Leptospira interrogans serovar Copenhageni harbors two lexA genes involved in SOS response

Bacteria activate a regulatory network in response to the challenges imposed by DNA damage to genetic material, known as the SOS response. This system is regulated by the RecA recombinase and by the transcriptional repressor lexA. Leptospira interrogans is a pathogen capable of surviving in the environment for weeks, being exposed to a great variety of stress agents and yet retaining its ability to infect the host. This study aims to investigate the behavior of L. interrogans serovar Copenhageni after the stress induced by DNA damage. We show that L. interrogans serovar Copenhageni genome contains two genes encoding putative LexA proteins (lexA1 and lexA2) one of them being potentially acquired by lateral gene transfer. Both genes are induced after DNA damage, but the steady state levels of both LexA proteins drop, probably due to auto-proteolytic activity triggered in this condition. In addition, seven other genes were up-regulated following UV-C irradiation, recA, recN, dinP, and four genes encoding hypothetical proteins. This set of genes is potentially regulated by LexA1, as it showed binding to their promoter regions. All these regions contain degenerated sequences in relation to the previously described SOS box, TTTGN 5CAAA. On the other hand, LexA2 was able to bind to the palindrome TTGTAN 10TACAA, found in its own promoter region, but not in the others. Therefore, the L. interrogans serovar Copenhageni SOS regulon may be even more complex, as a result of LexA1 and LexA2 binding to divergent motifs. New possibilities for DNA damage response in Leptospira are expected, with potential influence in other biological responses such as virulence

Erkennungssequenzen und strukturelle Elemente als Determinanten der regulierten Spaltung von Membranproteinen

Eine funktionell und strukturell diverse Gruppe von Transmembranproteinen wie beispielsweise Mediatoren und deren Rezeptoren können proteolytisch gespalten werden. Dieser Prozess wird als Shedding bezeichnet. Kürzlich konnte die proteolytische Aktivität identifiziert werden, die für die Prozessierung von proTNFa verantwortlich ist. Sie wurde TACE (TNF Alpha Converting Enzyme) genannt. In Experimenten mit TACE-/- Fibroblasten konnte ich herausfinden, dass das durch PMA induzierte Shedding des IL-6Rs stark reduziert war. Eine basale hydroxamatsensitive Freisetzung des IL-6Rs konnte allerdings noch detektiert werden. Um Unterschiede im Shedding von IL-6R und proTNFa zu untersuchen, generierte ich chimäre Proteine aus diesen beiden Proteinen, bei denen die Spaltstellenregionen gegeneinander vertauscht worden waren. TNFa Chimären zeigten nur sehr geringes Shedding. Im Gegensatz dazu wurden IL-6R Chimären, die die proTNFa Spaltstelle enthielten spontan gespalten. Die PMA-Induzierbarkeit war verloren gegangen. Daraufhin wurden verschiedene Chimären des unspaltbaren Proteins gp130 und der Spaltstellenpeptide aus TNFa, TGFa und IL-6R generiert. Hierbei wurde ein kurzes membranproximales Peptid aus gp130 gegen die Spaltstellen ausgetauscht. Diese Peptide übertrugen sowohl spontane ale auch PMA-induzierte Spaltbarkeit auf gp130. Um die minimalen Bedingungen für Shedding zu untersuchen, setzte ich verkürzte IL-6R Spaltstellenpeptide in gp130 ein. Die resultierenden Chimären waren empfänglich für reguliertes Shedding. Überaschenderweise konnten auch spaltbare Chimären durch das Ersetzen der membrannahem Region von gp130 durch die entsprechende Region aus dem ebenfalls nicht spaltbaren LIFR generiert werden.

Effetto della temperatura di conservazione del latte, dalla raccolta all'affioramento, sulla microflora del latte, del sieroinnesto e del formaggio Trentingrana

This PhD research is part of a project addressed to improve the quality of Grana Trentino production. The objectives were to evaluated if milk storage and collection procedures may affect cheese-making technology and quality. Actually the milk is collected and delivered to the cheese factory just after milking in 50 L cans without refrigeration or in tanks cooled at 18 °C. This procedure is expensive (two deliveries each day) and the milk quality is difficult to preserve as temperatures are not controlled. The milk refrigeration at the farm could allow a single delivery to the dairy. Therefore it could be a good strategy to preserve raw milk quality and reduce cheese spoilage. This operation may, however, have the drawbacks of favouring the growth of psychrotrophic bacteria and changing the aptitude of milk to coagulation. With the aim of studying the effect on milk and cheese of traditional and new refrigerated technologies of milk storage, two different collection and creaming technologies were compared. The trials were replicated in three cheese factories manufacturing Grana Trentino. Every cheese-making day, about 1000 milk liters were collected from always the same two farms in the different collection procedures (single or double). Milk was processed to produce 2 wheels of Grana trentino every day. During the refrigerated trials, milk was collected and stored at the farm in a mixed tank at 12 or 8 °C and then was carried to the dairy in truck once a day. 112 cheese making day were followed: 56 for traditional technology and 56 for the refrigerated one. Each one of these two thechnologies lead to different ways of creaming: long time in the traditional one and shorter in the new one. For every cheese making day we recorded time, temperatures and pH during the milk processing to cheese. Whole milk before ceraming, cream and skim milk after creaming, vat milk and whey were sampled during every cheese-making day for analysis. After 18 months ripening we opened 46 cheese wheels for further chemical and microbiological analyses. The trials were performed with the aim of: 1 estimate the effect of storage temperatures on microbial communities, physico-chemical or/and rheological differences of milk and skim milk after creaming. 2 detect by culture dependent (plate counts) and indipendent (DGGE) methodolgies the microbial species present in whole, skimmed milk, cream and cheese sampled under the rind and in the core; 3 estimate the physico-chemical characteristics, the proteolytic activity, the content of free aminoacids and volatile compounds in 18 months ripened Grana Trentino cheeses from different storing and creaming of milk technologies. The results presented are remarkable since this is the first in-deep study presenting microbiological and chemical analysis of Grana Trentino that even if belonging to Grana Padano Consortium, it is clearly different in the milk and in the manufacturing technology.

Production of bioactive peptides through sequencial action of Yarrowia lipolytica proteases and chemical glycation

This PhD thesis is aimed at studying the suitability of proteases realised by Yarrowia lipolytica to hydrolyse proteins of different origins available as industrial food by-products. Several strains of Y. lipolytica have been screened for the production of extracellular proteases by zymography. On the basis of the results some strains released only a protease having a MW of 37 kDa, which corresponds to the already reported acidic protease, while other produced prevalently or only a protease with a MW higher than 200 kDa. The proteases have been screened for their "cold attitude" on gelatin, gluten and skim milk. This property can be relevant from a biotechnological point of view in order to save energy consumption during industrial processes. Most of the strains used were endowed with proteolytic activity at 6 °C on all the three proteins. The proteolytic breakdown profiles of the proteins, detected at 27 °C, were different related to the specific strains of Y. lipolytica. The time course of the hydrolysis, tested on gelatin, affected the final bioactivities of the peptide mixtures produced. In particular, an increase in both the antioxidant and antimicrobial activities was detected when the protease of the strain Y. lipolytica 1IIYL4A was used. The final part of this work was focused on the improvement of the peptides bioactivities through a novel process based on the production of glycopeptides. Firstly, the main reaction parameters were optimized in a model system, secondly a more complex system, based on gluten hydrolysates, was taken into consideration to produce glycopeptides. The presence of the sugar moiety reduced the hydrophobicity of the glycopeptides, thus affecting the final antimicrobial activity which was significantly improved. The use of this procedure could be highly effective to modify peptides and can be employed to create innovative functional peptides using a mild temperature process.

Isolierung und Charakterisierung der ER-residenten Aminopeptidase ERMP1 und Untersuchung ihrer Funktion in der Prozessierung MHC I restringierter CTL Epitope

Die effiziente Generierung von Peptid-Epitopen aus zelleigenen oder viralen Proteinen für die Präsentation auf „Major Histocompatibility Complex I“ (MHC I) Molekülen ist essentiell für die Aktivierung des adaptiven Immunsystems und die Effektorfunktion der CD8+ zytotoxischen T-Zellen (CTLs). CTLs erkennen diese Peptide in Kontext mit MHC I Molekülen über ihren spezifischen T-Zellrezeptor (TCR). Die Generierung dieser Epitope ist das Resultat eines komplexen proteolytischen Prozesses, der im Zytosol und im endoplasmatischen Retikulum (ER) stattfindet. Im Zytosol generiert das Proteasom N-terminal verlängerte Epitop-Vorläufer. Diese werden durch weitere zytosolische Proteasen abgebaut, es sei denn, sie werden durch den „transporter associated with antigen processing“ (TAP) in das ER transportiert. Dort werden sie durch Aminopeptidasen getrimmt, um den Bindungsvoraussetzungen der MHC I Moleküle zu genügen. Im murinen System ist die „ER aminopeptidase associated with antigen processing“ (ERAAP) die bislang einzige beschriebene Aminopeptidase, die dieses N-terminale Trimming von CTL Epitopen vermitteln kann. Das Profil der proteolytischen Aktivität in angereichertem murinen ER kann jedoch nicht allein durch die Aktivität von ERAAP erklärt werden, was auf die Anwesenheit weiterer Aminopeptidasen mit einer potentiellen Funktion in der Antigenprozessierung hinweist. In dieser Arbeit konnte die immunologisch bislang noch nicht beschriebene Aminopeptidase ERMP1 (endoplasmic reticulum metallopeptidase 1) im murinen ER identifiziert werden. Nach Aufreinigung muriner Mikrosomen und anschließender Anionenaustausch-Chromatographie wurden die gesammelten Fraktionen mit fluorogenen Substraten auf Aminopeptidase-Aktivität getestet. Durch massenspektrometrische Analyse konnten in den beobachteten Peaks die schon beschriebenen Aminopeptidasen ERAAP, die „insulin regulated aminopeptidase“ IRAP und die immunologisch bislang nicht beschriebene Aminopeptidase ERMP1 identifiziert werden. Durch Fluoreszenzmikroskopie konnte die intrazelluläre Lokalisation von ERMP1 im ER durch Kolokalisation mit TAP verifiziert werden. Wie viele Komponenten des MHC I Prozessierungsweges wird auch die Expression von ERMP1 durch IFN-γ stimuliert. Dies macht ERMP1 zu einer potentiellen zweiten trimmenden Aminopeptidase im murinen ER. Überexpression von ERMP1 hat einen allelspezifischen Einfluss auf die globale MHC I Präsentation auf der Zelloberfläche und durch Überexpression und shRNA vermitteltes gene silencing konnte außerdem ein epitopspezifischer Effekt nachgewiesen werden. Da N-terminales Trimming durch ERAAP mit der Evasion von Tumoren und veränderter Immundominanz assoziiert wird, ist die detaillierte Charakterisierung der Aminopeptidase ERMP1 ein wichtiger Schritt zum Verständnis der MHC I Antigen-Prozessierung und der Generierung von CTL Epitopen im ER.

The relevance of the silica metabolizing enzyme silicatein-alpha to biomineralization and the formation of biogenic silica in siliceous sponges

Die technische Silikatproduktion erfordert in der Regel hohe Temperaturen und extreme pH-Werte. In der Natur hingegen haben insbesondere Kieselschwämme die außergewöhnliche Fähigkeit, ihr Silikatskelett, das aus einzelnen sogenannten Spiculae besteht, enzymatisch mittels des Proteins Silicatein zu synthetisieren. rnIm Inneren der Spiculae, im zentralen Kanal, befindet sich das Axialfilament, welches hauptsächlich aus Silicatein-α aufgebaut ist. Mittels Antikörperfärbungen und Elektronenmikroskopischen Analysen konnte festgestellt werden, dass Silicatein in mit Kieselsäure-gefüllten Zellorganellen (silicasomes) nachzuweisen ist. Mittels dieser Vakuolen kann das Enzym und die Kieselsäure aus der Zelle zu den Spiculae im extrazellulären Raum befördert werden, wo diese ihre endgültige Länge und Dicke erreichen. Zum ersten Mal konnte nachgewiesen werden, dass rekombinant hergestelltes Silicatein-α sowohl als Siliciumdioxid-Polymerase als auch Siliciumdioxid-Esterase wirkt. Mittels Massenspektroskopie konnte die enzymatische Polymerisation von Kieselsäure nachverfolgt werden. Durch Spaltung der Esterbindung des künstlichen Substrates Bis(p-aminophenoxy)-dimethylsilan war es möglich kinetische Parameter der Siliciumdioxid-Esterase-Aktivität des rekombinanten Silicateins zu ermitteln.rnZu den größten biogenen Silikatstukuren auf der Erde gehören die Kieselnadeln der Schwammklasse Hexactinellida. Nadelextrakte aus den Schwammklassen Demospongien (S. domuncula) und Hexactinellida (M. chuni) wurden miteinander verglichen um die potentielle Existenz von Silicatein oder Silicatein-ähnliche Molekülen und die dazu gehörige proteolytischen Aktivität nachzuweisen. Biochemische Analysen zeigten, dass das 27 kDA große isolierte Polypeptid in Monoraphis mehrere gemeinsame Merkmale mit den Silicateinen der Demospongien teilt. Dazu gehören die Größe und die Proteinase-Aktivität. rnUm die Frage zu klären, ob das axiale Filament selbst zur Formbildung der Skelettelemente beiträgt, wurde ein neues mildes Extraktionsverfahren eingeführt. Dieses Verfahren ermöglichte die Solubilisierung des nativen Silicateins aus den Spiculae. Die isolierten Silicateine lagen als Monomere (24 kDa) vor, die Dimere durch nicht-kovalente Bindungen ausbildeten. Darüber hinaus konnten durch PAGE-Gelelektrophorese Tetramere (95 kDa) und Hexamere (135 kDa) nachgewiesen werden. Die Monomere zeigten eine beträchtliche proteolytische Aktivität, die sich während der Polymerisationsphase des Proteins weiter erhöhte. Mit Hilfe der Lichtmikroskopie und Elektronenmikroskopie (TEM) konnte die Assemblierung der Proteine zu filamentartigen Strukturen gezeigt werden. Die Selbstorganisation der Silicatein-α-Monomeren scheint eine Basis für Form- und Musterbildung der wachsenden Nadeln zu bilden.rn Um die Rolle des kürzlich entdeckten Proteins Silintaphin-1, ein starker Interaktionspartner des Silicatein-α, während der Biosilifizierung zu klären, wurden Assemblierungs-Experimente mit den rekombinanten Proteinen in vitro durchgeführt. Zusätzlich wurde deren Effekt auf die Biosilikatsynthese untersucht. Elektronenmikroskopische Analysen ergaben, dass rekombinantes Silicatein-α zufällig verteilte Aggregate bildet, während die Koinkubation beider Proteine (molekulares Verhältnis 4:1) über fraktal artige Strukturen zu Filamenten führt. Auch die enzymatische Aktivität der Silicatein-α-vermittelte Biosilikatsynthese erhöhte sich in Gegenwart von Silintaphin-1 um das 5,3-fache. rn

Gewebeprotektive und antiinflammatorische Wirkung von humanem Choriogonadotropin in Mausmodellen mit autoimmunem Leberschaden

Während der Schwangerschaft kommt es häufig zu einer spontanen Verbesserung von klinischen Symptomen der autoimmunen Hepatitis und anderen Th1-vermittelten Autoimmunerkrankungen. Die Gründe hierfür sind bis heute noch nicht vollständig aufgeklärt. Eines der wichtigsten Hormone in der Schwangerschaft ist das humane Choriogonadotropin (hCG), welches schon in der frühen Schwangerschaft eine entscheidende Rolle spielt. Es sorgt für die Stimulation des Corpus luteums, wodurch es zur Ausschüttung von Progesteron kommt und somit die Einnistung der Blastozyte gewährleistet und die Abstoßung des Embryos verhindert wird. In dieser Arbeit wurden Effekt und Signalweg von hCG in primären murinen und humanen Hepatozyten sowie in Mausmodellen mit T-Zell-abhängigem Leberschaden untersucht. hCG führte sowohl bei akuten als auch bei chronischen Leberschäden zu einer drastischen Senkung der Aspartat-Aminotransferase, einem Indikator für Lebererkrankungen. Die Histologie der Leber hCG-behandelter Tiere wies außerdem signifikant weniger apoptotische Zellen und eine deutliche Reduktion infiltrierender CD4+ T-Zellen auf. Die Analyse des hCG-Signalweges zeigte, dass hCG die Langlebigkeitsproteine Foxo3a und Sirt1 reguliert. Die Aktivierung des PI3-Kinase/Akt-Signalweges durch hCG führte zu einem Transport des Transkriptionsfaktors Foxo3a aus dem Zellkern, wodurch die proapoptotischen Zielgene Bim und Puma nicht mehr transkribiert werden können. Eine zusätzliche Hemmung von Foxo3a erfolgte durch die Aktivierung der Deacetylase Sirt1, indem diese phosphoryliert wird und in den Zellkern transloziert. In weiteren Untersuchungen wurde der immunsuppressive Effekt von hCG näher betrachtet. Dabei stellte sich heraus, dass hCG effektiv die proteolytische Aktivität der Caspase-3 in Hepatozyten hemmt, wodurch die Ausschüttung der biologisch aktiven Form von Interleukin-16, einem chemotaktischen Faktor für CD4+ Zellen, herabgesetzt wird. Dadurch wird die Leber erfolgreich vor der Infiltration durch autoaggressive CD4+ Zellen geschützt. IL-16 spielt bei vielen inflammatorischen Krankheiten eine Rolle, was auch in dieser Arbeit durch den Nachweis hoher IL-16-Konzentrationen in Seren von Patienten mit autoimmuner Hepatitis bestätigt werden konnte. Die in dieser Studie beschriebene Wirkung von hCG und die Tatsache, dass hCG ein bereits bewährtes und auf Nebenwirkungen getestetes Medikament bei Infertilität ist, macht es zu einem idealen Kandidaten für immunsuppressive Therapieansätze bei akuten und chronisch entzündlichen Lebererkrankungen.

Funktionelle Analyse der onkologisch relevanten Protease Threonin-Aspartase 1

Krebs stellt eine der häufigsten Todesursachen in Europa dar. Grundlage für eine langfristige Verbesserung des Behandlungserfolgs ist ein molekulares Verständnis der Mechanismen, welche zur Krankheitsentstehung beitragen. In diesem Zusammenhang spielen Proteasen nicht nur eine wichtige Rolle, sondern stellen auch bei vielerlei Erkrankungen bereits anerkannte Zielstrukturen derzeitiger Behandlungsstrategien dar. Die Protease Threonin Aspartase 1 (Taspase1) spielt eine entscheidende Rolle bei der Aktivierung von Mixed Lineage Leukemia (MLL)-Fusionsproteinen und somit bei der Entstehung aggressiver Leukämien. Aktuelle Arbeiten unterstreichen zudem die onkologische Relevanz von Taspase1 auch für solide Tumore. Die Kenntnisse über die molekularen Mechanismen und Signalnetzwerke, welche für die (patho)biologischen Funktionen von Taspase1 verantwortlich sind, stellen sich allerdings noch immer als bruchstückhaft dar. Um diese bestehenden Wissenslücken zu schließen, sollten im Rahmen der Arbeit neue Strategien zur Inhibition von Taspase1 erarbeitet und bewertet werden. Zusätzlich sollten neue Einsichten in evolutionären Funktionsmechanismen sowie eine weitergehende Feinregulation von Taspase1 erlangt werden. Zum einen erlaubte die Etablierung und Anwendung eines zellbasierten Taspase1-Testsystem, chemische Verbindungen auf deren inhibitorische Aktivität zu testen. Überraschenderweise belegten solch zelluläre Analysen in Kombination mit in silico-Modellierungen eindeutig, dass ein in der Literatur postulierter Inhibitor in lebenden Tumorzellen keine spezifische Wirksamkeit gegenüber Taspase1 zeigte. Als mögliche Alternative wurden darüber hinaus Ansätze zur genetischen Inhibition evaluiert. Obwohl publizierte Studien Taspase1 als ααββ-Heterodimer beschreiben, konnte durch Überexpression katalytisch inaktiver Mutanten kein trans-dominant negativer Effekt und damit auch keine Inhibition des wildtypischen Enzyms beobachtet werden. Weiterführende zellbiologische und biochemische Analysen belegten erstmalig, dass Taspase1 in lebenden Zellen in der Tat hauptsächlich als Monomer und nicht als Dimer vorliegt. Die Identifizierung evolutionär konservierter bzw. divergenter Funktionsmechanismen lieferte bereits in der Vergangenheit wichtige Hinweise zur Inhibition verschiedenster krebsrelevanter Proteine. Da in Drosophila melanogaster die Existenz und funktionelle Konservierung eines Taspase1-Homologs postuliert wurde, wurde in einem weiteren Teil der vorliegenden Arbeit die evolutionäre Entwicklung der Drosophila Taspase1 (dTaspase1) untersucht. Obwohl Taspase1 als eine evolutionär stark konservierte Protease gilt, konnten wichtige Unterschiede zwischen beiden Orthologen festgestellt werden. Neben einem konservierten autokatalytischen Aktivierungsmechanismus besitzt dTaspase1 verglichen mit dem humanen Enzym eine flexiblere Substraterkennungs-sequenz, was zu einer Vergrößerung des Drosophila-spezifischen Degradoms führt. Diese Ergebnisse zeigen des Weiteren, dass zur Definition und Vorhersage des Degradoms nicht nur proteomische sondern auch zellbiologische und bioinformatische Untersuchungen geeignet und notwendig sind. Interessanterweise ist die differentielle Regulation der dTaspase1-Aktivität zudem auf eine veränderte intrazelluläre Lokalisation zurückzuführen. Das Fehlen von in Vertebraten hochkonservierten aktiven Kernimport- und nukleolären Lokalisationssignalen erklärt, weshalb dTaspase1 weniger effizient nukleäre Substrate prozessiert. Somit scheint die für die humane Taspase1 beschriebene Regulation von Lokalisation und Aktivität über eine Importin-α/NPM1-Achse erst im Laufe der Entwicklung der Vertebraten entstanden zu sein. Es konnte also ein bislang unbekanntes evolutionäres Prinzip identifiziert werden, über welches eine Protease einen Transport- bzw. Lokalisations-basierten Mechanismus zur Feinregulation ihrer Aktivität „von der Fliege zum Menschen“ nutzt. Eine weitere Möglichkeit zur dynamischen Funktionsmodulation bieten post-translationale Modifikationen (PTMs) der Proteinsequenz, zu welcher Phosphorylierung und Acetylierung zählen. Interessanterweise konnte für die humane Taspase1 über den Einsatz unabhängiger Methoden einschließlich massenspektrometrischer Analysen eine Acetylierung durch verschiedene Histon-Acetyltransferasen (HATs) nachgewiesen werden. Diese Modifikation erfolgt reversibel, wobei vor allem die Histon-Deacetylase HDAC1 durch Interaktion mit Taspase1 die Deacetylierung der Protease katalysiert. Während Taspase1 in ihrer aktiven Konformation acetyliert vorliegt, kommt es nach Deacetylierung zu einer Reduktion ihrer enzymatischen Aktivität. Somit scheint die Modulation der Taspase1-Aktivität nicht allein über intra-proteolytische Autoaktivierung, Transport- und Interaktionsmechanismen, sondern zudem durch post-translationale Modifikationen gesteuert zu werden. Zusammenfassend konnten im Rahmen dieser Arbeit entscheidende neue Einblicke in die (patho)biologische Funktion und Feinregulation der Taspase1 gewonnen werden. Diese Ergebnisse stellen nicht nur einen wichtigen Schritt in Richtung eines verbesserten Verständnis der „Taspase1-Biologie“, sondern auch zur erfolgreichen Inhibition und Bewertung der krebsrelevanten Funktion dieser Protease dar.

A degradation-sensitive anionic trypsinogen (PRSS2) variant protects against chronic pancreatitis

Chronic pancreatitis is a common inflammatory disease of the pancreas. Mutations in the genes encoding cationic trypsinogen (PRSS1) and the pancreatic secretory trypsin inhibitor (SPINK1) are associated with chronic pancreatitis. Because increased proteolytic activity owing to mutated PRSS1 enhances the risk for chronic pancreatitis, mutations in the gene encoding anionic trypsinogen (PRSS2) may also predispose to disease. Here we analyzed PRSS2 in individuals with chronic pancreatitis and controls and found, to our surprise, that a variant of codon 191 (G191R) is overrepresented in control subjects: G191R was present in 220/6,459 (3.4%) controls but in only 32/2,466 (1.3%) affected individuals (odds ratio 0.37; P = 1.1 x 10(-8)). Upon activation by enterokinase or trypsin, purified recombinant G191R protein showed a complete loss of trypsin activity owing to the introduction of a new tryptic cleavage site that renders the enzyme hypersensitive to autocatalytic proteolysis. In conclusion, the G191R variant of PRSS2 mitigates intrapancreatic trypsin activity and thereby protects against chronic pancreatitis.

Cleavage of CXCR1 on neutrophils disables bacterial killing in cystic fibrosis lung disease

Interleukin-8 (IL-8) activates neutrophils via the chemokine receptors CXCR1 and CXCR2. However, the airways of individuals with cystic fibrosis are frequently colonized by bacterial pathogens, despite the presence of large numbers of neutrophils and IL-8. Here we show that IL-8 promotes bacterial killing by neutrophils through CXCR1 but not CXCR2. Unopposed proteolytic activity in the airways of individuals with cystic fibrosis cleaved CXCR1 on neutrophils and disabled their bacterial-killing capacity. These effects were protease concentration-dependent and also occurred to a lesser extent in individuals with chronic obstructive pulmonary disease. Receptor cleavage induced the release of glycosylated CXCR1 fragments that were capable of stimulating IL-8 production in bronchial epithelial cells via Toll-like receptor 2. In vivo inhibition of proteases by inhalation of alpha1-antitrypsin restored CXCR1 expression and improved bacterial killing in individuals with cystic fibrosis. The cleavage of CXCR1, the functional consequences of its cleavage, and the identification of soluble CXCR1 fragments that behave as bioactive components represent a new pathophysiologic mechanism in cystic fibrosis and other chronic lung diseases.

Artemisinin, an endoperoxide antimalarial, disrupts the hemoglobin catabolism and heme detoxification systems in malarial parasite

Endoperoxide antimalarials based on the ancient Chinese drug Qinghaosu (artemisinin) are currently our major hope in the fight against drug-resistant malaria. Rational drug design based on artemisinin and its analogues is slow as the mechanism of action of these antimalarials is not clear. Here we report that these drugs, at least in part, exert their effect by interfering with the plasmodial hemoglobin catabolic pathway and inhibition of heme polymerization. In an in vitro experiment we observed inhibition of digestive vacuole proteolytic activity of malarial parasite by artemisinin. These observations were further confirmed by ex vivo experiments showing accumulation of hemoglobin in the parasites treated with artemisinin, suggesting inhibition of hemoglobin degradation. We found artemisinin to be a potent inhibitor of heme polymerization activity mediated by Plasmodium yoelii lysates as well as Plasmodium falciparum histidine-rich protein II. Interaction of artemisinin with the purified malarial hemozoin in vitro resulted in the concentration-dependent breakdown of the malaria pigment. Our results presented here may explain the selective and rapid toxicity of these drugs on mature, hemozoin-containing, stages of malarial parasite. Since artemisinin and its analogues appear to have similar molecular targets as chloroquine despite having different structures, they can potentially bypass the quinoline resistance machinery of the malarial parasite, which causes sublethal accumulation of these drugs in resistant strains.

MONOCLONAL ANTIBODY CHARACTERIZATION OF RAT TRANSFORMATION ASSOCIATED PROTEINS INDUCED BY MOLONEY MURINE SARCOMA VIRUS

By the use of Moloney murine sarcoma virus (Mo-MSV)-induced rat bone tumor (RBT) cells as immunogens, and the hybridoma technique, a mouse hybridoma clone was isolated in Dr. Chan's lab (Chan et al., 1983), which produced a monoclonal antibody, designated MC. MC detected specific antigens in three different Mo-MSV-transformed rat cell lines: 78A1 WRC, RBT and 6M2 (NRK cells infected with the ts110 mutant of Mo-MSV), but not in their untransformed counterparts. These antigens are tentatively termed transformation associated proteins (TAP). In this study, TAP were hypothesized to be the rat specific proteins which are activated by Mo-MSV and play an important role in cellular transformation, and were further investigated. Their properties are summarized as follows: (1) TAP may represent cellular products localized in the cytoplasm of 6M2 cells. (2) The expression of TAP is temperature-sensitive and related to cellular transformation, and probably activated by the v-mos gene products. The optimal temperature for the expression of both P85('gag-mos), the only known viral transforming protein in 6M2 cells, and TAP was 28(DEGREES)C. The expression of both P85('gag-mos) and TAP was proportional to the degree of transformation of 6M2 cells. (3) There were four antigenically-related forms of intracellular TAP (P66, P63, P60 and P58) in 6M2 cells. After synthesis, the 58Kd TAP was probably converted to one of the other three forms. These three polypeptides (P66, P63 and P60) were rapidly converted to two (P68 and P64) and subsequently secreted to the extracellular medium with a 50% secretion rate of 78 min. The conversion of these molecular sizes of TAP is probably related to glycosylation. Inhibition of TAP glycosylation by 0.5 ug/ml of tunicamycin could retard the secretion rate of TAP by 39%. (4) TAP are phosphoproteins, but not associated with any protein kinase activity. (5) TAP have been purified, and found to be mitogenic NRK-2 cells. TAP can bind to the receptors of NRK-2 cells with a K(,d) of 1.4 pM and with about 2 x 10('5) binding sites for TAP per NRK-2 cell. (6) Some weak proteolytic activity was found to associate with purified TAP. ^

Matrix metalloproteinases: multifunctional effectors of inflammation in multiple sclerosis and bacterial meningitis

Matrix metalloproteinases (MMPs) are a family of Zn2+-dependent endopeptidases targeting extracellular matrix (ECM) compounds as well as a number of other proteins. Their proteolytic activity acts as an effector mechanism of tissue remodeling in physiologic and pathologic conditions, and as modulator of inflammation. In the context of neuro-inflammatory diseases, MMPs have been implicated in processes such as (a) blood-brain barrier (BBB) and blood-nerve barrier opening, (b) invasion of neural tissue by blood-derived immune cells, (c) shedding of cytokines and cytokine receptors, and (d) direct cellular damage in diseases of the peripheral and central nervous system. This review focuses on the role of MMPs in multiple sclerosis (MS) and bacterial meningitis (BM), two neuro-inflammatory diseases where current therapeutic approaches are insufficient to prevent severe disability in the majority of patients. Inhibition of enzymatic activity may prevent MMP-mediated neuronal damage due to an overactive or deviated immune response in both diseases. Downregulation of MMP release may be the molecular basis for the beneficial effect of IFN-beta and steroids in MS. Instead, synthetic MMP inhibitors offer the possibility to shut off enzymatic activity of already activated MMPs. In animal models of MS and BM, they efficiently attenuated clinical disease symptoms and prevented brain damage due to excessive metalloproteinase activity. However, the required target profile for the therapeutic use of this novel group of compounds in human disease is not yet sufficiently defined and may be different depending on the type and stage of disease. Currently available MMP inhibitors show little target-specificity within the MMP family and may lead to side-effects due to interference with physiological functions of MMPs. Results from human MS and BM indicate that only a restricted number of MMPs specific for each disease is up-regulated. MMP inhibitors with selective target profiles offer the possibility of a more efficient therapy of MS and BM and may enter clinical trials in the near future.

Endogenous and synthetic MMP inhibitors in CNS physiopathology.

Matrix metalloproteinases (MMPs, including the membrane-type MMPs (MT-MMPs)), a disintegrin and metalloproteinase (ADAM), and ADAM with thrombospondin motifs belong to the metzincins, a subclass of metalloproteinases that contain a Met residue and a Zn(2+) ion at the catalytic site necessary for enzymatic reaction. MMP proteolytic activity is mainly controlled by their natural tissue inhibitors of metalloproteinase (TIMP). A number of synthetic inhibitors have been developed to control deleterious MMP activity. The roles of MMPs and some of their ECM substrates in CNS physiology and pathology are covered by other chapters of the present volume and will thus not be addressed in depth. This chapter will focus (i) on the endogenous MMP inhibitors in the CNS, (ii) on MMP and TIMP regulations in three large classes of neuropathologic processes (inflammatory, neurodegenerative, and infectious), and (iii) on synthetic inhibitors of MMPs and the perspective of their use in different brain diseases.

KLIKK proteases of Tannerella forsythia: putative virulence factors with a unique domain structure.

Comparative genomics of virulent Tannerella forsythia ATCC 43037 and a close health-associated relative, Tannerella BU063, revealed, in the latter, the absence of an entire array of genes encoding putative secretory proteases that possess a nearly identical C-terminal domain (CTD) that ends with a -Lys-Leu-Ile-Lys-Lys motif. This observation suggests that these proteins, referred to as KLIKK proteases, may function as virulence factors. Re-sequencing of the loci of the KLIKK proteases found only six genes grouped in two clusters. All six genes were expressed by T. forsythia in routine culture conditions, although at different levels. More importantly, a transcript of each gene was detected in gingival crevicular fluid (GCF) from periodontitis sites infected with T. forsythia indicating that the proteases are expressed in vivo. In each protein, a protease domain was flanked by a unique N-terminal profragment and a C-terminal extension ending with the CTD. Partially purified recombinant proteases showed variable levels of proteolytic activity in zymography gels and toward protein substrates, including collagen, gelatin, elastin, and casein. Taken together, these results indicate that the pathogenic strain of T. forsythia secretes active proteases capable of degrading an array of host proteins, which likely represents an important pathogenic feature of this bacterium.