The chemistry of brain metabolism in health and disease,

Includes bibliography.

Lipid and carbohydrate based adjuvant/carriers in immunology

This review discusses various issues regarding vaccines:what are they and how they work, safety aspects, the role of adjuvants and carriers in vaccination, synthetic peptides as immunogens, and new technologies for vaccine development and delivery including the identification of novel adjuvants for mucosal vaccine delivery. There has been a recent increase of interest, in the use of lipids and carbohydrates as adjuvants, and so a particular emphasis is placed on adjuvants derived from lipids or carbohydrates, or from both. Copyright (C) 2003 European Peptide Society and John Wiley Sons, Ltd.

Group A streptococcal vaccine delivery by immunization with a self-adjuvanting M protein-based lipid core peptide construct

Background & objectives: To develop a broad strain coverage GAS vaccine, several strategies have been investigated which included multi-epitope approaches as well as targeting the M protein conserved C-region. These approaches, however, have relied on the use of adjuvants that are toxic for human application. The development of safe and effective adjuvants for human use is a key issue in the development of effective vaccines. In this study, we investigated the lipid polylysine core peptide (LCP) system as a self-adjuvanting GAS vaccine delivery approach. Methods: An LCP-GAS construct was synthesised incorporating multiple copies of a protective peptide epitope (J8) from the conserved carboxy terminal C-repeat region of the M protein. B10.BR mice were immunized parenterally with the LCP-J8 construct, with or without conventional adjuvant, prior to the assessment of immunogenicity and the induction of serum opsonic antibodies. Results: Our data demonstrated immunogenicity of LCP-J8 when coadministered in complete Freund's adjuvant (CFA), or administered in the absence of conventional adjuvant. In both cases, immunization led to the induction of high-titre J8 peptide-specific serum IgG antibody responses, and the induction of heterologous opsonic antibodies that did not cross-react with human heart tissue proteins. Interpretation & conclusion: These data indicated the potential of a novel self-adjuvanting LCP vaccine delivery system incorporating a synthetic GAS M protein C-region peptide immunogen in the induction of broadly protective immune responses, and pointed to the potential application of this system in human vaccine development against infectious diseases.

Synthesis of a highly pure lipid core peptide based self-adjuvanting triepitopic group A Streptococcal vaccine, and subsequent immunological evaluation

We have developed a highly pure, self-adjuvanting, triepitopic Group A Streptococcal vaccine based on the lipid core peptide system, a vaccine delivery system incorporating lipidic adjuvant, carrier, and peptide epitopes into a single molecular entity. Vaccine synthesis was performed using native chemical ligation. Due to the attachment of a highly lipophilic adjuvant, addition of 1% (w/v) sodium dodecyl sulfate was necessary to enhance peptide solubility in order to enable ligation. The vaccine was synthesized in three steps to yield a highly pure product (97.7% purity) with an excellent overall yield. Subcutaneous immunization of B10. BR (H-2(k)) mice with the synthesized vaccine, with or without the addition of complete Freund's adjuvant, elicited high serum IgG antibody titers against each of the incorporated peptide epitopes.

Facile synthesis of polymer-peptide conjugates via direct amino acid coupling chemistry

Polymer-peptide conjugates (also known as biohy-brids) are attracting considerable attention as injectable materials owing to the self-assembling behavior of the peptide and the ability to control the material properties using the polymer component. To this end, a simple method for preparing poly(ethylene oxide)-oligophenylalanine polymer-peptide conjugates (mPEOm-F n-OEt) using isobutylchloroformate as the activating reagent has been identified and developed. The synthetic approach reported employs an industrially viable route to produce conjugates with high yield and purity. Moreover, the approach allows judicious selection of the precursor building blocks to produce libraries of polymer-peptide conjugates with complete control over the molecular composition. Control over the molecular make-up of the conjugates allows fine control of the physicochemical properties, which will be exploited in future studies into the prominent self-assembling behavior of such materials. © 2013 Wiley Periodicals, Inc.

Étude des mécanismes d’extraction lipidique par le peptide mélittine et la protéine BSP1

Les peptides et protéines extracteurs de lipides (PEL) se lient aux membranes lipidiques puis en extraient des lipides en formant de plus petits auto-assemblages, un phénomène qui peut aller jusqu'à la fragmentation des membranes. Dans la nature, cette extraction se produit sur une gamme de cellules et entraîne des conséquences variées, comme la modification de la composition de la membrane et la mort de la cellule. Cette thèse se penche sur l’extraction lipidique, ou fragmentation, induite par le peptide mélittine et la protéine Binder-of-SPerm 1 (BSP1) sur des membranes lipidiques modèles. Pour ce faire, des liposomes de différentes compositions sont préparés et incubés avec la mélittine ou la BSP1. L'association aux membranes est déterminée par la fluorescence intrinsèque des PEL, tandis que l'extraction est caractérisée par une plateforme analytique combinant des tests colorimétriques et des analyses en chromatographie en phase liquide et spectrométrie de masse (LCMS). La mélittine fait partie des peptides antimicrobiens cationiques, un groupe de PEL très répandu chez les organismes vivants. Ces peptides sont intéressants du point du vue médical étant donné leur mode d’action qui vise directement les lipides des membranes. Plusieurs de ceux-ci agissent sur les membranes des bactéries selon le mécanisme dit « en tapis », par lequel ils s’adsorbent à leur surface, forment des pores et ultimement causent leur fragmentation. Dans cette thèse, la mélittine est utilisée comme peptide modèle afin d’étudier le mécanisme par lequel les peptides antimicrobiens cationiques fragmentent les membranes. Les résultats montrent que la fragmentation des membranes de phosphatidylcholines (PC) est réduite par une déméthylation graduelle de leur groupement ammonium. L'analyse du matériel fragmenté révèle que les PC sont préférentiellement extraites des membranes, dû à un enrichissement local en PC autour de la mélittine à l'intérieur de la membrane. De plus, un analogue de la mélittine, dont la majorité des résidus cationiques sont neutralisés, est utilisé pour évaluer le rôle du caractère cationique de la mélittine native. La neutralisation augmente l'affinité du peptide pour les membranes neutres et anioniques, réduit la fragmentation des membranes neutres et augmente la fragmentation des membranes anioniques. Malgré les interactions électrostatiques entre le peptide cationique et les lipides anioniques, aucune spécificité lipidique n'est observée dans l'extraction. La BSP1 est la protéine la plus abondante du liquide séminal bovin et constitue un autre exemple de PEL naturel important. Elle se mélange aux spermatozoïdes lors de l’éjaculation et extrait des lipides de leur membrane, notamment le cholestérol et les phosphatidylcholines. Cette étape cruciale modifie la composition lipidique de la membrane du spermatozoïde, ce qui faciliterait par la suite la fécondation de l’ovule. Cependant, le contact prolongé de la protéine avec les spermatozoïdes endommagerait la semence. Cette thèse cherche donc à approfondir notre compréhension de ce délicat phénomène en étudiant le mécanisme moléculaire par lequel la protéine fragmente les membranes lipidiques. Les résultats des présents travaux permettent de proposer un mécanisme d’extraction lipidique en 3 étapes : 1) L'association à l’interface des membranes; 2) La relocalisation de l’interface vers le cœur lipidique; 3) La fragmentation des membranes. La BSP1 se lie directement à deux PC à l'interface; une quantité suffisante de PC dans les membranes est nécessaire pour permettre l'association et la fragmentation. Cette liaison spécifique ne mène généralement pas à une extraction lipidique sélective. L'impact des insaturations des chaînes lipidiques, de la présence de lysophosphatidylcholines, de phosphatidyléthanolamine, de cholestérol et de lipides anioniques est également évalué. Les présentes observations soulignent la complexe relation entre l'affinité d'un PEL pour une membrane et le niveau de fragmentation qu'il induit. L'importance de la relocalisation des PEL de l'interface vers le cœur hydrophobe des membranes pour permettre leur fragmentation est réitérée. Cette fragmentation semble s'accompagner d'une extraction lipidique préférentielle seulement lorsqu'une séparation de phase est induite au niveau de la membrane, nonobstant les interactions spécifiques PEL-lipide. Les prévalences des structures amphiphiles chez certains PEL, ainsi que de la fragmentation en auto-assemblages discoïdaux sont discutées. Finalement, le rôle des interactions électrostatiques entre les peptides antimicrobiens cationiques et les membranes bactériennes anioniques est nuancé : les résidus chargés diminueraient l'association des peptides aux membranes neutres suite à l'augmentation de leur énergie de solvatation.

Seawater carbonate chemistry and community metabolism during an experiment with a coral reef, 2003

The effect of elevated pCO2 on the metabolism of a coral reef community dominated by macroalgae has been investigated utilizing the large 2650 m3 coral reef mesocosm at the Biosphere-2 facility near Tucson, Arizona. The carbonate chemistry of the water was manipulated to simulate present-day and a doubled CO2 future condition. Each experiment consisted of a 1-2 month preconditioning period followed by a 7-9 day observational period. The pCO2 was 404 ± 63 ?atm during the present-day pCO2 experiment and 658 ± 59 ?atm during the elevated pCO2 experiment. Nutrient levels were low and typical of natural reefs waters (NO3? 0.5-0.9 ?M, NH4+ 0.4 ?M, PO43? 0.07-0.09 ?M). The temperature and salinity of the water were held constant at 26.5 ± 0.2°C and 34.4 ± 0.2 ppt. Photosynthetically available irradiance was 10 ± 2 during the present-day experiment and 7.4 ± 0.5 mol photons m?2 d?1 during the elevated pCO2 experiment. The primary producer biomass in the mesocosm was dominated by four species of macroalgae; Haptilon cubense, Amphiroa fragillisima, Gelidiopsis intricata and Chondria dasyphylla. Algal biomass was 10.4 mol C m?2 during the present-day and 8.7 mol C m?2 and during the elevated pCO2 experiments. As previously observed, the increase in pCO2 resulted in a decrease in calcification from 0.041 ± 0.007 to 0.006 ± 0.003 mol CaCO3 m?2 d?1. Net community production (NCP) and dark respiration did not change in response to elevated pCO2. Light respiration measured by a new radiocarbon isotope dilution method exceeded dark respiration by a factor of 1.2 ± 0.3 to 2.1 ± 0.4 on a daily basis and by 2.2 ± 0.6 to 3.9 ± 0.8 on an hourly basis. The 1.8-fold increase with increasing pCO2 indicates that the enhanced respiration in the light was not due to photorespiration. Gross production (GPP) computed as the sum of NCP plus daily respiration (light + dark) increased significantly (0.24 ± 0.03 vs. 0.32 ± 0.04 mol C m?2 d?1). However, the conventional calculation of GPP based on the assumption that respiration in the light proceeds at the same rate as the dark underestimated the true rate of GPP by 41-100% and completely missed the increased rate of carbon cycling due to elevated pCO2. We conclude that under natural, undisturbed, nutrient-limited conditions elevated CO2 depresses calcification, stimulates the rate of turnover of organic carbon, particularly in the light, but has no effect on net organic production. The hypothesis that an increase pCO2 would produce an increase in net production that would counterbalance the effect of decreasing saturation state on calcification is not supported by these data.

Étude des mécanismes d’extraction lipidique par le peptide mélittine et la protéine BSP1

Les peptides et protéines extracteurs de lipides (PEL) se lient aux membranes lipidiques puis en extraient des lipides en formant de plus petits auto-assemblages, un phénomène qui peut aller jusqu'à la fragmentation des membranes. Dans la nature, cette extraction se produit sur une gamme de cellules et entraîne des conséquences variées, comme la modification de la composition de la membrane et la mort de la cellule. Cette thèse se penche sur l’extraction lipidique, ou fragmentation, induite par le peptide mélittine et la protéine Binder-of-SPerm 1 (BSP1) sur des membranes lipidiques modèles. Pour ce faire, des liposomes de différentes compositions sont préparés et incubés avec la mélittine ou la BSP1. L'association aux membranes est déterminée par la fluorescence intrinsèque des PEL, tandis que l'extraction est caractérisée par une plateforme analytique combinant des tests colorimétriques et des analyses en chromatographie en phase liquide et spectrométrie de masse (LCMS). La mélittine fait partie des peptides antimicrobiens cationiques, un groupe de PEL très répandu chez les organismes vivants. Ces peptides sont intéressants du point du vue médical étant donné leur mode d’action qui vise directement les lipides des membranes. Plusieurs de ceux-ci agissent sur les membranes des bactéries selon le mécanisme dit « en tapis », par lequel ils s’adsorbent à leur surface, forment des pores et ultimement causent leur fragmentation. Dans cette thèse, la mélittine est utilisée comme peptide modèle afin d’étudier le mécanisme par lequel les peptides antimicrobiens cationiques fragmentent les membranes. Les résultats montrent que la fragmentation des membranes de phosphatidylcholines (PC) est réduite par une déméthylation graduelle de leur groupement ammonium. L'analyse du matériel fragmenté révèle que les PC sont préférentiellement extraites des membranes, dû à un enrichissement local en PC autour de la mélittine à l'intérieur de la membrane. De plus, un analogue de la mélittine, dont la majorité des résidus cationiques sont neutralisés, est utilisé pour évaluer le rôle du caractère cationique de la mélittine native. La neutralisation augmente l'affinité du peptide pour les membranes neutres et anioniques, réduit la fragmentation des membranes neutres et augmente la fragmentation des membranes anioniques. Malgré les interactions électrostatiques entre le peptide cationique et les lipides anioniques, aucune spécificité lipidique n'est observée dans l'extraction. La BSP1 est la protéine la plus abondante du liquide séminal bovin et constitue un autre exemple de PEL naturel important. Elle se mélange aux spermatozoïdes lors de l’éjaculation et extrait des lipides de leur membrane, notamment le cholestérol et les phosphatidylcholines. Cette étape cruciale modifie la composition lipidique de la membrane du spermatozoïde, ce qui faciliterait par la suite la fécondation de l’ovule. Cependant, le contact prolongé de la protéine avec les spermatozoïdes endommagerait la semence. Cette thèse cherche donc à approfondir notre compréhension de ce délicat phénomène en étudiant le mécanisme moléculaire par lequel la protéine fragmente les membranes lipidiques. Les résultats des présents travaux permettent de proposer un mécanisme d’extraction lipidique en 3 étapes : 1) L'association à l’interface des membranes; 2) La relocalisation de l’interface vers le cœur lipidique; 3) La fragmentation des membranes. La BSP1 se lie directement à deux PC à l'interface; une quantité suffisante de PC dans les membranes est nécessaire pour permettre l'association et la fragmentation. Cette liaison spécifique ne mène généralement pas à une extraction lipidique sélective. L'impact des insaturations des chaînes lipidiques, de la présence de lysophosphatidylcholines, de phosphatidyléthanolamine, de cholestérol et de lipides anioniques est également évalué. Les présentes observations soulignent la complexe relation entre l'affinité d'un PEL pour une membrane et le niveau de fragmentation qu'il induit. L'importance de la relocalisation des PEL de l'interface vers le cœur hydrophobe des membranes pour permettre leur fragmentation est réitérée. Cette fragmentation semble s'accompagner d'une extraction lipidique préférentielle seulement lorsqu'une séparation de phase est induite au niveau de la membrane, nonobstant les interactions spécifiques PEL-lipide. Les prévalences des structures amphiphiles chez certains PEL, ainsi que de la fragmentation en auto-assemblages discoïdaux sont discutées. Finalement, le rôle des interactions électrostatiques entre les peptides antimicrobiens cationiques et les membranes bactériennes anioniques est nuancé : les résidus chargés diminueraient l'association des peptides aux membranes neutres suite à l'augmentation de leur énergie de solvatation.

Romano-British wall-painting fragments: a spectroscopic analysis

Raman spectroscopic analyses of fragmented wall-painting specimens from a Romano-British villa dating from ca. 200 AD are reported. The predominant pigment is red haematite, to which carbon, chalk and sand have been added to produce colour variations, applied to a typical Roman limewash putty composition. Other pigment colours are identified as white chalk, yellow (goethite), grey (soot/chalk mixture) and violet. The latter pigment is ascribed to caput mortuum, a rare form of haematite, to which kaolinite (possibly from Cornwall) has been added, presumably in an effort to increase the adhesive properties of the pigment to the substratum. This is the first time that kaolinite has been reported in this context and could indicate the successful application of an ancient technology discovered by the Romano-British artists. Supporting evidence for the Raman data is provided by X-ray diffraction and SEM-EDAX analyses of the purple pigment.

meso-Porphyrinylphosphine Oxides: Mono- and Bidentate Ligands for Supramolecular Chemistry and the Crystal Structures of Monomeric [10,20-Diphenylporphyrinatonickel(II)-5,15-diyl]-bis-[P(O)Ph2] and Polymeric Self-Coordinated ([10,20-Diphenylporphyrinatozinc(II)-5,15-diyl]-bis-[P(O)Ph2])

A series of porphyrins substituted in one or two meso-positions by diphenylphosphine oxide groups has been prepared by the palladium catalysed reaction of diphenylphosphine or its oxide with the corresponding bromoporphyrins. Compounds {MDPP-[P(O)Ph2]n} (M = H2, Ni, Zn; H2DPP = 5,15-diphenylporphyrin; n = 1, 2) were isolated in yields of 60-95%. The reaction is believed to proceed via the conventional oxidative addition, phosphination and reductive elimination steps, as the stoichiometric reaction of η1-palladio(II) porphyrin [PdBr(H2DPP)(dppe)] (H2DPP = 5,15-diphenylporphyrin; dppe = 1,2-bis(diphenylphosphino)ethane) with diphenylphosphine oxide also results in the desired mono-porphyrinylphosphine oxide [H2DPP-P(O)Ph2]. Attempts to isolate the tertiary phosphines failed due to their extreme air-sensitivity. Variable temperature 1H NMR studies of [H2DPP-P(O)Ph2] revealed an intrinsic lack of symmetry, while fluorescence spectroscopy showed that the phosphine oxide group does not behave as a "heavy atom" quencher. The electron withdrawing effect of the phosphine oxide group was confirmed by voltammetry. The ligands were characterised by multinuclear NMR and UV-visible spectroscopy as well as mass spectrometry. Single crystal X-ray crystallography showed that the bis(phosphine oxide) nickel(II) complex {[NiDPP-[P(O)Ph2]2} is monomeric in the solid state, with a ruffled porphyrin core and the two P=O fragments on the same side of the average plane of the molecule. On the other hand, the corresponding zinc(II) complex formed infinite chains through coordination of one Ph2PO substituent to the neighbouring zinc porphyrin through an almost linear P=O---Zn unit, leaving the other Ph2PO group facing into a parallel channel filled with disordered water molecules. These new phosphine oxides are attractive ligands for supramolecular porphyrin chemistry.

A fragment of the LG3 peptide of endorepellin is present in the urine of physically active mining workers : a potential marker of physical activity

Biomarker analysis has been implemented in sports research in an attempt to monitor the effects of exertion and fatigue in athletes. This study proposed that while such biomarkers may be useful for monitoring injury risk in workers, proteomic approaches might also be utilised to identify novel exertion or injury markers. We found that urinary urea and cortisol levels were significantly elevated in mining workers following a 12 hour overnight shift. These levels failed to return to baseline over 24h in the more active maintenance crew compared to truck drivers (operators) suggesting a lack of recovery between shifts. Use of a SELDI-TOF MS approach to detect novel exertion or injury markers revealed a spectral feature which was associated with workers in both work categories who were engaged in higher levels of physical activity. This feature was identified as the LG3 peptide, a C-terminal fragment of the anti-angiogenic / anti-tumourigenic protein endorepellin. This finding suggests that urinary LG3 peptide may be a biomarker of physical activity. It is also possible that the activity mediated release of LG3 / endorepellin into the circulation may represent a biological mechanism for the known inverse association between physical activity and cancer risk / survival.

The chemistry of acid catalyzed delignification of sugarcane bagasse in the ionic liquid trihexyl tetradecyl phosphonium chloride

This article reports on the cleavage of lignin ß-aryl ether bonds in sugarcane bagasse by the ionic liquid (IL) trihexyl tetradecyl phosphonium chloride [P66614] Cl, in the presence of catalytic amounts of mineral acid fca. 0.4%). The deligniflcation process of bagasse was studied over a range of temperatures (120°C to 150°C) by monitoring the production of ß-ketones (indicative of cleavage of ß-aryl ethers) using FTIR spectroscopy and by compositional analysis of the undissolved fractions. Maximum deligniflcation was obtained at 150°C, with 52% of lignin removed from the original lignin content of bagasse. No deligniflcation was observed in the absence of acid, which suggests that the reaction is acid catalyzed with the IL solubilizing the lignin fragments. The rate of deligniflcation was significantly higher at 150°C, suggesting that crossing the glass transition temperature of lignin effects greater freedom of rotation about the propanoid carbon-carbon bonds and leads to increased cleavage of ß-aryl ethers. An attempt has been made to propose a probable mechanism of deligniflcation of bagasse with the phosphonuim IL. © Taylor & Francis Group, LLC.