Fonction de l'AmtB dans la régulation de la nitrogénase chez Rhodobacter capsulatus

La fixation de l’azote diatomique est un processus très important à la vie, vu sa nécessité dans la biosynthèse de plusieurs molécules de base; acides aminés, acides nucléiques, etc. La réduction de l’azote en ammoniaque est catalysée par la nitrogénase, une enzyme consommatrice de beaucoup d’énergie étant donné qu’elle nécessite 20 à 30 moles d’ATP pour la réduction d’une mole d’azote. De ce fait une régulation rigoureuse est exigée afin de minimiser le gaspillage d’énergie. Plusieurs systèmes de contrôle sont connus, aussi bien au niveau post-traductionnel que traductionnel. Chez la bactérie photosynthétique pourpre non-sulfureuse R. capsulatus, la régulation de l’activité de la nitrogénase nécessite une panoplie de protéines dont la protéine membranaire AmtB, qui est impliquée dans le transport et la perception d’ammonium, et les protéines PII qui jouent plusieurs rôles clés dans la régulation de l’assimilation d’azote. Suite à l’ajout de l’ammonium dans le milieu, une inhibition réversible de l’activité de la nitrogénase est déclenchée via un mécanisme d’ADP-ribosylation de la nitrogénase. La séquestration de GlnK (une protéine PII) par l’AmtB permet à DraT, une ADP-ribosyltransférase, d’ajouter un groupement ADP-ribose sur la protéine-Fe de la nitrogénase l’empêchant ainsi de former un complexe avec la protéine-MoFe. Donc, le transfert d’électrons est bloqué, engendrant ainsi l’inhibition de l’activité de la nitrogénase qui dure aussi long que la concentration d’azote fixé reste élevé, phénomène appelé le « Switch-off/Switch-on » de la nitrogénase. Dans ce mémoire, pour mieux comprendre ce phénomène de régulation, des mutations ponctuelles au niveau de certains résidus conservés de la protéine AmtB, dont D338, G367, H193 et W237, étaient générées par mutagénèse dirigée, afin d’examiner d’avantage leur rôle dans le transport d’ammonium, la formation du complexe AmtB-GlnK, ainsi que dans le « Switch-off » et l’ADP-ribosylation. Les résultats permettent de conclure l’importance et la nécessité de certains résidus telle que le G367 dans la régulation de la nitrogénase et le transport d’ammonium, contrairement au résidu D338 qui ne semble pas être impliqué directement dans la régulation de l’activité de la nitrogénase. Ces résultats suggèrent d’autres hypothèses sur les rôles des acides aminés spécifiques d’AmtB dans ses fonctions comme transporteur et senseur d’ammonium.

The role of GAPDH in maintaining the functional state of the DNA repair enzyme APE1

Les sites apuriniques/apyrimidiniques (AP) sont des sites de l’ADN hautement mutagène. Les dommages au niveau de ces sites peuvent survenir spontanément ou être induits par une variété d’agents. Chez l’humain, les sites AP sont réparés principalement par APE1, une enzyme de réparation de l’ADN qui fait partie de la voie de réparation par excision de base (BER). APE1 est une enzyme multifonctionnelle; c’est une AP endonucléase, 3’-diestérase et un facteur redox impliqué dans l’activation des facteurs de transcription. Récemment, il a été démontré qu’APE1 interagit avec l’enzyme glycolytique GAPDH. Cette interaction induit l’activation d’APE1 par réduction. En outre, la délétion du gène GAPDH sensibilise les cellules aux agents endommageant l’ADN, induit une augmentation de formation spontanée des sites AP et réduit la prolifération cellulaire. A partir de toutes ces données, il était donc intéressant d’étudier l’effet de la délétion de GAPDH sur la progression du cycle cellulaire, sur la distribution cellulaire d’APE1 et d’identifier la cystéine(s) d’APE1 cible(s) de la réduction par GAPDH. Nos travaux de recherche ont montré que la déficience en GAPDH cause un arrêt du cycle cellulaire en phase G1. Cet arrêt est probablement dû à l’accumulation des dommages engendrant un retard au cours duquel la cellule pourra réparer son ADN. De plus, nous avons observé des foci nucléaires dans les cellules déficientes en GAPDH qui peuvent représenter des agrégats d’APE1 sous sa forme oxydée ou bien des focis de la protéine inactive au niveau des lésions d’ADN. Nous avons utilisé la mutagénèse dirigée pour créer des mutants (Cys en Ala) des sept cystéines d’APE1 qui ont été cloné dans un vecteur d’expression dans les cellules de mammifères. Nous émettons l’hypothèse qu’au moins un mutant ou plus va être résistant à l’inactivation par oxydation puisque l’alanine ne peut pas s’engager dans la formation des ponts disulfures. Par conséquent, on anticipe que l’expression de ce mutant dans les cellules déficientes en GAPDH pourrait restaurer une distribution cellulaire normale de APE1, libérerait les cellules de l’arrêt en phase G1 et diminuerait la sensibilité aux agents endommageant l’ADN. En conclusion, il semble que GAPDH, en préservant l’activité d’APE1, joue un nouveau rôle pour maintenir l’intégrité génomique des cellules aussi bien dans les conditions normales qu’en réponse au stress oxydatif.

Étude des mécanismes moléculaires influençant la variation de phase des adhésines P, F1651 et CS31A présentes chez des souches d'Escherichia coli pathogènes.

F1651, les pili Pap et l’antigène CS31A associé aux antigènes de surface K88 sont tout trois des membres de la famille de type P des facteurs d’adhérence jouant un rôle prépondérant lors de l’établissement d’une maladie causée par des souches Escherichia coli pathogènes, en particulier des souches d’E. coli pathogènes extra-intestinales (ExPEC, Extra-intestinal pathogenic E. coli). Leur expression est sous le contrôle d’un mécanisme de régulation transcriptionnel dépendant de l’état de méthylation de l’ADN, résultant dans l’existence de deux populations définies, l’une exprimant l’adhésine (population ON) et l’autre ne l’exprimant pas (population OFF). Malgré de fortes identités de séquences, ces trois systèmes diffèrent l’un de l’autre, principalement par le pourcentage de cellules ON rencontrées. Ainsi, quand CS31A est systématiquement orienté vers un état considéré comme OFF, F1651 présente une phase ON particulièrement élevée et Pap montre deux états OFF et ON bien distincts, selon le phénotype de départ. La protéine régulatrice sensible à la leucine (Lrp, Leucine-responsive regulatory protein) joue un rôle essentiel dans la réversibilité de ce phénomène épigénétique et il est supposé que les différences de séquences au niveau de la région régulatrice modifient la localisation à ces sites de fixation de Lrp; ce qui résulte, en final, aux différences de phase existant entre CS31A, F1651 et Pap.À l’aide de divers techniques parmi lesquelles l’utilisation de gènes rapporteurs, mutagénèses dirigées et d’analyse des interactions ADN-protéines in vitro, nous montrons dans ce présent projet que la phase OFF prédominante chez CS31A est principalement due à une faible interaction de Lrp avec la région distale de l’opéron clp, et que la présence d’un homologue du régulateur local PapI joue un rôle également clef dans la production de CS31A. Dans le cas de F1651, nous montrons dans cette étude que le taux élevé de cellules en phase ON est dû à une altération dans le maintien de Lrp sur les sites répresseurs 1-3. Ceci est dû à la présence de deux nucléotides spécifiques, situé de part et d’autre du site répresseur 1, qui défavorisent la fixation de Lrp sur ce site précis. Tout comme dans le cas de CS31A, la formation d’un complexe, activateur ou répresseur de la phase ON, dépend également de l’action de du régulatuer local FooI, qui favorise alors le déplacement de Lrp des sites répresseurs 1-3 vers les sites activateurs 4-6.

Étude de la biogenèse de l'autotransporteur AIDA-I d'Escherichia coli

Les autotransporteurs monomériques, appartenant au système de sécrétion de type V, correspondent à une famille importante de facteurs de virulence bactériens. Plusieurs fonctions, souvent essentielles pour le développement d’une infection ou pour le maintien et la survie des bactéries dans l’organisme hôte, ont été décrites pour cette famille de protéines. Malgré l’importance de ces protéines, notre connaissance de leur biogenèse et de leur mécanisme d’action demeure relativement limitée. L’autotransporteur AIDA-I, retrouvé chez diverses souches d’Escherichia coli, est un autotransporter multifonctionnel typique impliqué dans l’adhésion et l’invasion cellulaire ainsi que dans la formation de biofilm et d’agrégats bactériens. Les domaines extracellulaires d’autotransporteurs monomériques sont responsables de la fonctionnalité et possèdent pratiquement tous une structure caractéristique d’hélice β. Nous avons mené une étude de mutagenèse aléatoire avec AIDA-I afin de comprendre la base de la multifonctionnalité de cette protéine. Par cette approche, nous avons démontré que les domaines passagers de certains autotransporteurs possèdent une organisation modulaire, ce qui signifie qu’ils sont construits sous la forme de modules fonctionnels. Les domaines passagers d’autotransporteurs peuvent être clivés et relâchés dans le milieu extracellulaire. Toutefois, malgré la diversité des mécanismes de clivage existants, plusieurs protéines, telles qu’AIDA-I, sont clivées par un mécanisme qui demeure inconnu. En effectuant une renaturation in vitro d’AIDA-I, couplée avec une approche de mutagenèse dirigée, nous avons démontré que cette protéine se clive par un mécanisme autocatalytique qui implique deux acides aminés possédant un groupement carboxyle. Ces résultats ont permis la description d’un nouveau mécanisme de clivage pour la famille des autotransporteurs monomériques. Une des particularités d’AIDA-I est sa glycosylation par une heptosyltransférase spécifique nommée Aah. La glycosylation est un concept plutôt récent chez les bactéries et pour l’instant, très peu de protéines ont été décrites comme glycosylées chez E. coli. Nous avons démontré que Aah est le prototype pour une nouvelle famille de glycosyltransférases bactériennes retrouvées chez diverses espèces de protéobactéries. La glycosylation d’AIDA-I est une modification cytoplasmique et post-traductionnelle. De plus, Aah ne reconnaît pas une séquence primaire, mais plutôt un motif structural. Ces observations sont uniques chez les bactéries et permettent d’élargir nos connaissances sur la glycosylation chez les procaryotes. La glycosylation par Aah est essentielle pour la conformation d’AIDA-I et par conséquent pour sa capacité de permettre l’adhésion. Puisque plusieurs homologues d’Aah sont retrouvés à proximité d’autotransporteurs monomériques putatifs, cette famille de glycosyltranférases pourrait être importante, sinon essentielle, pour la biogenèse et/ou la fonction de nombreux autotransporteurs. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse apportent de nouvelles informations et permettent une meilleure compréhension de la biogenèse d’une des plus importantes familles de protéines sécrétées chez les bactéries Gram négatif.

The Role of Specific Amino Acids in the Formation of Ternary Complexes in Nitrogenase Regulation in the Photosynthetic Bacterium Rhodobacter capsulatus

L'azote est l'un des éléments les plus essentiels dans le monde pour les êtres vivants, car il est essentiel pour la production des éléments de base de la cellule, les acides aminés, les acides nucléiques et les autres constituants cellulaires. L’atmosphère est composé de 78% d'azote gazeux, une source d'azote inutilisable par la plupart des organismes à l'exception de ceux qui possèdent l’enzyme nitrogénase, tels que les bactéries diazotrophique. Ces micro-organismes sont capables de convertir l'azote atmosphérique en ammoniac (NH3), qui est l'une des sources d'azote les plus préférables. Cette réaction exigeant l’ATP, appelée fixation de l'azote, est catalysée par une enzyme, nitrogénase, qui est l'enzyme la plus importante dans le cycle de l'azote. Certaines protéines sont des régulateurs potentiels de la synthèse de la nitrogénase et de son activité; AmtB, DraT, DraG, les protéines PII, etc.. Dans cette thèse, j'ai effectué diverses expériences afin de mieux comprendre leurs rôles détailés dans Rhodobacter capsulatus. La protéine membranaire AmtB, très répandue chez les archaea, les bactéries et les eucaryotes, est un membre de la famille MEP / Amt / Rh. Les protéines AmtB sont des transporteurs d'ammonium, importateurs d'ammonium externe, et ont également été suggéré d’agir comme des senseurs d'ammonium. Il a été montré que l’AmtB de Rhodobacter capsulatus fonctionne comme un capteur pour détecter la présence d'ammonium externe pour réguler la nitrogénase. La nitrogénase est constituée de deux métalloprotéines nommées MoFe-protéine et Fe-protéine. L'addition d'ammoniaque à une culture R. capsulatus conduit à une série de réactions qui mènent à la désactivation de la nitrogénase, appelé "nitrogénase switch-off". Une réaction critique dans ce processus est l’ajout d’un groupe ADP-ribose à la Fe-protéine par DraT. L'entrée de l'ammoniac dans la cellule à travers le pore AmtB est contrôlée par la séquestration de GlnK. GlnK est une protéine PII et les protéines PII sont des protéines centrales dans la régulation du métabolisme de l'azote. Non seulement la séquestration de GlnK par AmtB est importante dans la régulation nitrogénase, mais la liaison de l'ammonium par AmtB ou de son transport partiel est également nécessaire. Les complexes AmtB-GlnK sont supposés de lier DraG, l’enzyme responsable pour enlever l'ADP-ribose ajouté à la nitrogénase par DraT, ainsi formant un complexe ternaire. Dans cette thèse certains détails du mécanisme de transduction du signal et de transport d'ammonium ont été examinés par la génération et la caractérisation d’un mutant dirigé, RCZC, (D335A). La capacité de ce mutant, ainsi que des mutants construits précédemment, RCIA1 (D338A), RCIA2 (G344C), RCIA3 (H193E) et RCIA4 (W237A), d’effectuer le « switch-off » de la nitrogénase a été mesurée par chromatographie en phase gazeuse. Les résultats ont révélé que tous les résidus d'acides aminés ci-dessus ont un rôle essentiel dans la régulation de la nitrogénase. L’immunobuvardage a également été effectués afin de vérifier la présence de la Fe-protéine l'ADP-ribosylée. D335, D388 et W237 semblent être cruciales pour l’ADP-ribosylation, puisque les mutants RCZC, RCIA1 et RCIA4 n'a pas montré de l’ADP-ribosylation de la Fe-protéine. En outre, même si une légère ADP-ribosylation a été observée pour RCIA2 (G344C), nous le considérons comme un résidu d'acide aminé important dans la régulation de la nitrogénase. D’un autre coté, le mutant RCIA3 (H193E) a montré une ADP-ribosylation de la Fe-protéine après un choc d'ammonium, par conséquent, il ne semble pas jouer un rôle important dans l’ADP-ribosylation. Par ailleurs R. capsulatus possède une deuxième Amt appelé AmtY, qui, contrairement à AmtB, ne semble pas avoir des rôles spécifiques. Afin de découvrir ses fonctionnalités, AmtY a été surexprimée dans une souche d’E. coli manquant l’AmtB (GT1001 pRSG1) (réalisée précédemment par d'autres membres du laboratoire) et la formation des complexes AmtY-GlnK en réponse à l'addition d’ammoniac a été examinée. Il a été montré que même si AmtY est en mesure de transporter l'ammoniac lorsqu'il est exprimé dans E. coli, elle ne peut pass’ associer à GlnK en réponse à NH4 +.

Phosphorylation et régulation de l’E3 ubiquitine ligase MDM2 par la protéine kinase RSK dans les mélanomes

La voie de signalisation Ras/MAPK (Ras/mitogen-activated protein kinase) régule une variété de protéines intracellulaires qui jouent un rôle important dans la croissance et la prolifération cellulaire. La régulation inappropriée de cette voie de signalisation conduit au développement de nombreux cancers comme le mélanome, qui est caractérisé par des mutations activatrices au niveau des gènes NRAS et BRAF. La protéine kinase RSK (p90 ribosomal S6 kinase) est un composant central de la voie Ras/MAPK, mais son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire n’est pas bien compris. RSK a été montrée pour participer à la résistance des mélanomes aux chimiothérapies, mais le mécanisme moléculaire reste encore à élucider. Nous montrons à l’aide d’un anticorps phospho-spécifique que MDM2 est phosphorylée en réponse à des agonistes et des mutations oncogéniques activant spécifiquement la voie Ras/MAPK. En utilisant des méthodes in vitro et in vivo, nous avons constaté que RSK phosphoryle directement MDM2 sur les Sérines 166 et 186, ce qui suggère que MDM2 est un substrat de RSK. La mutagénèse dirigée envers ces sites nous indique que ces résidus régulent l’ubiquitination de MDM2, suggérant que RSK régule la stabilité de MDM2 et de p53. De plus, nous avons observé que l’inhibition de RSK conduit à une augmentation du niveau protéique de p53 après un dommage à l’ADN dans les cellules de mélanomes. En conclusion, nos travaux suggèrent un rôle important de la protéine kinase RSK dans la régulation de MDM2 et de sa cible, p53. L’étude de ces mécanismes moléculaires aidera à mieux définir le rôle de RSK dans la croissance tumorale, mais également dans la résistance aux agents chimiothérapeutiques.

Estabilitat conformacional de variants de la ribonucleasa A: pressió i temperatura com a inductors dels desplegament proteic

A fi d'analitzar la contribució de la regió C-terminal proposada com a iniciadora del plegament (CFIS 106-118) a l'estabilitat de l'RNasa A, els residus alifàtics d'aquesta regió es van substituir, mitjançant mutagènesi dirigida, per altres residus en els quals la cadena lateral alifàtica era rogressivament escurçada. La major part de les substitucions projectades suposaven delecions no disruptives de grups metil(è). A més, es va reemplaçar la Tyr115 per un Trp, de manera que, potencialment, s'introduïa una única sonda fluorescent, no desestabilitzant, per tal de seguir els canvis conformacionals que es poguessin generar en la regió durant el procés de legament/desplegament de la proteïna. Tant els paràmetres cinètics, com els espectres d'FTIR i CD, determinats per cadascuna de les ribonucleases variants, indiquen que els reemplaçaments aminoacídics efectuats presenten, en general, poc o cap efecte en l'estructura nativa i en l'activitat de l'enzim. Es va emprar l'espectroscòpia d'absorció a l'ultraviolat de quarta derivada, la fluorescència (per la variant amb Trp) i l'espectroscòpia d'infraroig per transformada de Fourier, per tal de seguir i caracteritzar, en condicions d'equilibri, les transicions conformacionals de cada variant en funció de la pressió i de la temperatura. Els resultats es van comparar amb els que es van obtenir per la proteïna salvatge. Per determinar més a fons les característiques del procés de desplegament de la variant Y115W, les transicions de desnaturalització induïdes per urea d'aquesta variant i de la proteïna salvatge, van ésser examinades per mitjà d'electroforesi en gradient d'urea i espectroscòpia de fluorescència. Curiosament, els canvis conformacionals que resulten de la desnaturalització per pressió són molt semblants als que s'obtenen per temperatura. Enfront d'un augment gradual tant de pressió com de temperatura, l'estructura terciària i els elements d'estructura secundària de les proteïnes estudiades es perden de manera conjunta i reversible. Aquestes variacions estructurals que es promouen descriuen un procés de desplegament molt cooperatiu i en dos estats. Atès que ambdues tècniques (UV i FTIR) utilitzen cadascuna un règim de concentració proteica molt diferent, els resultats indiquen que el procés de desplegament per pressió i per temperatura és intramolecular. Els resultats obtinguts suggereixen que la hidrofobicitat i el volum de les cadenes laterals del CFIS, juntament amb les interaccions de van der Waals entre elements d'estructura secundària intervenen de manera molt notable en l'estabilització de la proteïna. Entre els diferents aminoàcids alifàtics que pertanyen al CFIS C-terminal, la Val108 és el residu més important per tal de preservar la integritat estructural de l'estat natiu. Els reemplaçaments en aquesta posició causen petites alteracions conformacionals i una gran desestabilització de la proteïna (per exemple, el punt mig de la transició de desnaturalització per pressió i per temperatura de la variant V108G disminueix uns 592 MPa i 25ºC, respectivament, respecte a la proteïna salvatge). D'acord amb els resultats obtinguts, la variant Y115W ofereix una sonda útil per tal de seguir la cinètica de plegament/desplegament de l'RNasa A.

Thermodynamic analysis of ferrous ion binding to Escherichia coli ferritin EcFtnA

Iron oxidation in the bacterial ferritin EcFtnA from Escherichia coli shows marked differences from its homologue human H-chain ferritin (HuHF). While the amino acid residues that constitute the dinuclear center in these proteins are highly conserved, EcFtnA has a third iron-binding site (C site) in close proximity to the dinuclear center that is seemingly responsible for these differences. Here, we describe the first thermodynamic study of Fe2+ binding to EcFtnA and its variants to determine the location of the primary ferrous ion-binding sites on the protein and to better understand the role of the third C site in iron binding. Isothermal titration calorimetric analyses of the wild-type protein reveal the presence of two main classes of binding sites in the pH range of 6.5-7.5, ascribed to Fe2+ binding, first at the A and then the B sites. Site-directed mutagenesis of ligands in the A, B, or C sites affects the apparent Fe2+-binding stoichiometries at the unaltered sites. The data imply some degree of inter- and intrasubunit negative cooperative interaction between sites. Unlike HuHF where only the A site initially binds Fe2+, both A and B sites in EcFtnA bind Fe2+, implying a role for the C site in influencing the binding of Fe2+ at the B site of the di-iron center of EcFtnA. The ITC equations describing a binding model for three classes of independent binding sites are reported here for the first time.

Control of human immunodeficiency virus type-1 protease activity in insect cells expressing Gag-Pol rescues assembly of immature but not mature virus-like particles

Expression of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) Gag protein in insect cells using baculovirus vectors leads to the abundant production of virus-like particles (VLPs) that represent the immature form of the virus. When Gag-Pol is included, however, VLP production is abolished, a result attributed to premature protease activation degrading the intracellular pool of Gag precursor before particle assembly can occur. As large-scale synthesis of mature noninfectious VLPs would be useful, we have sought to control HIV protease activity in insect cells to give a balance of Gag and Gag-Pol that is compatible with mature particle formation. We show here that intermediate levels of protease activity in insect cells can be attained through site-directed mutagenesis of the protease and through antiprotease drug treatment. However, despite Gag cleavage patterns that mimicked those seen in mammalian cells, VLP synthesis exhibited an essentially all-or-none response in which VLP synthesis occurred but was immature or failed completely. Our data are consistent with a requirement for specific cellular factors in addition to the correct ratio of Gag and Gag-Pol for assembly of mature retrovirus particles in heterologous cell types. (C) 2003 Elsevier Science (USA). All rights reserved.

Molecular insights of p47phox phosphorylation dynamics in the regulation of NADPH oxidase activation and superoxide production

Phagocyte superoxide production by a multicomponent NADPH oxidase is important in host defense against microbial invasion. However inappropriate NADPH oxidase activation causes inflammation. Endothelial cells express NADPH oxidase and endothelial oxidative stress due to prolonged NADPH oxidase activation predisposes many diseases. Discovering the mechanism of NADPH oxidase activation is essential for developing novel treatment of these diseases. The p47phox is a key regulatory subunit of NADPH oxidase; however, due to the lack of full protein structural information, the mechanistic insight of p47phox phosphorylation in NADPH oxidase activation remains incomplete. Based on crystal structures of three functional domains, we generated a computational structural model of the full p47phox protein. Using a combination of in silico phosphorylation, molecular dynamics simulation and protein/protein docking, we discovered that the C-terminal tail of p47phox is critical for stabilizing its autoinhibited structure. Ser-379 phosphorylation disrupts H-bonds that link the C-terminal tail to the autoinhibitory region (AIR) and the tandem Src homology 3 (SH3) domains, allowing the AIR to undergo phosphorylation to expose the SH3 pocket for p22phox binding. These findings were confirmed by site-directed mutagenesis and gene transfection of p47phox_/_ coronary microvascular cells. Compared with wild-type p47phoxcDNAtransfected cells, the single mutation of S379A completely blocked p47phox membrane translocation, binding to p22phox and endothelial O2 . production in response to acute stimulation of PKC. p47phox C-terminal tail plays a key role in stabilizing intramolecular interactions at rest. Ser-379 phosphorylation is a molecular switch which initiates p47phox conformational changes and NADPH oxidase-dependent superoxide production by cells.

Insights into the Specificity of Thioredoxin Reductase-Thioredoxin Interactions. A Structural and Functional Investigation of the Yeast Thioredoxin System

The enzymatic activity of thioredoxin reductase enzymes is endowed by at least two redox centers: a flavin and a dithiol/disulfide CXXC motif. The interaction between thioredoxin reductase and thioredoxin is generally species-specific, but the molecular aspects related to this phenomenon remain elusive. Here, we investigated the yeast cytosolic thioredoxin system, which is composed of NADPH, thioredoxin reductase (ScTrxR1), and thioredoxin 1 (ScTrx1) or thioredoxin 2 (ScTrx2). We showed that ScTrxR1 was able to efficiently reduce yeast thioredoxins (mitochondrial and cytosolic) but failed to reduce the human and Escherichia coli thioredoxin counterparts. To gain insights into this specificity, the crystallographic structure of oxidized ScTrxR1 was solved at 2.4 angstrom resolution. The protein topology of the redox centers indicated the necessity of a large structural rearrangement for FAD and thioredoxin reduction using NADPH. Therefore, we modeled a large structural rotation between the two ScTrxR1 domains (based on the previously described crystal structure, PDB code 1F6M). Employing diverse approaches including enzymatic assays, site-directed mutagenesis, amino acid sequence alignment, and structure comparisons, insights were obtained about the features involved in the species-specificity phenomenon, such as complementary electronic parameters between the surfaces of ScTrxR1 and yeast thioredoxin enzymes and loops and residues (such as Ser(72) in ScTrx2). Finally, structural comparisons and amino acid alignments led us to propose a new classification that includes a larger number of enzymes with thioredoxin reductase activity, neglected in the low/high molecular weight classification.

Catalytic properties of thimet oligopeptidase H600A mutant

Thimet oligopeptidase (EC 3.4.24.15, TOP) is a metallo-oligopeptidase that participates in the intracellular metabolism of peptides. Predictions based on structurally analogous peptidases (Dcp and ACE-2) show that TOP can present a hinge-bend movement during substrate hydrolysis, what brings some residues closer to the substrate. One of these residues that in TOP crystallographic structure are far from the catalytic residues, but, moves toward the substrate considering this possible structural reorganization is His(600). In the present work, the role of His(600) of TOP was investigated by site-directed mutagenesis. TOP H600A mutant was characterized through analysis of S(1) and S(1)`, specificity, pH-activity profile and inhibition by JA-2. Results showed that TOP His(600) residue makes important interactions with the substrate, supporting the prediction that His(600) moves toward the substrate due to a hinge movement similar to the Dcp and ACE-2. Furthermore, the mutation H600A affected both K(m) and k(cat), showing the importance of His(600) for both substrate binding and/or product release from active site. Changes in the pH-profile may indicate also the participation of His(600) in TOP catalysis, transferring a proton to the newly generated NH(2)-terminus or helping Tyr(605) and/or Tyr(612) in the intermediate oxyanion stabilization. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

TAF15 and the leukemia-associated fusion protein TAF15-CIZ/NMP4 are cleaved by caspases-3 and-7

Caspases are central players in proteolytic pathways that regulate cellular processes Such as apoptosis and differentiation. To accelerate the discovery of novel caspase substrates we developed a method combining in silico screening and in vitro validation. With this approach, we identified TAH15 as a novel caspase Substrate in a trial Study. We find that TAF15 was specifically cleaved by caspases-3 and -7. Site-directed mutagenesis revealed the consensus sequence (106)DQPD/Y(110) as the only site recognized by these caspases. Surprisingly, TAF15 was cleaved at more than one site in staurosporine-treated Jurkat cells. In addition, we generated two oncogenic TAF15-CIZ/NMP4-fused proteins which have been found in acute myeloid leukemia and demonstrate that caspases-3 and -7 cleave the fusion proteins at one single site. Broad application of this combination approach should expedite identification of novel caspase-interacting proteins and provide new insights into the regulation of caspase pathways leading to cell death in normal and cancer cells. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Characterization of the SOS regulon of Caulobacter crescentus

The SOS regulon is a paradigm of bacterial responses to DNA damage. A wide variety of bacterial species possess homologs of lex,4 and recA, the central players in the regulation of the SOS circuit. Nevertheless, the genes actually regulated by the SOS have been determined only experimentally in a few bacterial species. In this work, we describe 37 genes regulated in a LexA-dependent manner in the alphaproteobacterium Caulobacter crescentus. In agreement with previous results, we have found that the direct repeat GTTCN(7)GTTC is the SOS operator of C. crescentus, which was confirmed by site-directed mutagenesis studies of the imuA promoter. Several potential promoter regions containing the SOS operator were identified in the genome, and the expression of the corresponding genes was analyzed for both the wild type and the lex,4 strain, demonstrating that the vast majority of these genes are indeed SOS regulated. Interestingly, many of these genes encode proteins with unknown functions, revealing the potential of this approach for the discovery of novel genes involved in cellular responses to DNA damage in prokaryotes, and illustrating the diversity of SOS-regulated genes among different bacterial species.

Crystallographic Structure of Phosphofructokinase-2 from Escherichia coli in Complex with Two ATP Molecules. Implications for Substrate Inhibition

Phosphofructokinase-1 and -2 (Pfk-1 and Pfk-2, respectively) from Escherichia coli belong to different homologous superfamilies. However, in spite of the lack of a common ancestor, they share the ability to catalyze the same reaction and are inhibited by the substrate MgATP. Pfk-2, an ATP-dependent 6-phosphofructokinase member of the ribokinase-like superfamily, is a homodimer of 66 kDa subunits whose oligomerization state is necessary for catalysis and stability. The presence of MgATP favors the tetrameric form of the enzyme. In this work, we describe the structure of Pfk-2 in its inhibited tetrameric form, with each subunit bound to two ATP molecules and two Mg ions. The present structure indicates that substrate inhibition occurs due to the sequential binding of two MgATP molecules per subunit, the first at the usual site occupied by the nucleotide in homologous enzymes and the second at the allosteric site, making a number of direct and Mg-mediated interactions with the first. Two configurations are observed for the second MgATP, one of which involves interactions with Tyr23 from the adjacent subunit in the dimer and the other making an unusual non-Watson-Crick base pairing with the adenine in the substrate ATP. The oligomeric state observed in the crystal is tetrameric, and some of the structural elements involved in the binding of the Substrate and allosteric ATPs are also participating in the dimer-dimer interface. This structure also provides the grounds to compare analogous features of the nonhomologous phosphofructokinases from E. coli. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.