Die Biogenese von Chlorophyll-a/b-bindenden Lichtsammelkomplexen : Topographie des Apoproteins bei der Thylakoidinsertion

Die Biogenese von Chlorophyll-a/b-bindenden Lichtsammelkomplexen: Topographie des Apoproteins bei der Thylakoidinsertion Der wichtigste Chlorophyll a/b-bindende Lichtsammelkomplex höherer Pflanzen ist der an Photosystem II assoziierte LHCII. Die kerncodierten Apoproteine dieses Pigment-Protein Komplexes werden posttranslational in den Chloroplasten importiert und mit Hilfe des plastidären

Endothelial lipase correlated positively with EPA/AA ratio in RBCs membrane

The fatty acid profile of erythrocyte membranes has been considered a good biomarker for several pathologic situations. Dietary intake, digestion, absorption, metabolism, storage and exchange amongst compartments, greatly influence the fatty acids composition of different cells and tissues. Lipoprotein and hepatic lipases were also involved in fatty acid availability. In the present work we examined the correlations between fatty acid in Red Blood Cells (RBCs) membranes, the fatty acid desaturase and elongase activities, glycaemia, blood lipids, lipoproteins and apoproteins, and the endothelial lipase (EL) mass in plasma. Twenty one individuals were considered in the present study, with age >18 y. RBCs membranes were obtained and analysed for fatty acid composition by gas chromatography. The amount of fatty acids (as percentage) were analysed, and the ratios between fatty acid 16:1/16:0; 18:1/18:0; 18:0/16:0; 22:6 n-3/20:5 n-3 and 20:4 n-6/18:2 n-6 were calculated. Bivariate analysis (rs) and partial correlations were determined. SCD16 estimation activity correlated positively with BMI (rs=0.466, p=0.043) and triacylglycerols (TAG) (rs=0.483, p=0.026), and negatively with the ratio ApoA1/ApoB (rs=-0.566, p=0.007). Endothelial lipase (EL) correlated positively with the EPA/AA ratio in RBCs membranes (rs=0.524, p=0.045). After multi-adjustment for BMI, age, hs-CRP and dietary n3/n6 ratio, the correlations remained significant between EL and EPA/AA ratio. At the best of our knowledge this is the first report that correlated EL with the fatty acid profile of RBCs plasma membranes. The association found here can suggest that the enzyme may be involved in the bioavailability and distribution of n-3/n-6 fatty acids, suggesting a major role for EL in the pathophysiological mechanisms involving biomembranes’ fatty acids, such as in inflammatory response and eicosanoids metabolites pathways.

Differential effects of two anti-apo-cytochrome c-specific monoclonal antibodies on the function of apo-cytochrome c-specific murine T cell clones.

A murine monoclonal antibody (SJL 2-4) specific for the antigen apo-cytochrome c was shown to inhibit both antigen-induced proliferation and lymphokine secretion by an apo-cytochrome c-specific BALB/c helper T cell clone. The inhibition was specific because additional apo-cytochrome c-specific T cell clones were not inhibited by the same monoclonal antibody. Time course studies of the inhibition indicated that the initial 8 hr of contact between T cell clones and antigen-presenting cells were critical for activation of the T cell clones. Inhibition of T cell functions by antigen-specific antibodies appeared to correlate with the antibody-antigen binding constant because a second monoclonal antibody (Cyt-1-59), with identical specificity but with a lower affinity constant for apo-cytochrome c, had very little inhibitory effect on the proliferation or lymphokine secretion of apo-cytochrome c-specific T cell clones.

Inhibition of antigen-induced T-cell clone proliferation by antigen-specific antibodies.

Attempts to inhibit the recognition of soluble antigens by T lymphocytes using antibodies specific for the antigen in question have been uniformally unsuccessful, in contrast to the observed specific inhibition of antibody generation by B cells. One exception is the unique situation whereby anti-hapten antisera inhibit the T-cell proliferative responses observed when hapten-specific T lymphocytes or clones are cultured with hapten-derivatized cells or proteins. The inability to inhibit T-cell functions by antigen-specific antibodies has been interpreted in several ways: (1) T cells possess a different repertoire from B cells; (2) the antibodies tested recognize epitopes present on the native antigen, whereas T cells recognize non-native (processed) structures; (3) the antigenic determinant(s) recognized by T cells on the surface of antigen presenting cells are either not accessible to antibodies, or are present in low amounts. The development of antigen-specific T-cell clones and monoclonal antibodies both specific for the same antigenic determinants now allows this question to be investigated definitively. Here, we report for the first time the specific inhibition of antigen-induced T-cell clone proliferation by a monoclonal antibody directed against the relevant soluble protein antigen.

Use of an in-house approach to study the three-dimensional structures of various outer membrane proteins: structure of the alcaligin outer membrane transporter FauA from Bordetella pertussis.

Bordetella pertussis is the bacterial agent of whooping cough in humans. Under iron-limiting conditions, it produces the siderophore alcaligin. Released to the extracellular environment, alcaligin chelates iron, which is then taken up as a ferric alcaligin complex via the FauA outer membrane transporter. FauA belongs to a family of TonB-dependent outer membrane transporters that function using energy derived from the proton motive force. Using an in-house protocol for membrane-protein expression, purification and crystallization, FauA was crystallized in its apo form together with three other TonB-dependent transporters from different organisms. Here, the protocol used to study FauA is described and its three-dimensional structure determined at 2.3 A resolution is discussed.

Clonal analysis of the BALB/c T cell proliferative response to apo beef cytochrome c.

Murine T cell clones that proliferated specifically in response to the protein antigen apo cytochrome c were derived and maintained in continuous culture. Two distinct clonotypes were observed with respect to the proliferative responses observed when a variety of peptides prepared from several species of cytochrome c were tested. These 2 clonotypes appeared to recognize 2 different regions in the cytochrome c molecule. Only 1 of the 2 clonotypes tested demonstrated helper cell activity for antibody formation in vitro.

Different antigen-presenting cells differ in their capacity to induce lymphokine production and proliferation of an apo-cytochrome c-specific T cell clone.

The activation of an apo-cytochrome c-specific T cell clone was found to differ, depending on the antigen-presenting cell population. Whereas total syngeneic spleen cells and bone marrow macrophages could be shown to trigger proliferation, IL 2, and MAF production by the T cell clone, a B cell lymphoma only induced MAF secretion. Further studies demonstrated that this effect was not due to a different antigen processing by the B lymphoma or to limiting amounts of Ia and antigen molecules on the B lymphoma cell surface. The dissociation of induction of MAF production from IL-2 production/proliferation found with the different antigen-presenting cells indicates strongly that molecules other than Ia and antigen may be required for the complete functional activation of antigen-specific T cell clones.

Inhibition and enhancement of in vitro helper activity of apocytochrome c-specific murine T cell populations and clones by anti-apocytochrome c-specific monoclonal antibodies.

A murine monoclonal antibody (mAb) specific for apocytochrome c was found to be able to either inhibit or enhance the helper activity of mouse apocytochrome c-specific T cell clones and populations in a hapten (trinitrophenyl)-carrier (apocytochrome c) system of T-B cell cooperation. This effect of the mAb was carrier specific, could not be ascribed simply to a shift in the kinetics of the antibody response and was observed using apocytochrome c T helper cells of different mouse haplotypes. In addition, the anti-apocytochrome c mAb was able to inhibit specific T helper cell activity even when the T cells were triggered with antigen-presenting cells pulsed with antigen. Taken together, these results suggested that the mAb was inhibiting helper activity due to its ability to modify the interaction between T cells and antigen-presenting cells.

The protective role of transferrin in Müller glial cells after iron-induced toxicity.

PURPOSE: Transferrin (Tf) expression is enhanced by aging and inflammation in humans. We investigated the role of transferrin in glial protection. METHODS: We generated transgenic mice (Tg) carrying the complete human transferrin gene on a C57Bl/6J genetic background. We studied human (hTf) and mouse (mTf) transferrin localization in Tg and wild-type (WT) C57Bl/6J mice using immunochemistry with specific antibodies. Müller glial (MG) cells were cultured from explants and characterized using cellular retinaldehyde binding protein (CRALBP) and vimentin antibodies. They were further subcultured for study. We incubated cells with FeCl(3)-nitrilotriacetate to test for the iron-induced stress response; viability was determined by direct counting and measurement of lactate dehydrogenase (LDH) activity. Tf expression was determined by reverse transcriptase-quantitative PCR with human- or mouse-specific probes. hTf and mTf in the medium were assayed by ELISA or radioimmunoassay (RIA), respectively. RESULTS: mTf was mainly localized in retinal pigment epithelium and ganglion cell layers in retina sections of both mouse lines. hTf was abundant in MG cells. The distribution of mTf and hTf mRNA was consistent with these findings. mTf and hTf were secreted into the medium of MG cell primary cultures. Cells from Tg mice secreted hTf at a particularly high level. However, both WT and Tg cell cultures lose their ability to secrete Tf after a few passages. Tg MG cells secreting hTf were more resistant to iron-induced stress toxicity than those no longer secreted hTf. Similarly, exogenous human apo-Tf, but not human holo-Tf, conferred resistance to iron-induced stress on MG cells from WT mice. CONCLUSIONS: hTf localization in MG cells from Tg mice was reminiscent of that reported for aged human retina and age-related macular degeneration, both conditions associated with iron deposition. The role of hTf in protection against toxicity in Tg MG cells probably involves an adaptive mechanism developed in neural retina to control iron-induced stress.

Inhibitory effect of deferoxamine on Paracoccidioides brasiliensis survival in human monocytes: Reversal by holotransferrin not by apotransferrin

The mechanisms used by Paracoccidioides brasiliensis to survive into phagocytic cells are not clear. Cellular iron metabolism is of critical importance to the growth of several intracellular pathogens whose capacity to multiply in mononuclear phagocytes is dependent on the availability of intracellular iron. Thus, the objective of this paper was to investigate the role of intracellular iron in regulating the capacity of P. brasiliensis yeast cells to survive within human monocytes. Treatment of monocytes with deferoxamine, an iron chelator, suppressed the survival of yeasts in a concentration-dependent manner. The effect of deferoxamine was reversed by iron-saturated transferrin (holotransferrin) but not by nonsaturated transferrin (apotransferrin). These results strongly suggest that P. brasiliensis survival in human monocytes is iron dependent.

Analysis of agonist and antagonist effects on thyroid hormone receptor conformation by hydrogen/deuterium exchange

Thyroid hormone receptors (TRs) are ligand-gated transcription factors with critical roles in development and metabolism. Although x-ray structures of TR ligand-binding domains (LBDs) with agonists are available, comparable structures without ligand (apo-TR) or with antagonists are not. It remains important to understand apo-LBD conformation and the way that it rearranges with ligands to develop better TR pharmaceuticals. In this study, we conducted hydrogen/deuterium exchange on TR LBDs with or without agonist (T 3) or antagonist (NH3). Both ligands reduce deuterium incorporation into LBD amide hydrogens, implying tighter overall folding of the domain. As predicted, mass spectroscopic analysis of individual proteolytic peptides after hydrogen/ deuterium exchange reveals that ligand increases the degree of solvent protection of regions close to the buried ligand-binding pocket. However, there is also extensive ligand protection of other regions, including the dimer surface at H10-H11, providing evidence for allosteric communication between the ligand-binding pocket and distant interaction surfaces. Surprisingly, Cterminal activation helix H12, which is known to alter position with ligand, remains relatively protected from solvent in all conditions suggesting that it is packed against the LBD irrespective of the presence or type of ligand. T 3, but not NH3, increases accessibility of the upper part of H3-H5 to solvent, and we propose that TR H12 interacts with this region in apo-TR and that this interaction is blocked by T 3 but not NH3.Wepresent data from site-directed mutagenesis experiments and molecular dynamics simulations that lend support to this structural model of apo-TR and its ligand-dependent conformational changes. (Molecular Endocrinology 25: 15-31, 2011). Copyright © 2011 by The Endocrine Society.

Abordagem fotomorfogenética para explorar o estresse abiótico em tomateiro (Solanum lycopersicum L.)

Pós-graduação em Agronomia (Produção Vegetal) - FCAV

Ursachen der unterschiedlichen Oligomerisierung von Lichtsammelproteinen

Die verschiedenen Lichtsammelproteine (Lhc-Proteine) höherer Pflanzen unterscheiden sich im Oligomerisierungsverhalten. Im Photosystem II existieren 6 Lhc-Proteine, die entweder die monomeren Lichtsammelkomplexe (LHC) CP24 (Lhcb6), CP26 (Lhcb5) und CP29 (Lhcb4) oder den trimeren LHCII (Lhcb1, Lhcb2 und Lhcb3) bilden. Im Photosystem I sind laut Kristallstruktur vier Lhc-Proteine lokalisiert, die als Heterodimere organisiert vorliegen. Der schwerpunktmäßig untersuchte LHCI-730 setzt sich aus Lhca1 und Lhca4 zusammen, während der LHCI-680 aus Lhca2 und Lhca3 besteht. Das Ziel der Arbeit bestand in der Identifizierung der für das unterschiedliche Oligomerisierungsverhalten verantwortlichen Proteinbereiche und Aminosäuren. Die für diese Arbeit generierten Consensussequenzalignments verschiedener Lhca- und Lhcb-Proteine vieler Arten unterstützen die Folgerungen aus Strukturdaten und anderen Sequenzalignments, dass den LHCs eine gemeinsame Monomerstruktur zu Grunde liegt. Die Helices 1 und 3 weisen weitgehend sehr hohe Sequenzidentitäten auf, während die N- und C-Termini, die zwei Schleifenregionen und die Helix 2 nur schwach konserviert sind. Falls die Bereiche mit hoher Sequenzübereinstimmung für das Zustandekommen ähnlicher monomerer LHC-Strukturen verantwortlich sind, könnten in den schwach konservierten Domänen die Ursachen für das unterschiedliche Oligomerisierungsverhalten lokalisiert sein. Aufgrund dessen wurden die schwach konservierten Domänen des monomerisierenden Lhcb4, des mit dem Lhca1 dimerisierenden Lhca4 und des Trimere bildenden Lhcb1 gegen die entsprechenden Domänen der anderen Proteine ausgetauscht und bezüglich ihres Oligomerisierungsverhaltens untersucht. Im Lhca4 konnten mit der Helix 2 und der stromalen Schleife zwei für eine Heterodimerisierung essentielle Domänen gefunden werden. Im Lhcb1 waren neben dem N-Terminus auch die 2. Helix und die stromale Schleifendomäne unentbehrlich für eine Trimerisierung. Zusätzlich waren Dimerisierung und Trimerisierung bei Austausch der luminalen Schleife beeinträchtigt. Ein geringer Beitrag zur Lhcb1-Trimerisierung konnte auch für den C-Terminus belegt werden. Ein zusätzliches Ziel der Arbeit sollte der Transfer der Oligomerisierungseigenschaften durch umfangreichen Domänentausch von einem auf ein anderes Protein sein. Der Transfer der Fähigkeit zur Dimerbildung durch Substitution gegen essentielle Lhca4-Domänen (50% luminale Schleife, 100% Helix 2 und 100% stromale Schleife) gelang beim Lhcb4, nicht aber beim Lhcb1. Der Transfer der Trimerisierungsfähigkeit auf Lhca4 und Lhcb4 scheiterte. Eine Lhca1-Mutante mit allen für eine Dimerisierung essentiellen Lhca4-Domänen, die durch Interaktion einzelner Moleküle untereinander multimere LHCs bilden sollte, war bereits in ihrer Monomerbildung beeinträchtigt. Eine Übertragung der Oligomerisierungsfähigkeit auf andere Proteine durch massiven Domänentransfer gestaltete sich somit schwierig, da vermutlich im mutierten Protein immer noch ursprüngliche Tertiärstrukturanteile enthalten waren, die nicht mit den transferierten Proteinbestandteilen kompatibel sind. Bei zukünftigen Experimenten zur Klärung der Transferierbarkeit der Oligomerisierungseigenschaft sollten deswegen neben dem unberücksichtigten 1. Teil der luminalen Schleife auch wenig konservierte Aminosäuren in der 1. und 3. Helix Beachtung finden. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war es, die LHCI-730-Dimerisierung im Detail zu untersuchen. Mutationsanalysen bestätigten den von früheren Untersuchungen bekannten Einfluss des Isoleucins 103 und Histidins 99. Letzteres geht möglicherweise durch sein gebundenes Chlorophyll eine Interaktion mit dem Lhca1 ein. Das Phenylalanin 95 stellte sich ebenfalls als ein wichtiger Interaktionspartner heraus und könnte in Wechselwirkung mit einem zwischen Lhca1 und Lhca4 lokalisierten Phosphatidylglycerin treten. Das ebenfalls an der Dimerbildung beteiligte Serin 88 des Lhca4 könnte auf Grund der räumlichen Nähe bei Modellierungen direkt mit dem am C-Terminus des Lhca1 lokalisierten Glycin 190 interagieren. Darüber hinaus wurde ein in der luminalen Lhca4-Schleife lokalisiertes Phenylalanin 84 als Interaktionspartner des Tryptophans 185 im C-Terminus von Lhca1 identifiziert. Der simultane Austausch des Isoleucins 109 und Lysins 110 in der stromalen Schleife des Lhca4, konnte deren Einfluss auf die Dimerisierung belegen. Nachdem bislang an der Dimerbildung beteiligte Aminosäuren am N- und C-Terminus des Lhca1 und Lhca4 identifiziert werden konnten, wurden in dieser Arbeit viele an einer Dimerbildung beteiligten Proteinbereiche und Aminosäuren in der Helix 2 und den Schleifenregionen des Lhca4 identifiziert. Um alle an der Lhca1-Lhca4-Interaktion beteiligten Aminosäuren aufzuklären, müssten durch Mutationsanalysen die in der stromalen Lhca4-Schleife vermuteten Interaktionspartner des für die Dimerisierung wichtigen Tryptophans 4 am N-Terminus von Lhca1 identifiziert, und die in der Helix 3 des Lhca1 vermuteten Interaktionspartner der Helix 2 des Lhca4 ermittelt werden.

Struktur und Funktion des Lipoproteins von Nereis virens (Annelida)

Ein discoidales Lipoprotein aus dem Polychaeten Nereis virens (Annelida) wurde eingehend charakterisiert. Im Vordergrund standen dabei die transportierten Lipide, sowie die Ultrastruktur des Partikels. Das Nereis-Lipoprotein besitzt eine für Invertebraten atypische Lipidzusammensetzung: Außer den Phospholipiden gibt es keine klar dominierende Lipidklasse. Die Charakterisierung der Apolipoproteine zeigt Gemeinsamkeiten mit den Apolipophorinen der Insekten: Wie diese besitzt das Nereis-Lipoprotein zwei Apolipoproteine, die in einer 1:1-Stöchiometrie angeordnet sind. Das größere Protein (ApoNvLp I) ist dabei stärker zum wässrigen Medium exponiert ist als das kleinere (ApoNvLp II). Beide Proteinuntereinheiten sind N-glycosyliert. ApoNvLp II ist zusätzlich noch O-glycosyliert. Bei den Sekundärstrukturen dominieren β-Strukturen (35%) gegenüber α-Helices (14%); 28% waren ungeordnete Strukturen. Die Masse wurde mit verschiedenen Methoden bestimmt: sie liegt zwischen ~800 kDa (Gelfiltration) und ~860 kDa (Analytische Ultrazentrifugation). Der Sedimentationskoeffizient beträgt 9,7 S. Der zelluläre Lipoproteinrezeptor wurde aus einer großen Anzahl von Zellen und Geweben isoliert. Die biochemische Charakterisierung des Rezeptormoleküls zeigte es als ein monomeres, integrales, N- und O-glycosyliertes Membranprotein mit einer Masse von ~114 kDa. Die Bindungscharakteristika (Abhängigkeit von Ca2+, Disulfidbrücken) weisen es als Mitglied der LDLR-Superfamilie aus. In vitro-Inkubationsversuche mit fluoreszenzmarkierten Lipoproteinen zeigten die Aufnahme sowohl in Oocyten als auch in freie Coelomzellen (Elaeocyten) sowie in Spermatogonien- und Tetradenstadien. Auffällig war, dass die Lipide zusammen mit den Apolipoproteinen in die Dottergranula der Eizellen eingelagert wurden und nicht direkt in die Lipidtropfen. Auch bei den Elaeocyten wurden die Lipide nicht direkt in den Lipidtropfen eingelagert. Intakte Lipoproteine konnten per Dichtegradienten-Ultrazentrifugation nur aus Spermatogonien isoliert werden. Die isolierten Lipoproteine hatten die gleiche ‚Morphologie’ wie die aus der Coelomflüssigkeit isolierten, zeigten jedoch sehr viele Peptidfragmente im SDS-Gel, was auf eine beginnende Degradation hinweist. Es wird ein Modell für den Lipidtransport in Nereis virens vorgeschlagen, bei dem den Elaeocyten eine entscheidende Rolle im Lipidstoffwechsel zufällt.

Untersuchung der Struktur und Assemblierung des Lichtsammelkomplexes II höherer Pflanzen mittels elektronenparamagnetischer Resonanz (EPR)

Der Haupt-Lichtsammelkomplex (LHCII) des Photosyntheseapparates höherer Pflanzen gehört zu den häufigsten Membranproteinen der Erde. Seine Kristallstruktur ist bekannt. Das Apoprotein kann rekombinant in Escherichia coli überexprimiert und somit molekularbiologisch vielfältig verändert werden. In Detergenzlösung besitzt das denaturierte Protein die erstaunliche Fähigkeit, sich spontan zu funktionalen Protein-Pigment-Komplexen zu organisieren, welche strukturell nahezu identisch sind mit nativem LHCII. Der Faltungsprozess findet in vitro im Zeitbereich von Sekunden bis Minuten statt und ist abhängig von der Bindung der Cofaktoren Chlorophyll a und b sowie verschiedenen Carotinoiden.rn Diese Eigenschaften machen LHCII besonders geeignet für Strukturuntersuchungen mittels der elektronenparamagnetischen Resonanz (EPR)-Spektrokopie. Diese setzt eine punktspezifische Spinmarkierung des LHCII voraus, die in dieser Arbeit zunächst optimiert wurde. Einschließlich der Beiträge Anderer stand eine breite Auswahl von über 40 spinmarkierten Mutanten des LHCII bereit, einen N-terminalen „Cys walk“ eingeschlossen. Weder der hierfür notwendige Austausch einzelner Aminosäuren noch die Anknüpfung des Spinmarkers beeinträchtigten die Funktion des LHCII. Zudem konnte ein Protokoll zur Präparation heterogen spinmarkierter LHCII-Trimere entwickelt werden, also von Trimeren, die jeweils nur ein Monomer mit einer Spinmarkierung enthalten.rn Spinmarkierte Proben des Detergenz-solubilisierten LHCII wurden unter Verwendung verschiedener EPR-Techniken strukturell analysiert. Als besonders aussagekräftig erwies sich die Messung der Wasserzugänglichkeit einzelner Aminosäurepositionen anhand der Electron Spin Echo Envelope Modulation (ESEEM). In Kombination mit der etablierten Double Electron-Electron Resonance (DEER)-Technik zur Detektion von Abständen zwischen zwei Spinmarkern wurde der membranständige Kernbereich des LHCII in Lösung eingehend untersucht und strukturell der Kristallstruktur für sehr ähnlich befunden. Die Vermessung kristallographisch nicht erfasster Bereiche nahe dem N-Terminus offenbarte die schon früher detektierte Strukturdynamik der Domäne in Abhängigkeit des Oligomerisierungsgrades. Der neue, noch zu vervollständigende Datensatz aus Abstandsverteilungen und ESEEM-Wasserzugänglichkeiten monomerer wie trimerer Proben sollte in naher Zukunft die sehr genaue Modellierung der N-terminalen Domäne des LHCII ermöglichen.rn In einem weiteren Abschnitt der Arbeit wurde die Faltung des LHCII-Apoproteins bei der LHCII-Assemblierung in vitro untersucht. Vorausgegangene fluoreszenzspektroskopi-sche Arbeiten hatten gezeigt, dass die Bindung von Chlorophyll a und b in aufeinanderfolgenden Schritten im Zeitbereich von weniger als einer Minute bzw. mehreren Minuten erfolgten. Sowohl die Wasserzugänglichkeit einzelner Aminosäurepositionen als auch Spin-Spin-Abstände änderten sich in ähnlichen Zeitbereichen. Die Daten deuten darauf hin, dass die Ausbildung der mittleren Transmembran-Helix mit der schnelleren Chlorophyll-a-Bindung einhergeht, während sich die Superhelix aus den beiden anderen Transmembranhelices erst im langsameren Schritt, zusammen mit der Chlorophyll-b-Bindung, ausbildet.rn