Toxic cardenolides: chemical ecology and coevolution of specialized plant-herbivore interactions.

CONTENTS: Summary 28 I. Historic background and introduction 29 II. Diversity of cardenolide forms 29 III. Biosynthesis 30 IV. Cardenolide variation among plant parts 31 V. Phylogenetic distribution of cardenolides 32 VI. Geographic distribution of cardenolides 34 VII. Ecological genetics of cardenolide production 34 VIII. Environmental regulation of cardenolide production 34 IX. Biotic induction of cardenolides 36 X. Mode of action and toxicity of cardenolides 38 XI. Direct and indirect effects of cardenolides on specialist and generalist insect herbivores 39 XII. Cardenolides and insect oviposition 39 XIII. Target site insensitivity 40 XIV. Alternative mechanisms of cardenolide resistance 40 XV. Cardenolide sequestration 41 Acknowledgements 42 References 42 SUMMARY: Cardenolides are remarkable steroidal toxins that have become model systems, critical in the development of theories for chemical ecology and coevolution. Because cardenolides inhibit the ubiquitous and essential animal enzyme Na(+) /K(+) -ATPase, most insects that feed on cardenolide-containing plants are highly specialized. With a huge diversity of chemical forms, these secondary metabolites are sporadically distributed across 12 botanical families, but dominate the Apocynaceae where they are found in > 30 genera. Studies over the past decade have demonstrated patterns in the distribution of cardenolides among plant organs, including all tissue types, and across broad geographic gradients within and across species. Cardenolide production has a genetic basis and is subject to natural selection by herbivores. In addition, there is strong evidence for phenotypic plasticity, with the biotic and abiotic environment predictably impacting cardenolide production. Mounting evidence indicates a high degree of specificity in herbivore-induced cardenolides in Asclepias. While herbivores of cardenolide-containing plants often sequester the toxins, are aposematic, and possess several physiological adaptations (including target site insensitivity), there is strong evidence that these specialists are nonetheless negatively impacted by cardenolides. While reviewing both the mechanisms and evolutionary ecology of cardenolide-mediated interactions, we advance novel hypotheses and suggest directions for future work.

Molecular basis of interaction between Na,K-ATPase and FXYD proteins.

Résumé au large public Notre corps est constitué de différents types de cellules. La condition minimale ou primordiale pour la survie des cellules est d'avoir de l'énergie. Cette tâche est assumée en partie par une protéine qui se situe dans la membrane de chaque cellule. Nommé Na, K¬ATPase ou pompe à sodium, c'est une protéine pressente dans toutes les cellules chez les mammifères est composée de deux sous-unités, α et β. En transportant 3 ions de sodium hors de la cellule et 2 ions de potassium à l'intérieur de la cellule, elle transforme l'énergie chimique sous forme de l'ATP en énergie motrice, qui permet aux cellules par la suite d'échanger des matériaux entre l'espace intracellulaire et extracellulaire ainsi que d'ingérer des nutriments provenant de son environnement. Le manque de cette protéine chez la souris entraîne la mort de l'embryon. Des défauts fonctionnels de cette protéine sont responsables de plusieurs maladies humaines comme par exemple, un type de migraine. En dehors de sa fonction vitale, cette protéine est également engagée dans diverses activités physiologiques comme la contractilité musculaire, l'activité nerveuse et la régulation du volume sanguin. Vue l'importance de cette protéine, sa découverte par Jens C. Skou en 1957 a été honorée d'un Prix Noble de chimie quarante ans plus tard. Depuis lors, nous connaissons de mieux en mieux les mécanismes de fonctionnement de la Na, K-ATPase. Entre autre, sa régulation par une famille de protéines appelées protéines FXYD. Cette famille contient 7 membres (FXYD 1-7). L'un d'entre eux nommé FXYD 2 est lié à une maladie héréditaire connue sous le nom de hypomagnesemia. Nous disposons actuellement d'informations concernant les conséquences de la régulation par les protéines FXYD sur activité de la Na, K-ATPase, mais nous savons très peu sur le mode d'interaction entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. Dans ce travail de thèse, nous avons réussi à localiser des zones d'interaction dans la sous- unité a de la Na, K-ATPase et dans FXYD 7. En même temps, nous avons déterminé un 3ème site de liaison spécifique au sodium de la Na, K-ATPase. Une partie de ce site se situe à l'intérieur d'un domaine protéique qui interagit avec les protéines FXYD. De plus, ce site a été démontré comme responsable d'un mécanisme de transport de la Na, K-ATPase caractérisé par un influx ionique. En conclusion, les résultats de ce travail de thèse fournissent de nouvelles preuves sur les régions d'interaction entre la Na, K-ATPase et les protéines FXYD. La détermination d'un 3ème site spécifique au sodium et sa relation avec un influx ionique offrent la possibilité 1) d'explorer les mécanismes avec lesquels les protéines FXYD régulent l'activité de la Na, ATPase et 2) de localiser un site à sodium qui est essentielle pour mieux comprendre l'organisation et le fonctionnement de la Na, K-ATPase. Résumé Les gradients de concentration de Na+ et de K+ à travers la membrane plasmatique des cellules animales sont cruciaux pour la survie et l'homéostasie de cellules. De plus, des fonctions cellulaires spécifiques telles que la reabsorption de Na dans le rein et le côlon, la contraction musculaire et l'excitabilité nerveuse dépendent de ces gradients. La Na, K¬ATPase ou pompe à sodium est une protéine membranaire ubiquitaire. Elle crée et maintient ces gradients en utilisant l'énergie obtenu par l'hydrolyse de l'adénosine triphosphate. L'unité fonctionnelle minimale de cette protéine se compose d'une sous-unité catalytique α et d'une sous-unité régulatrice β. Récemment, il a été montré que des membres de la famille FXYD, sont des régulateurs tissu-spécifiques de la Na, K-ATPase qui influencent ses propriétés de transport. Cependant, on connaît peu de chose au sujet de la nature moléculaire de l'interaction entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. Dans cette étude, nous fournissons, pour la première fois, l'évidence directe que des résidus du domaine transmembranaire (TM) 9 de la sous-unité α de la Na, K-ATPase sont impliqués dans l'interaction fonctionnelle et structurale avec les protéines FXYD. De plus nous avons identifié des régions dans le domaine transmembranaire de FXYD 7 qui sont importantes pour l'association stable avec la Na, K-ATPase et une série de résidus responsables des régulations fonctionnelles. Nous avons aussi montré les contributions fonctionnelles du TM 9 de la Na, K-ATPase à la translocation de Na + en déterminant un 3ème site spécifique au Na+. Ce site se situe probablement dans un espace entre TM 9, TM 6 et TM 5 de la sous-unité α de la pompe à sodium. De plus, nous avons constaté que le 3ème site de Na + est fonctionnellement lié à un courant entrant de la pompe sensible à l'ouabaïne et activé par le pH acide. En conclusion, ce travail donne de nouvelles perspectives de l'interaction structurale et fonctionnelle entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. En outre, les contributions fonctionnelles de TM 9 offrent de nouvelles possibilités pour explorer le mécanisme par lequel les protéines FXYD régulent les propriétés fonctionnelles de la Na, K-ATPase. La détermination du 3ème site au Na + fournit une compréhension avancée du site spécifique au Na + de la Na, K-ATPase et du mécanisme de transport de la Na, K-ATPase. Summary The Na+ and K+ gradients across the plasma membrane of animal cells are crucial for cell survival and homeostasis. Moreover, specific tissue functions such as Na+ reabsorption in kidney and colon, muscle contraction and nerve excitability depend on the maintenance of these gradients. Na, K-ATPase or sodium pump, an ubiquitous membrane protein, creates and maintains these gradients by using the energy from the hydrolysis of ATP. The minimal functional unit of this protein is composed of a catalytic α subunit and a regulatory β subunit. Recently, members of the FXYD family, have been reported to be tissue-specific regulators of Na, K-ATPase by influencing its transport properties. However, little is known about the molecular nature of the interaction between FXYD proteins and Na, K-ATPase. In this study, we provide, for the first time, direct evidence that residues from the transmembrane (TM) domain 9 of the α subunit of Na, K-ATPase are implicated in the functional and structural interaction with FXYD proteins. Moreover, we have identified regions in the TM domain of FXYD 7 important for the stable association with Na, K-ATPase and a stretch of residues responsible for the functional regulations. We have further revealed the functional contributions of TM 9 of the Na, K-ATPase α subunit to the Na+ translocation by determining a 3rd Na+-specific cation binding site. This site is likely in a space between TM 9, TM 6 and TM 5 of the a subunit of the sodium pump. Moreover, we have found that the 3rd Na+ binding site is functionally linked to an acidic pH- activated ouabain-sensitive inward pump current. In conclusion, this work gives new insights into the structural and functional interaction between FXYD proteins and Na, K-ATPase. Functional contributions of TM 9 offer new possibilities to explore the mechanism by which FXYD proteins regulate functional properties of Na, K-ATPase. The determination of the 3rd Na+ binding site provides an advanced understanding concerning the Na+ -specific binding site of Na, K-ATPase and the 3rd Na+ site related transport mechanism.

Die loutrophóros im Hochzeits-und Begräbnisritual des 5. Jahrhunderts v. Chr. in Athen

ZUSAMMENFASSUNG Gegenstand dieser Arbeit sind rund hundert rotfigurige Darstellungen von den beiden als Lutrophoren bezeichneten Tongefässen, der dreihenkligen Lutrophoros-Hydria (LH) und der zweihenkligen Lutrophoros-Amphora (LA). Die Untersuchung geht von der Prämisse aus, dass Darstellungen der Lutrophoros einen gewissen Variantenreichtum des Brauchtums widerspiegeln können, sonst aber verbindlichen, in sich schlüssigen Vorstellungen entsprechen, die sich die Gemeinschaft von diesem Ritualobjekt macht. In Anlehnung an die herrschende Meinung wird zudem vorausgesetzt, dass LA und LH ausschliesslich im nuptialen und funeralen Bereich vorkommen, doch ist bisher in der archäologischen Forschung ihre Rolle im einzelnen ungeldärt. Anhand von literarischen Quellen und ikonographischem Material wird untersucht, inwiefern sich LA und LH in ihrer Verwendung und Bedeutung in bezug auf Hochzeit und Begräbnis unterscheiden und inwieweit der Begrifif loutrophóros auf sie zutrifft. KAPITEL I Nach frühen Quellentexten muss die Bezeichnung loutrophóros im Hochzeitsritual für eine Person und beim Begräbnis eines ehelos verstorbenen Mannes für ein Objekt verwendet worden sein. In späteren Zeugnissen wird ergänzend die Lutrophoros für die Hochzeit als hydria-ähnliches Gefäss bezeichnet, ebenso die Lutrophoros auf dem Grab; für letztere wird zusätzlich eine Kinderfigur mit Wassergefäss vorgeschlagen, was archäologisch bislang nicht bezeugt ist. Die Aussagen der Texte zum Begriff loutrophóros stimmen trotz verschiedener Widersprüche im Gesamten darin überein, dass die Aufstellung der Lutrophoros auf dem Grab von ehelos Verstorbenen eine Entsprechung zum Ritual für Hochzeitsleute darstellt; die rituelle Verwendung der Lutrophoros auf dem Grab muss also eine nuptiale Bedeutung haben. Die Untersuchung des Begriffs loutrá (,,Hoch- zeitsba") im nuptialen Bereich zeigt, dass die Lutrophoros in engem Zusammenhang mit der Quellnymphe Kallirrhoë, der Braut - nýmphè genannt - und dem Heiligtum der Nymphe, dem Hauptfundort der Lutrophoren, gesehen werden muss; allerdings bleibt die spezifische Bedeutung der loutrá ungewiss. Am ehesten werden sie dem Gedeihen der neu entstandenen Verbindung gedient haben, die sich in Anlehnung an Hesiods Werke und Tage als Neugründung eines oíkos oder als Weiteiterführung des väterlichen oíkos durch den Bräutigam umschreiben lässt. Für die bislang immer wieder vorgeschlagenen Deutungen der loutrá als Ritual für Fruchtbarkeit oder zur Reinigung gibt es frühestens ab dem 4. ]h. v. Chr. Hinweise. Die Untersuchung des Begriffs loutrá für die Waschung vor der Bestattung und ein Vergleich zwischen verschiedenen Bezeichnungen für Grab- spenden (choaí, loibaí, loutrá) und der aufgestellten Lutrophoros auf dem Grab führen entgegen bisheriger Auffassungen zum Schluss, dass die Lutrophoros auf dem Grab als Entsprechung zum Hochzeitsritual gesehen wurde und dass diesem Brauch die für Athen bekannte Vorstellung zugrunde liegt, die Verstorbenen zufrieden zu stellen. Die aufgestellte Lutrophoros könnte zum Ausdruck bringen, dass die Hinterbliebenen das der verstorbenen Person zustehende Recht auf Verehelichung gebilligt hätten. Kapitel II Beim ikonographischen Material, das sich hauptsächlich aus Vasenbildern zusammensetzt, stehen die dargestellten Gefässvarianten LA und LH im Zentrum. Nach dem ikonographischen Modell von C. Bérard fassen wir die dargestellten LA und LH im linguistischen Sinn als ikonische Zeichen auf, die nicht weiter zerlegbar sind; LA und LH stellen je eine ,,unité formelle minimale " dar. Die zentrale Frage lautet, ob Bedeutung und Verwendung der beiden ,,unités formelles minimales" LH und LA - trotz ihrer unterschiedlichen Form -in bezug auf die Funktion der loutrophóros bei der Hochzeit und beim Begräbnis ehelos Verstorbener übereinstimmen oder ob die unterschiedliche Form von LA und LH zum Ausdruck bringen soll, dass sie eben gerade nicht die gleiche Funktion haben. Beide Auffassungen sind in der bisherigen Forschung stark vertreten: R Wolters und seine Anhänger gehen davon aus, dass LA und LH gleichwertig sind; G. Kokula und mit ihr andere nehmen eine unterschiedliche, geschlechtsspezifische Verwendung an. In einer ersten formalen Analyse werden Darstellungen von LA und LH auf Lutrophoren, Lebetes gamikoi und Hydrien untersucht. Folgende Skizze zeigt die bekannten Kombinationen von dargestellten Lutrophoren: Aus der formalen Analyse lassen sich vier Schlüsse ziehen: - (ia.b) In der Regel entsprechen sich Bildträger und Bildelement; dieser Kombination muss eine Absicht zugrunde liegen, sie kann nicht willkürlich sein. - (2) Zwei LA mit Darstellungen einer LH (49 Abb. 4oa.b; 50 Abb. 4ia.b) sprechen dafür, dass im Verwendungsbereich der LA auch die LH vorkommen kann; im Gegensatz dazu fehlen aber Darstellungen einer LA auf einer LH, was vermuten lässt, dass im Verwendungsbereich der LH keine LA gebraucht wurden. - (3a.b) Zwei Darstellungen zeigen jede Variante für sich in zwei Exemplaren in der Funktion als Wasserbehälter: zwei LH (I7 Abb. 61b.c; 6za. b); zwei LA (12 Abb. 46. 47a.b); im Gegensatz dazu kommen aber beide Varianten gemeinsam in der Funktion als Wasserbehälter nicht vor, vermutlich hat sich der Anwendungsbereich der beiden Varianten unterschieden. (4a.b) Zwei Darstellungen, die beide Varianten gemeinsam zeigen, einmal im Miniaturformat (50 Abb. 41a.b), das andere Mai in monumentaler Grösse (I Abb. 1) - also nicht als Wasserbehälter -, lassen den Schluss zu, dass beide Varianten ein gemeinsames Merkmal haben müssen. Allein die formale Analyse zeigt, dass die von P Wolters angenommene Gleichwertigkeit nicht zutreffen kann. Es muss eine unterschiedliche Verwendung gegeben haben, wie bereits G. Kokula vermutet. In einer zweiten Analyse werden die Darstellungen nach der von P Bruneau vorgeschlagenen Methode in fünf Gruppen mit gleichem Schema aufgelisret. Hier wird die dargestellte LA oder LH im Vergleich zur Gesamtdarstellung ausgewertet, ohne die inhaltliche Klassifizierung vorauszusetzen. In einer Gruppe gesondert werden alle Lutrophorendarstellungen untersucht, die thematisch eindeutig zum funeralen Bereich gehören. Die aus der ersten Analyse gewonnene Annahme, dass sich LA und LH in der Verwendung unterscheiden, wird durch die zweite Analyse bestätigt und präzisiert. Für die LA kann keine eindeutige hochzeitliche Verwendung nachgewiesen werden; die LH ist das eigentliche Hochzeitsgefäss. Darüber hinaus zeigt die Untersuchung, dass alle Darstellungen einer LH oder LA inhaltlich dem nuptialen oder funeralen Kontext zugeordnet werden können; gemäss den Darstellungen wurden LA und LH nur bei Hochzeit oder Begräbnis verwendet. Nach dem hier vorgestellten Modell machen LA und LH als ikonische Zeichen eine doppelte Aussage. Sie verweisen einerseits auf den Inhalt, das hochzeitliche Wasser, und darin sind sie bedeutungsgleich. Andererseits beziehen sie sich auf die Adressaten: die LA kommt für Hochzeitsleute nicht in Frage, ihre Verwendung ist auf ehelos Verstorbene beschränkt. Die LH, das Ritualobjekt der Hochzeitsleute, kann vereinzelt auch für Verstorbene gebraucht werden. Diese zunächst irritierende Beobachtung stimmt mit den Texten gut überein, aus denen hervorgeht, dass im Ritual für ehelos Verstorbene eine Entsprechung zum Hochzeitsritual liegt; seine Bedeutung muss daher ebenfalls nuptial sein. Die Kombination von hochzeitlichen und funeralen Elementen ist daher nach dem hier vorgeschlagenen Modell im Funeralbereich - und zwar nur dort - möglich. Ebenfalls in Übereinstimmung mit den Texten lassen sich die beiden Darstellungen erklären, die LA und LH gemeinsam im Miniaturformat oder in monumentaler Grösse zeigen. Da nämlich die Mitgabe der Lutrophoros für ehelos Verstorbene auf die hochzeitlichen loutrá verweist, haben beide Gefässvarianten trotz der unterschiedlichen Verwendung eine gleichwertige Bedeutung, und daraus erklärt sich die gemeinsame Darstellung beider Varianten in einem Format, das die rituelle Verwendung ausschliesst. Durch die zweíte Analyse wird die Auffassung der geschlechtsspezifischen Verwendung von G. Kokula entkräftet. LA und LH unterscheiden sich zwar in der Verwendung, diese ist jedoch entgegen bisheriger Annahmen nicht symmetrisch. KAPITEL III Der Vergleich zwischen literarischer und ikonographischer Überlieferung zeigt einerseits das bekannte Problem, dass beide Bildelemente LA und LH nicht zweifelsfrei dem Begriff loutrophóros zugewiesen werden können. Andererseits aber stimmen Bilder und Texte in bezug auf die rituelle Funktion der loutrophóros bei Hochzeit und Begräbnis in einem hohen Mass überein, so dass widersprüchliche Aussagen nicht mehr so stark ins Gewicht fallen wie bislang. Die von einigen Lexikographen - entgegen der íkonographisch dokumentierten LA - vorgeschlagene Kinderstatue als loutrophóros auf dem Grab ehelos Verstorbener beruht vermutlich auf der Auffassung, dass sich das Erscheinungsbild der loutrophóros als Person beziehungsweise Gestalt im Hochzeíts- und Begräbnisritual entspreche. Bei dieser erst in späterer Zeit auftretenden Meinung wird deutlich, dass der ursprünglich adjektivischen Verwendung von loutrophóros, gemäss welcher bei Hochzeit und Begräbnis völlig verschiedene Wasserträger möglich sind, nicht mehr Rechnung getragen wird. KAPITEL IV Die aus den literarischen Quellen und der ikonographischen Überlieferung gezogenen Schlussfolgerungen können auch gegenüber weiteren archäologischen Gesichtspunkten, wie Gefässentwieklung und Fundorte, aufrecht erhalten bleiben. Damit würde das hier vertretene Modell unserer Forderung Rechnung tragen, dass die mit einem Ritualobjekt (hier LH und LA) verbundenen Vorstellungen kohärent sein müssen, aber eine gewisse Bandbreite von rituellen Ausführungsmodalitäten zulassen.

The gamma subunit is a specific component of the Na,K-ATPase and modulates its transport function.

The role of small, hydrophobic peptides that are associated with ion pumps or channels is still poorly understood. By using the Xenopus oocyte as an expression system, we have characterized the structural and functional properties of the gamma peptide which co-purifies with Na,K-ATPase. Immuno-radiolabeling of epitope-tagged gamma subunits in intact oocytes and protease protection assays show that the gamma peptide is a type I membrane protein lacking a signal sequence and exposing the N-terminus to the extracytoplasmic side. Co-expression of the rat or Xenopus gamma subunit with various proteins in the oocyte reveals that it specifically associates only with isozymes of Na,K-ATPase. The gamma peptide does not influence the formation and cell surface expression of functional Na,K-ATPase alpha-beta complexes. On the other hand, the gamma peptide itself needs association with Na,K-ATPase in order to be stably expressed in the oocyte and to be transported efficiently to the plasma membrane. Gamma subunits do not associate with individual alpha or beta subunits but only interact with assembled, transport-competent alpha-beta complexes. Finally, electrophysiological measurements indicate that the gamma peptide modulates the K+ activation of Na,K pumps. These data document for the first time the membrane topology, the specificity of association and a potential functional role for the gamma subunit of Na,K-ATPase.

Stringent V beta requirement for the development of NK1.1+ T cell receptor-alpha/beta+ cells in mouse liver.

The liver of C57BL/6 mice contains a major subset of CD4+8- and CD4-8- T cell receptor (TCR)-alpha/beta+ cells expressing the polymorphic natural killer NK1.1 surface marker. Liver NK1.1+TCR-alpha/beta+ (NK1+ T) cells require interaction with beta2-microglobulin-associated, major histocompatibility complex I-like molecules on hematopoietic cells for their development and have a TCR repertoire that is highly skewed to Vbeta8.2, Vbeta7, and Vbeta2. We show here that congenic C57BL/6.Vbeta(a) mice, which lack Vbeta8- expressing T cells owing to a genomic deletion at the Vbeta locus, maintain normal levels of liver NK1+ T cells owing to a dramatic increase in the proportion of cells expressing Vbeta7 and Vbeta2 (but not other Vbetas). Moreover, in C57BL/6 congenic TCR-V Vbeta3 and -Vbeta8.1 transgenic mice (which in theory should not express other Vbeta, owing to allelic exclusion at the TCR-beta locus), endogenous TCR-Vbeta8.2, Vbeta7, and Vbeta2 (but not other Vbetas) are frequently expressed on liver NK1+T cells but absent on lymph node T cells. Finally, when endogenous V beta expression is prevented in TCR-Vbeta3 and Vbeta8.1 transgenic mice (by introduction of a null allele at the C beta locus), the development of liver NK1+T cells is totally abrogated. Collectively, our data indicate that liver NK1+T cells have a stringent requirement for expression of TCR-Vbeta8.2, Vbeta7, or Vbeta2 for their development.

The Ca(V)3.3 calcium channel is the major sleep spindle pacemaker in thalamus.

Low-threshold (T-type) Ca(2+) channels encoded by the Ca(V)3 genes endow neurons with oscillatory properties that underlie slow waves characteristic of the non-rapid eye movement (NREM) sleep EEG. Three Ca(V)3 channel subtypes are expressed in the thalamocortical (TC) system, but their respective roles for the sleep EEG are unclear. Ca(V)3.3 protein is expressed abundantly in the nucleus reticularis thalami (nRt), an essential oscillatory burst generator. We report the characterization of a transgenic Ca(V)3.3(-/-) mouse line and demonstrate that Ca(V)3.3 channels are indispensable for nRt function and for sleep spindles, a hallmark of natural sleep. The absence of Ca(V)3.3 channels prevented oscillatory bursting in the low-frequency (4-10 Hz) range in nRt cells but spared tonic discharge. In contrast, adjacent TC neurons expressing Ca(V)3.1 channels retained low-threshold bursts. Nevertheless, the generation of synchronized thalamic network oscillations underlying sleep-spindle waves was weakened markedly because of the reduced inhibition of TC neurons via nRt cells. T currents in Ca(V)3.3(-/-) mice were <30% compared with those in WT mice, and the remaining current, carried by Ca(V)3.2 channels, generated dendritic [Ca(2+)](i) signals insufficient to provoke oscillatory bursting that arises from interplay with Ca(2+)-dependent small conductance-type 2 K(+) channels. Finally, naturally sleeping Ca(V)3.3(-/-) mice showed a selective reduction in the power density of the σ frequency band (10-12 Hz) at transitions from NREM to REM sleep, with other EEG waves remaining unaltered. Together, these data identify a central role for Ca(V)3.3 channels in the rhythmogenic properties of the sleep-spindle generator and provide a molecular target to elucidate the roles of sleep spindles for brain function and development.

Circadian expression of H,K-ATPase type 2 contributes to the stability of plasma K⁺ levels.

Maintenance by the kidney of stable plasma K(+) values is crucial, as plasma K(+) controls muscle and nerve activity. Since renal K(+) excretion is regulated by the circadian clock, we aimed to identify the ion transporters involved in this process. In control mice, the renal mRNA expression of H,K-ATPase type 2 (HKA2) is 25% higher during rest compared to the activity period. Conversely, under dietary K(+) restriction, HKA2 expression is ∼40% higher during the activity period. This reversal suggests that HKA2 contributes to the circadian regulation of K(+) homeostasis. Compared to their wild-type (WT) littermates, HKA2-null mice fed a normal diet have 2-fold higher K(+) renal excretion during rest. Under K(+) restriction, their urinary K(+) loss is 40% higher during the activity period. This inability to excrete K(+) "on time" is reflected in plasma K(+) values, which vary by 12% between activity and rest periods in HKA2-null mice but remain stable in WT mice. Analysis of the circadian expression of HKA2 regulators suggests that Nrf2, but not progesterone, contributes to its rhythmicity. Therefore, HKA2 acts to maintain the circadian rhythm of urinary K(+) excretion and preserve stable plasma K(+) values throughout the day.

The ATPase activity of RecA is needed to push the DNA strand exchange through heterologous regions.

The role of ATP hydrolysis during the RecA-mediated recombination reaction is addressed in this paper. Recent studies indicated that the RecA-promoted DNA strand exchange between completely homologous double- and single-stranded DNA can be very efficient in the absence of ATP hydrolysis. In this work we demonstrate that the energy derived from the ATP hydrolysis is strictly needed to drive the DNA strand exchange through the regions where the interacting DNA molecules are not in a homologous register. Therefore, in addition to the role of the ATP hydrolysis in promoting the dissociation of RecA from the products of the recombination reaction, as described earlier, ATP hydrolysis also plays a crucial role in the actual process of strand exchange, provided that the lack of homologous register obstructs the process of branch migration.

Identification of key amino acids of the mouse mammary tumor virus superantigen involved in the specific interaction with T-cell receptor V(beta) domains.

Mouse mammary tumor virus (MMTV) is a retrovirus encoding a superantigen that is recognized in association with major histocompatibility complex class II by the variable region of the beta chain (V(beta)) of the T-cell receptor. The C-terminal 30 to 40 amino acids of the superantigen of different MMTVs display high sequence variability that correlates with the recognition of particular T-cell receptor V(beta) chains. Interestingly, MMTV(SIM) and mtv-8 superantigens are highly homologous but have nonoverlapping T-cell receptor V(beta) specificities. To determine the importance of these few differences for specific V(beta) interaction, we studied superantigen responses in mice to chimeric and mutant MMTV(SIM) and mtv-8 superantigens expressed by recombinant vaccinia viruses. We show that only a few changes (two to six residues) within the C terminus are necessary to modify superantigen recognition by specific V(beta)s. Thus, the introduction of the MMTV(SIM) residues 314-315 into the mtv-8 superantigen greatly decreased its V(beta)12 reactivity without gain of MMTV(SIM)-specific function. The introduction of MMTV(SIM)-specific residues 289 to 295, however, induced a recognition pattern that was a mixture of MMTV(SIM)- and mtv-8-specific V(beta) reactivities: both weak MMTV(SIM)-specific V(beta)4 and full mtv-8-specific V(beta)11 recognition were observed while V(beta)12 interaction was lost. The combination of the two MMTV(SIM)-specific regions in the mtv-8 superantigen established normal MMTV(SIM)-specific V(beta)4 reactivity and completely abolished mtv-8-specific V(beta)5, -11, and -12 interactions. These new functional superantigens with mixed V(beta) recognition patterns allowed us to precisely delineate sites relevant for molecular interactions between the SIM or mtv-8 superantigen and the T-cell receptor V(beta) domain within the 30 C-terminal residues of the viral superantigen.