des cellules régulatrices produisant de l'IL-10 pourraient jouer un rôle clé dans l'induction de la tolérance mais d'autres acteurs tels que les cellules dendritiques, les cellules B et les cellules épithéliales doivent aussi être prises en compte. L'objectif de la présente étude est de caractériser les effets d'un traitement intranasal thérapeutique dans un modèle murin d'asthme et de déterminer dans ce modèle les mécanismes cellulaires et moléculaires conférant une protection contre l'asthme. En premier lieu, un modèle d'asthme allergique a été établi en sensibilisant des souris BALB/c à l'ovalbumine (OVA) par deux injections intraperitonéales d'OVA adsorbé sur de l'alum et trois séances d'OVA en aérosol. Dans un second temps, de l'OVA a été administrée sur la muqueuse nasale des souris sensibilisées à l'OVA. Les souris furent ensuite challengées par des aérosols d'OVA afin d'évaluer la protection conférée par le traitement intranasal à l'OVA. La sensibilisation à l'OVA a induit un fort recrutement d'éosinophiles, une réponse proliférative des cellules T à l'OVA ainsi qu'une production d'lgE spécifiques. Trois traitements intranasaux à 24 heures d'intervalle avec 1.5 mg d'OVA ont permis de réduire drastiquement le recrutement des cellules inflammatoires dans le LBA ainsi que d'inhiber la production d'lgE spécifiques à l'OVA produits lors d'une ré-exposition à l'OVA. La prolifération en réponse à l'OVA de cellules extraites ex vivo de ganglions bronchiques a, elle aussi, été inhibée de même que la production de cytokines TH2. La protection contre l'inflammation provoquée par l'aérosol est efficace pour une longue période et les souris traitées résistent à une seconde ré- exposition. Le transfert de cellules CD4+ issues de ganglions bronchiques et de poumons de souris traitées à l'OVA protège les souris asthmatiques receveuses contre les effets inflammatoires d'un aérosol, indiquant que des cellules T CD4+ régulatrices pourraient être impliquées dans cette protection. RESUME DESTINE A UN LARGE PUBLIC L'asthme est une affection des voies respiratoires qui se caractérise par une contraction de la musculature des voies aériennes, une production de mucus et d'anticorps de l'allergie (IgE). On parle d'asthme allergique lorsque les facteurs déclenchant l'asthme sont des allergènes inhalés tels que acariens, pollens ou poils d'animaux. Le système immunitaire des patients asthmatiques a un défaut de programmation qui le rend réactif à des substances qui sont normalement inoffensives. Le traitement actuel de l'asthme repose sur le soulagement des symptômes grâce à des produits à base de stéroïdes. Les techniques permettant de reprogrammer le système immunitaire (immunothérapie) ne sont pas efficaces pour tous les antigènes et prennent beaucoup de temps. En conséquence, il est nécessaire de mieux comprendre les mécanismes sous-tendant une telle reprogrammation afin d'en améliorer le rendement et l'efficacité. Dans ce but, des modèles d'immunothérapie ont été mis au point chez la souris. Ils permettent une plus grande liberté d'investigation. Dans cette étude, un modèle d'asthme allergique dans la souris a été établi par une sensibilisation à un antigène particulier : l'ovalbumine (OVA). Ce modèle présente les caractéristiques principales de l'asthme humain : recrutement de cellules inflammatoires dans les poumons, augmentation de la production d'anticorps et de la résistance des bronches aux flux respiratoires. Cette souris asthmatique a ensuite été traitée par application nasale d'OVA. Comparées aux souris non traitées, les souris traitées à l'OVA ont moins de cellules inflammatoires dans leurs poumons et produisent moins d'anticorps IgE. D'autres marqueurs inflammatoires sont aussi fortement diminués. Des cellules de poumons ou de ganglions bronchiques prélevées sur des souris traitées injectées dans des souris asthmatiques améliorent les symptômes de l'asthme. Ces cellules pourraient donc avoir un rôle régulateur dans l'asthme. Les caractériser et les étudier afin d'être capable de les générer est crucial pour les futures thérapies de l'asthme.