Geographic differentiation of polymorphism in the Plasmodium falciparum malaria vaccine candidate gene SERA5

SERA5 is regarded as a promising malaria vaccine candidate of the most virulent human malaria parasite Plasmodium falciparum. SERA5 is a 120 kDa abundantly expressed blood-stage protein containing a papain-like protease. Since substantial polymorphism in blood-stage vaccine candidates may potentially limit their efficacy, it is imperative to fully investigate polymorphism of the SERA5 gene (sera5). In this study, we performed evolutionary and population genetic analysis of sera5. The level of inter-species divergence (kS = 0.076) between P. falciparum and Plasmodium reichenowi, a closely related chimpanzee malaria parasite is comparable to that of housekeeping protein genes. A signature of purifying selection was detected in the proenzyme and enzyme domains. Analysis of 445 near full-length P. falciparum sera5 sequences from nine countries in Africa, Southeast Asia, Oceania and South America revealed extensive variations in the number of octamer repeat (OR) and serine repeat (SR) regions as well as substantial level of single nucleotide polymorphism (SNP) in non-repeat regions (2562 bp). Remarkably, a 14 amino acid sequence of SERA5 (amino acids 59-72) that is known to be the in vitro target of parasite growth inhibitory antibodies was found to be perfectly conserved in all 445 worldwide isolates of P. falciparum evaluated. Unlike other major vaccine target antigen genes such as merozoite surface protein-1, apical membrane antigen-1 or circumsporozoite protein, no strong evidence for positive selection was detected for SNPs in the non-repeat regions of sera5. A biased geographical distribution was observed in SNPs as well as in the haplotypes of the sera5 OR and SR regions. In Africa, OR- and SR-haplotypes with low frequency (<5%) and SNPs with minor allele frequency (<5%) were abundant and were mostly continent-specific. Consistently, significant genetic differentiation, assessed by the Wright's fixation index (FST) of inter-population variance in allele frequencies, was detected for SNPs and both OR- and SR-haplotypes among almost all parasite populations. The exception was parasite populations between Tanzania and Ghana, suggesting frequent gene flow in Africa. The present study points to the importance of investigating whether biased geographical distribution for SNPs and repeat variants in the OR and SR regions affect the reactivity of human serum antibodies to variants. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Die Synthese von Glycopeptiden und Glycopeptid-Protein-Konjugaten mit einer Partialstruktur des tumorassoziierten Mucins MUC1 zur Entwicklung von Tumorvakzinen

„Synthese von Glycopeptiden und Glycopeptid-Protein-Konjugaten mit einer Partialstruktur des tumorassoziierten Mucins MUC1 zur Entwicklung von Tumorvakzinen“ Das Glycoprotein MUC1 ist in Tumorepithelzellen sonderlich stark überexprimiert und wegen der vorzeitig einsetzenden Sialylierung sind die Saccharid-Epitope der O-Glycanketten stark verkürzt (sog. tumorassoziierte Antigene). Dadurch werden auch bisher verborgene Peptidepitope des Glycoprotein-Rückgrates auf der Zelloberfläche der Epithelzellen zugänglich, die als fremd von den Zellen des Immunsystems erkannt werden können. Dies macht das MUC1-Zelloberfächenmolekül zu einem Zielmolekül in der Entwicklung von Tumorvakzinen. Diese beiden strukturellen Besonderheiten wurden in der Synthese von Glycohexadecapeptiden verbunden, indem die veränderten tumorassoziierten Saccharidstrukturen TN-, STN- und T-Antigen als Glycosylaminosäure-Festphasenbausteine synthetisiert wurden und in das Peptidepitop der Wiederholungseinheit des MUC1 durch Glycopeptid-Festphasensynthese eingebaut wurden. Wegen der inhärenten schwachen Immunogenität der kurzen Glycopeptide müssen die synthetisierten Glycopeptidstrukturen an ein Trägerprotein, welches das Immunsystem stimuliert, gebunden werden. Zur Anbindung der Glycopeptide ist ein selektives Kupplungsverfahren nötig, um definierte und strukturell einheitliche Glycopeptid-Protein-Konjugate zu erhalten. Es konnte eine neue Methode entwickelt werden, bei der die Konjugation durch eine radikalische Additionsreaktion von als Allylamide funktionalisierten Glycopeptiden an ein Thiol-modifiziertes Trägerprotein erfolgte. Dazu wurde anhand von synthetisierten, als Allylamide modifizierten Modellaminosäuren untersucht, ob diese Reaktion generell für eine Biokonjugation geeignet ist und etwaige Nebenreaktionen auftreten können. Mit dieser Methode konnten verschiedene MUC1-Glycopeptid-Trägerprotein-Konjugate hergestellt werden, deren immunologische Untersuchung noch bevorsteht. Das tumorassoziierte MUC1 nimmt in der immundominanten Region seiner Wiederholungseinheit eine knaufartige Struktur ein. Für die Entwicklung von selektiven Tumorvakzinen ist es von großer Bedeutung möglichst genau die Struktur der veränderten Zelloberflächenmoleküle nachzubilden. Durch die Synthese von cyclischen (Glyco)Peptiden wurde dieses Strukturelement fixiert. Dazu wurden olefinische Aminosäure Festphasenbausteine hergestellt, die zusammen mit den oben genannten Glycosylaminosäuren mittels einer Glycopeptid-Festphasensynthese in acyclische Glycopeptide eingebaut wurden. Diese wurden dann durch Ringschlussmetathese zyklisiert und im Anschluss reduziert und vollständig deblockiert. In einem dritten Projekt wurde der Syntheseweg zur Herstellung einer C-Glycosylaminosäure mit einer N-Acetylgalactosamin-Einheit entwickelt. Wichtige Schritte bei der von Glucosamin ausgehenden Synthese sind die Keck-Allylierung, eine Epimerisierung, die Herstellung eines Brom-Dehydroalanin-Derivates und eine B-Alkyl-Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplung sowie Schutzgruppenoperationen. Der racemische Baustein konnte dann in der Peptid-Festphasensynthese eines komplexen MUC1-Tetanustoxin-Konjugates eingesetzt werden.

Untersuchung der Bindung des humanen Papillomvirus HPV16 an Heparansulfate der Zelloberfläche

In 99,7% aller Zervixkarzinome kann die DNA humaner Papillomviren (HPV) nachgewiesen werden, die somit den Hauptauslöser für eine der häufigsten Krebserkrankungen bei Frauen weltweit darstellen. HPV16 ist verantwortlich für etwa 50% aller Zervixkarzinome. Für die Infektion von Zellen mit HPV16 ist die Interaktion mit Heparansulfatproteoglykanen der Zelloberfläche essentiell. Um Aminosäuren auf der Oberfläche des majoren Kapsidproteins L1 von HPV16 zu identifizieren, die zu dieser Interaktion beitragen, wurden im Rahmen dieser Arbeit zahlreiche Punktmutanten hergestellt und analysiert. Der Austausch der drei Lysine K278, K356 und K361 zu Alaninen führte zu signifikant verminderter Zell-, Heparin- und Heparansulfatbindung, die noch weiter reduziert wurde, wenn zwei oder drei der Lysine gleichzeitig mutiert waren. Auch die Infektiosität der mutanten Pseudovirionen war stark beeinträchtigt, die Trippelmutante zeigte nur noch 5% Infektiosität. Diese Ergebnisse demonstrieren, dass die drei Lysine gemeinsam die Bindestelle für Heparansulfate bilden. Ihr Austausch zu Argininen beeinflusste die Infektiosität der Partikel hingegen nicht, was bestätigt, dass die Interaktion mit Heparansulfaten von der positiven Ladungsdichte abhängt und nicht sequenzspezifisch ist. Die drei Lysine befinden sich auf der Spitze des HPV16-Kapsomers in einer flachen Tasche, die aufgrund ihrer Struktur bereits früher als potentielle Rezeptorbindestelle vorgeschlagen wurde. Fab-Fragmente des bindungsneutralisierenden Antikörpers H16.56E, dessen Epitop in direkter Nachbarschaft der Lysine liegt, inhibierten die heparansulfatvermittelte Zellbindung viraler Partikel. Auch Epitope anderer bindungsneutralisierender Antikörper befinden sich in der Nähe. Dies untermauert die Hypothese, dass die Lysine K278, K356 und K361 die Heparansulfatbindestelle von HPV16 bilden. Der Austausch von Threoninen, die genau zwischen den Lysinen liegen, hatte keine Auswirkung auf Bindung der Partikel und Infektiosität. Sie könnten jedoch durch die Bildung von Wasserstoffbrücken die Bindung an Heparansulfat stabilisieren. Die Bedeutung der Lysine K278, K356 und K361 bei der primären Interaktion von HPV16 mit Heparansulfaten konnte durch die Computersimulation der Interaktion der Virusoberfläche mit einem Heparinmolekül bestätigt werden. Des Weiteren konnten Anforderungen ermittelt werden, die eine solche Interaktion an das Heparinmolekül stellt. Weiterhin zeigten die Ergebnisse dieser Arbeit, dass basische Aminosäuren in der interkapsomeren Grube nicht an der primären Zellbindung an Heparansulfate beteiligt zu sein scheinen, aber eine Rolle bei sekundären Interaktionen mit der Zelloberfläche spielen könnten.

Endocytic trafficking and oligodendroglial exosome secretion in axon-glia communication and myelination

Oligodendrocytes form specialized plasma membrane extensions which spirally enwrap axons, thereby building up the myelin sheath. During myelination, oligodendrocytes produce large amounts of membrane components. Oligodendrocytes can be seen as a complex polarized cell type with two distinct membrane domains, the plasma membrane surrounding the cell body and the myelin membrane. SNARE proteins mediate the fusion of vesicular cargoes with their target membrane. We propose a model in which the major myelin protein PLP is transported by two different pathways. VAMP3 mediates the non-polarized transport of newly synthesized PLP via recycling endosomes to the plasma membrane, while transport of PLP from late endosomes/lysosomes to myelin is controlled by VAMP7. In the second part of the thesis, the role of exosome secretion in glia to axon signaling was studied. Further studies are required to clarify whether VAMP7 also controls exosome secretion. The thesis further focused on putative metabolic effects in the target neurons. Oligodendroglial exosomes showed no obvious influences on neuronal metabolic activity. Analysis of the phosphorylation levels of the neurofilament heavy subunit revealed a decrease in presence of oligodendrocytes, indicating effects of oligodendroglial exosomes on the neuronal cytoskeleton. Finally, candidates for kinases which are possibly activated upon influence of oligodendroglial exosomes and could influence neuronal survival were identified.

Einfluss subviraler Partikel des humanen Cytomegalovirus auf die Induktion der antiviralen Immunantwort

Das humane Cytomegalovirus (HCMV) ist ein opportunistischer Krankheitserreger, der insbesondere bei Patienten mit unreifem oder geschwächtem Immunsystem schwere, teilweise lebensbedrohliche Erkrankungen verursacht. Aufgrund der klinischen Relevanz wird die Entwicklung einer Impfung gegen HCMV mit großem Nachdruck verfolgt. Subvirale Partikel des HCMV, sogenannte Dense Bodies (DB), stellen eine vielversprechende Impfstoff-Grundlage dar. Die innere Struktur der Partikel besteht aus viralen Proteinen, die als dominante Antigene der zellulären Immunantwort gegen HCMV identifiziert wurden. Die äußere Hülle der Partikel entspricht der Virushülle, sie enthält die viralen Oberflächenproteine als Zielantigene der neutralisierenden Antikörper (NTAk)-Antwort in ihrer natürlichen Konformation. Die für ein Totantigen außergewöhnlich hohe Immunogenität der Partikel wurde bereits in Vorarbeiten dokumentiert. Ein Ziel dieser Arbeit war es, den molekularen Hintergrund für die herausragenden, immunogenen Eigenschaften von DB aufzuklären. Im ersten Teil der Arbeit wurde daher die Hypothese geprüft, dass DB geeignet sind, die Ausreifung und Aktivierung von dendritischen Zellen (DC) zu vermitteln und damit deren Fähigkeit zur Antigenpräsentation zu stimulieren. Derart aktivierten DC kommt eine wichtige Rolle beim Priming der T-lymphozytären Immunantwort zu. In der Tat konnte gezeigt werden, dass die Behandlung von unreifen dendritischen Zellen (iDC) mit DB zu verstärkter Expression von solchen Molekülen auf der DC-Oberfläche führt, die mit Ausreifung der Zellen verknüpft sind. Der Nachweis der verstärkten Freisetzung proinflammatorischer Zytokine belegte die Aktivierung der Zellen im Sinne einer entzündlichen Reaktion. Die erfolgreiche Stimulation von CD4 und CD8 T-Lymphozyten durch DB-behandelte DC belegte schließlich die funktionelle Relevanz der Ergebnisse. Zusammengefasst konnten in diesem Abschnitt der Arbeit die molekularen Grundlagen der adjuvanten Wirkung von DB aufgeklärt werden. rnIn einem zweiten Abschnitt wurde die NTAk-Antwort nach DB-Immunisierung näher untersucht. Der humoralen Immunantwort kommt eine entscheidende Bedeutung bei der Prävention der HCMV-Übertragung zu. Hier galt es zu prüfen, welchen Einfluss stammspezifische Unterschiede in der Expression viraler Oberflächenproteine auf die Induktion der NTAk-Antwort nach DB-Immunisierung nehmen. Im Fokus stand dabei die variable Expression des pentameren Proteinkomplexes aus den viralen Proteinen gH/gL/pUL128-UL131A. Dieser Komplex wird nur von kliniknahen HCMV-Stämmen (HCMVKlin) exprimiert und ist für deren breiten Zelltropismus verantwortlich. Der pentamere Komplex fehlte in allen bisherigen Analysen der DB-Immunogenität, die auf der Grundlage von Laborstämmen des HCMV (HCMVLab) durchgeführt worden waren. Ein erster Versuchsansatz zeigte, dass die NTAk-Antwort, die durch DB von HCMVLab (DBLab) induziert wird, auch gegen die Infektion mit HCMVKlin einen gewissen Schutz vermittelt. Dies war ein überraschender Befund, da Antikörpern gegen den pentameren Komplex eine entscheidende Rolle bei der Neutralisation von HCMVKlin zugeschrieben wurde. Die Ergebnisse zeigten jedoch, dass Antikörper gegen andere Zielstrukturen zur Neutralisation von HCMVKlin beitragen. Hieraus resultierte unmittelbar die Frage, inwieweit eine Aufnahme des pentameren Komplexes in einen DB-basierten Impfstoff überhaupt notwendig war. Um dies zu beantworten war es notwendig, DB herzustellen, die den pentameren Komplex enthielten. Hierzu wurde ein HCMVLab durch Mutagenese des 235 kpb Genoms so modifiziert, dass von dem resultierenden Stamm der pentamere Komplex exprimiert wurde. In gereinigten DB dieses Stammes konnten die Komponenten des pentameren Komplexes nachgewiesen werden. Die Seren von Tieren, die mit DB dieses neuen Stammes immunisiert wurden, zeigten in der Tat eine deutlich gesteigerte Kapazität zur Neutralisation von HCMVKlin auf verschiedenen Zielzellen. Diese Ergebnisse unterstreichen schlussendlich, dass die Expression des pentameren Komplexes einen Vorteil bei der Induktion der antiviralen NTAk-Antwort erbringt. Zusammengefasst liefern die Erkenntnisse aus dieser Arbeit einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der immunogenen Wirkung von DB. Auf dieser Grundlage war es nunmehr möglich, ein Projekt zur Austestung der DB-Vakzine in einer ersten klinischen Studie zu initiieren.

Proteomic analysis of ocular surface components by use of HPLC based mass spectrometric strategies

In der vorliegenden Arbeit wurde eine Top Down (TD) und zwei Bottom Up (BU) MALDI/ESI Massenspektrometrie/HPLC-Methoden entwickelt mit dem Ziel Augenoberfächenkomponenten, d.h. Tränenfilm und Konjunktivalzellen zu analysieren. Dabei wurde ein detaillierter Einblick in die Entwicklungsschritte gegeben und die Ansätze auf Eignung und methodische Grenzen untersucht. Während der TD Ansatz vorwiegend Eignung zur Analyse von rohen, weitgehend unbearbeiteten Zellproben fand, konnten mittels des BU Ansatzes bearbeitete konjunktivale Zellen, aber auch Tränenfilm mit hoher Sensitivität und Genauigkeit proteomisch analysiert werden. Dabei konnten mittels LC MALDI BU-Methode mehr als 200 Tränenproteine und mittels der LC ESI Methode mehr als 1000 Tränen- sowie konjunktivale Zellproteine gelistet werden. Dabei unterschieden sich ESI- and MALDI- Methoden deutlich bezüglich der Quantität und Qualität der Ergebnisse, weshalb differente proteomische Anwendungsgebiete der beiden Methoden vorgeschlagen wurden. Weiterhin konnten mittels der entwickelten LC MALDI/ESI BU Plattform, basierend auf den Vorteilen gegenüber dem TD Ansatz, therapeutische Einflüsse auf die Augenoberfläche mit Fokus auf die topische Anwendung von Taurin sowie Taflotan® sine, untersucht werden. Für Taurin konnten entzündungshemmende Effekte, belegt durch dynamische Veränderungen des Tränenfilms, dokumentiert werden. Außerdem konnten vorteilhafte, konzentrationsabhängige Wirkweisen auch in Studien an konjunktival Zellen gezeigt werden. Für die Anwendung von konservierungsmittelfreien Taflotan® sine, konnte mittels LC ESI BU Analyse eine Regenerierung der Augenoberfläche in Patienten mit Primärem Offenwinkel Glaukom (POWG), welche unter einem “Trockenem Auge“ litten nach einem therapeutischen Wechsel von Xalatan® basierend auf dynamischen Tränenproteomveränderungen gezeigt werden. Die Ergebnisse konnten mittels Microarray (MA) Analysen bestätigt werden. Sowohl in den Taurin Studien, als auch in der Taflotan® sine Studie, konnten charakteristische Proteine der Augenoberfläche dokumentiert werden, welche eine objektive Bewertung des Gesundheitszustandes der Augenoberfläche ermöglichen. Eine Kombination von Taflotan® sine und Taurin wurde als mögliche Strategie zur Therapie des Trockenen Auges bei POWG Patienten vorgeschlagen und diskutiert.

Alba-domain proteins of Trypanosoma brucei are cytoplasmic RNA-binding proteins that interact with the translation machinery

Trypanosoma brucei and related pathogens transcribe most genes as polycistronic arrays that are subsequently processed into monocistronic mRNAs. Expression is frequently regulated post-transcriptionally by cis-acting elements in the untranslated regions (UTRs). GPEET and EP procyclins are the major surface proteins of procyclic (insect midgut) forms of T. brucei. Three regulatory elements common to the 3' UTRs of both mRNAs regulate mRNA turnover and translation. The glycerol-responsive element (GRE) is unique to the GPEET 3' UTR and regulates its expression independently from EP. A synthetic RNA encompassing the GRE showed robust sequence-specific interactions with cytoplasmic proteins in electromobility shift assays. This, combined with column chromatography, led to the identification of 3 Alba-domain proteins. RNAi against Alba3 caused a growth phenotype and reduced the levels of Alba1 and Alba2 proteins, indicative of interactions between family members. Tandem-affinity purification and co-immunoprecipitation verified these interactions and also identified Alba4 in sub-stoichiometric amounts. Alba proteins are cytoplasmic and are recruited to starvation granules together with poly(A) RNA. Concomitant depletion of all four Alba proteins by RNAi specifically reduced translation of a reporter transcript flanked by the GPEET 3' UTR. Pulldown of tagged Alba proteins confirmed interactions with poly(A) binding proteins, ribosomal protein P0 and, in the case of Alba3, the cap-binding protein eIF4E4. In addition, Alba2 and Alba3 partially cosediment with polyribosomes in sucrose gradients. Alba-domain proteins seem to have exhibited great functional plasticity in the course of evolution. First identified as DNA-binding proteins in Archaea, then in association with nuclear RNase MRP/P in yeast and mammalian cells, they were recently described as components of a translationally silent complex containing stage-regulated mRNAs in Plasmodium. Our results are also consistent with stage-specific regulation of translation in trypanosomes, but most likely in the context of initiation.

Post-translational signal peptide cleavage controls differential epitope recognition in the QP-rich domain of recombinant Theileria parva PIM

The presence of the schizont stage of the obligate intracellular parasites Theileria parva or T. annulata in the cytoplasm of an infected leukocyte results in host cell transformation via a mechanism that has not yet been elucidated. Proteins, secreted by the schizont, or expressed on its surface, are of interest as they can interact with host cell molecules that regulate host cell proliferation and/or survival. The major schizont surface protein is the polymorphic immunodominant molecule, PIM, which contains a large glutamine- and proline-rich domain (QP-rd) that protrudes into the host cell cytoplasm. Analyzing QP-rd generated by in vitro transcription/translation, we found that the signal peptide was efficiently cleaved post-translationally upon addition of T cell lysate or canine pancreatic microsomes, whereas signal peptide cleavage of a control protein only occurred cotranslationally and in the presence of microsomal membranes. The QP-rd of PIM migrated anomalously in SDS-PAGE and removal of the 19 amino acids corresponding to the predicted signal peptide caused a decrease in apparent molecular mass of 24kDa. The molecule was analyzed using monoclonal antibodies that recognize a set of previously defined PIM epitopes. Depending on the presence or the absence of the signal peptide, two conformational states could be demonstrated that are differentially recognized, with N-terminal epitopes becoming readily accessible upon signal peptide removal, and C-terminal epitopes becoming masked. Similar observations were made when the QP-rd of PIM was expressed in bacteria. Our observations could also be of relevance to other schizont proteins. A recent analysis of the proteomes of T. parva and T. annulata revealed the presence of a large family of potentially secreted proteins, characterized by the presence of large stretches of amino acids that are also particularly rich in QP-residues.

Expansion on specific substrates regulates the phenotype and differentiation capacity of human articular chondrocytes

In this study, we investigated if monolayer expansion of adult human articular chondrocytes (AHAC) on specific substrates regulates cell phenotype and post-expansion multilineage differentiation ability. AHAC isolated from cartilage biopsies of five donors were expanded on plastic dishes (PL), on dishes coated with collagen type II (COL), or on slides coated with a ceramic material (Osteologic, OS). The phenotype of expanded chondrocytes was assessed by flow cytometry and real-time RT-PCR. Cells were then cultured in previously established conditions promoting differentiation toward the chondrogenic or osteogenic lineage. AHAC differentiation was assessed histologically, biochemically, and by real-time RT-PCR. As compared to PL-expanded AHAC, those expanded on COL did not exhibit major phenotypic changes, whereas OS-expanded cells expressed (i) higher bone sialoprotein (BSP) (22.6-fold) and lower collagen type II (9.3-fold) mRNA levels, and (ii) lower CD26, CD90 and CD140 surface protein levels (1.4-11.1-fold). Following chondrogenic differentiation, COL-expanded AHAC expressed higher mRNA levels of collagen type II (2.3-fold) and formed tissues with higher glycosaminoglycan (GAG) contents (1.7-fold), whereas OS-expanded cells expressed 16.5-fold lower collagen type II and generated pellets with 2.0-fold lower GAG contents. Following osteogenic differentiation, OS-expanded cells expressed higher levels of BSP (3.9-fold) and collagen type I (2.8-fold) mRNA. In summary, AHAC expansion on COL or OS modulated the de-differentiated cell phenotype and improved the cell differentiation capacity respectively toward the chondrogenic or osteogenic lineage. Phenotypic changes induced by AHAC expansion on specific substrates may mimic pathophysiological events occurring at different stages of osteoarthritis and may be relevant for the engineering of osteochondral tissues.

Signal peptide and helical bundle domains of virulent canine distemper virus fusion protein restrict fusogenicity

Persistence in canine distemper virus (CDV) infection is correlated with very limited cell-cell fusion and lack of cytolysis induced by the neurovirulent A75/17-CDV compared to that of the cytolytic Onderstepoort vaccine strain. We have previously shown that this difference was at least in part due to the amino acid sequence of the fusion (F) protein (P. Plattet, J. P. Rivals, B. Zuber, J. M. Brunner, A. Zurbriggen, and R. Wittek, Virology 337:312-326, 2005). Here, we investigated the molecular mechanisms of the neurovirulent CDV F protein underlying limited membrane fusion activity. By exchanging the signal peptide between both F CDV strains or replacing it with an exogenous signal peptide, we demonstrated that this domain controlled intracellular and consequently cell surface protein expression, thus indirectly modulating fusogenicity. In addition, by serially passaging a poorly fusogenic virus and selecting a syncytium-forming variant, we identified the mutation L372W as being responsible for this change of phenotype. Intriguingly, residue L372 potentially is located in the helical bundle domain of the F(1) subunit. We showed that this mutation drastically increased fusion activity of F proteins of both CDV strains in a signal peptide-independent manner. Due to its unique structure even among morbilliviruses, our findings with respect to the signal peptide are likely to be specifically relevant to CDV, whereas the results related to the helical bundle add new insights to our growing understanding of this class of F proteins. We conclude that different mechanisms involving multiple domains of the neurovirulent A75/17-CDV F protein act in concert to limit fusion activity, preventing lysis of infected cells, which ultimately may favor viral persistence.

Post-translational tyrosine nitration of eosinophil granule toxins mediated by eosinophil peroxidase

Nitration of tyrosine residues has been observed during various acute and chronic inflammatory diseases. However, the mechanism of tyrosine nitration and the nature of the proteins that become tyrosine nitrated during inflammation remain unclear. Here we show that eosinophils but not other cell types including neutrophils contain nitrotyrosine-positive proteins in specific granules. Furthermore, we demonstrate that the human eosinophil toxins, eosinophil peroxidase (EPO), major basic protein, eosinophil-derived neurotoxin (EDN) and eosinophil cationic protein (ECP), and the respective murine toxins, are post-translationally modified by nitration at tyrosine residues during cell maturation. High resolution affinity-mass spectrometry identified specific single nitration sites at Tyr349 in EPO and Tyr33 in both ECP and EDN. ECP and EDN crystal structures revealed and EPO structure modeling suggested that the nitrated tyrosine residues in the toxins are surface exposed. Studies in EPO(-/-), gp91phox(-/-), and NOS(-/-) mice revealed that tyrosine nitration of these toxins is mediated by EPO in the presence of hydrogen peroxide and minute amounts of NOx. Tyrosine nitration of eosinophil granule toxins occurs during maturation of eosinophils, independent of inflammation. These results provide evidence that post-translational tyrosine nitration is unique to eosinophils.

Three-dimensional structure of tropism-switching Bordetella bacteriophage.

Bacteriophage BPP-1, which infects Bordetella species, can switch its specificity by mutations to the ligand-binding surface of its major tropism-determinant protein, Mtd. This targeted mutagenesis results from the activity of a phage-encoded diversity-generating retroelement. Purified Mtd binds its receptor with low affinity, yet BPP-1 binding and infection of Bordettella cells are efficient because of high-avidity binding between phage-associated Mtd and its receptor. Here, using an integrative approach of three-dimensional (3D) structural analyses of the entire phage by cryo-electron tomography and single-prticle cryo-electron microscopy, we provide direct localization of Mtd in the phage and the structural basis of the high-avidity binding of the BPP-1 phage. Our structure shows that each BPP-1 particle has a T = 7 icosahedral head and an unusual tail apparatus consisting of a short central tail "hub," six short tail spikes, and six extended tail fibers. Subtomographic averaging of the tail fiber maps revealed a two-lobed globular structure at the distal end of each long tail fiber. Tomographic reconstructions of immuno-gold-labeled BPP-1 directly localized Mtd to these globular structures. Finally, our icosahedral reconstruction of the BPP-1 head at 7A resolution reveals an HK97-like major capsid protein stabilized by a smaller cementing protein. Our structure represents a unique bacteriophage reconstruction with its tail fibers and ligand-binding domains shown in relation to its tail apparatus. The localization of Mtd at the distal ends of the six tail fibers explains the high avidity binding of Mtd molecules to cell surfaces for initiation of infection.

Enterococcus faecalis rnjB is required for pilin gene expression and biofilm formation.

Pili in Gram-positive bacteria play a major role in the colonization of host tissue and in the development of biofilms. They are promising candidates for vaccines or drug targets since they are highly immunogenic and share common structural and functional features among various Gram-positive pathogens. Numerous publications have helped build a detailed understanding of pilus surface assembly, yet regulation of pilin gene expression has not been well defined. Utilizing a monoclonal antibody developed against the Enterococcus faecalis major pilus protein EbpC, we identified mutants from a transposon (Tn) insertion library which lack surface-exposed Ebp pili. In addition to insertions in the ebp regulon, an insertion in ef1184 (dapA) significantly reduced levels of EbpC. Analysis of in-frame dapA deletion mutants and mutants with the downstream gene rnjB deleted further demonstrated that rnjB was responsible for the deficiency of EbpC. Sequence analysis revealed that rnjB encodes a putative RNase J2. Subsequent quantitative real-time PCR (qRT-PCR) and Northern blotting demonstrated that the ebpABC mRNA transcript level was significantly decreased in the rnjB deletion mutant. In addition, using a reporter gene assay, we confirmed that rnjB affects the expression of the ebpABC operon. Functionally, the rnjB deletion mutant was attenuated in its ability to produce biofilm, similar to that of an ebpABC deletion mutant which lacks Ebp pili. Together, these results demonstrate the involvement of rnjB in E. faecalis pilin gene expression and provide insight into a novel mechanism of regulation of pilus production in Gram-positive pathogens.

Characterization of the gene for an immunodominant 72 kDa lipoprotein of Mycoplasma mycoides subsp. mycoides small colony type.

With the aim of characterizing specific immunogenic proteins of Mycoplasma mycoides subsp. mycoides small colony (SC) type, the aetiological agent of contagious bovine pleuropneumonia, a gene encoding a major immunogenic protein of 72 kDa named P72 was cloned and expressed in Escherichia coli. The expressed protein was of the same apparent molecular mass as that produced by the parent strain. The predicted molecular mass of P72, based on the DNA-deduced amino acid sequence, was 61.118 kDa, significantly lower than the apparent molecular mass of endogenous or recombinant P72 on SDS-PAGE. Analysis of the amino acid sequence revealed a typical prokaryotic signal peptidase II-membrane lipoprotein lipid attachment site and a transmembrane structure domain in the leader sequence at the amino-terminal end of the protein. P72 was shown to be a lipoprotein and its surface location was confirmed by trypsin treatment of whole cells. An unassigned gene encoding a peptide with some similarity to P72 was found on the genome sequence of M. capricolum subsp. capricolum but not on that of Mycoplasma genitalium. The P72 gene was detected in 11/11 M. mycoides subsp. mycoides SC strains. Antiserum against recombinant P72 reacted strongly with 12/12 strains of M. mycoides subsp. mycoides SC, weakly with Mycoplasma bovine group 7 strain PG50, but not with other members of the 'mycoides cluster' or closely related mycoplasmas. Cows experimentally contact-infected with M. mycoides subsp. mycoides SC developed a humoral response against P72 within 35 d. P72 is a specific antigenic membrane lipoprotein of M. mycoides subsp. mycoides SC with potential for use in development of diagnostic reagents. It seems to belong to a family of lipoproteins of the "mycoides cluster'.

DNA-based analysis of protein variants reveals different genetic variability of the paralogous equine ß-lactoglobulin genes LGB1 and LGB2

The genetic variability of milk protein genes may influence the nutritive value or processing and functional properties of the milk. While numerous protein variants are known in ruminants, knowledge about milk protein variability in horses is still limited. Mare's milk is, however, produced for human consumption in many countries. Beta-lactoglobulin belonging to the protein family of lipocalins, which are known as common food- and airborne allergens, is a major whey protein. It is absent from human milk and thus a key agent in provoking cow's milk protein allergy. Mare's milk is, however, usually better tolerated by most affected people. Several functions of β-lactoglobulin have been discussed, but its ultimate physiological role remains unclear. In the current study, the open reading frames of the two equine β-lactoglobulin paralogues LGB1 and LGB2 were re-sequenced in 249 horses belonging to 14 different breeds in order to predict the existence of protein variants at the DNA-level. Thereby, only a single signal peptide variant of LGB1, but 10 different putative protein variants of LGB2 were identified. In horses, both genes are expressed and in such this is a striking previously unknown difference in genetic variability between the two genes. It can be assumed that LGB1 is the ancestral paralogue, which has an essential function causing a high selection pressure. As horses have very low milk fat content this unknown function might well be related to vitamin-uptake. Further studies are, however, needed, to elucidate the properties of the different gene products.