Genomic and transcriptional analysis of allergen genes in apple (Malus x domestica)

Apple consumption is highly recomended for a healthy diet and is the most important fruit produced in temperate climate regions. Unfortunately, it is also one of the fruit that most ofthen provoks allergy in atopic patients and the only treatment available up to date for these apple allergic patients is the avoidance. Apple allergy is due to the presence of four major classes of allergens: Mal d 1 (PR-10/Bet v 1-like proteins), Mal d 2 (Thaumatine-like proteins), Mal d 3 (Lipid transfer protein) and Mal d 4 (profilin). In this work new advances in the characterization of apple allergen gene families have been reached using a multidisciplinary approach. First of all, a genomic approach was used for the characterization of the allergen gene families of Mal d 1 (task of Chapter 1), Mal d 2 and Mal d 4 (task of Chapter 5). In particular, in Chapter 1 the study of two large contiguos blocks of DNA sequences containing the Mal d 1 gene cluster on LG16 allowed to acquire many new findings on number and orientation of genes in the cluster, their physical distances, their regulatory sequences and the presence of other genes or pseudogenes in this genomic region. Three new members were discovered co-localizing with the other Mal d 1 genes of LG16 suggesting that the complexity of the genetic base of allergenicity will increase with new advances. Many retrotranspon elements were also retrieved in this cluster. Due to the developement of molecular markers on the two sequences, the anchoring of the physical and the genetic map of the region has been successfully achieved. Moreover, in Chapter 5 the existence of other loci for the Thaumatine-like protein family in apple (Mal d 2.03 on LG4 and Mal d 2.02 on LG17) respect the one reported up to now was demonstred for the first time. Also one new locus for profilins (Mal d 4.04) was mapped on LG2, close to the Mal d 4.02 locus, suggesting a cluster organization for this gene family, as is well reported for Mal d 1 family. Secondly, a methodological approach was used to set up an highly specific tool to discriminate and quantify the expression of each Mal d 1 allergen gene (task of Chapter 2). In aprticular, a set of 20 Mal d 1 gene specific primer pairs for the quantitative Real time PCR technique was validated and optimized. As a first application, this tool was used on leaves and fruit tissues of the cultivar Florina in order to identify the Mal d 1 allergen genes that are expressed in different tissues. The differential expression retrieved in this study revealed a tissue-specificity for some Mal d 1 genes: 10/20 Mal d 1 genes were expressed in fruits and, indeed, probably more involved in the allergic reactions; while 17/20 Mal d 1 genes were expressed in leaves challenged with the fungus Venturia inaequalis and therefore probably interesting in the study of the plant defense mechanism. In Chapter 3 the specific expression levels of the 10 Mal d 1 isoallergen genes, found to be expressed in fruits, were studied for the first time in skin and flesh of apples of different genotypes. A complex gene expression profile was obtained due to the high gene-, tissue- and genotype-variability. Despite this, Mal d 1.06A and Mal d 1.07 expression patterns resulted particularly associated with the degree of allergenicity of the different cultivars. They were not the most expressed Mal d 1 genes in apple but here it was hypotized a relevant importance in the determination of allergenicity for both qualitative and quantitative aspects of the Mal d 1 gene expression levels. In Chapter 4 a clear modulation for all the 17 PR-10 genes tested in young leaves of Florina after challenging with the fungus V. inaequalis have been reported but with a peculiar expression profile for each gene. Interestingly, all the Mal d 1 genes resulted up-regulated except Mal d 1.10 that was down-regulated after the challenging with the fungus. The differences in direction, timing and magnitude of induction seem to confirm the hypothesis of a subfunctionalization inside the gene family despite an high sequencce and structure similarity. Moreover, a modulation of PR-10 genes was showed both in compatible (Gala-V. inaequalis) and incompatible (Florina-V. inaequalis) interactions contribute to validate the hypothesis of an indirect role for at least some of these proteins in the induced defense responses. Finally, a certain modulation of PR-10 transcripts retrieved also in leaves treated with water confirm their abilty to respond also to abiotic stress. To conclude, the genomic approach used here allowed to create a comprehensive inventory of all the genes of allergen families, especially in the case of extended gene families like Mal d 1. This knowledge can be considered a basal prerequisite for many further studies. On the other hand, the specific transcriptional approach make it possible to evaluate the Mal d 1 genes behavior on different samples and conditions and therefore, to speculate on their involvement on apple allergenicity process. Considering the double nature of Mal d 1 proteins, as apple allergens and as PR-10 proteins, the gene expression analysis upon the attack of the fungus created the base for unravel the Mal d 1 biological functions. In particular, the knowledge acquired in this work about the PR-10 genes putatively more involved in the specific Malus-V. inaequalis interaction will be helpful, in the future, to drive the apple breeding for hypo-allergenicity genotype without compromise the mechanism of response of the plants to stress conditions. For the future, the survey of the differences in allergenicity among cultivars has to be be thorough including other genotypes and allergic patients in the tests. After this, the allelic diversity analysis with the high and low allergenic cultivars on all the allergen genes, in particular on the ones with transcription levels correlated to allergencity, will provide the genetic background of the low ones. This step from genes to alleles will allow the develop of molecular markers for them that might be used to effectively addressed the apple breeding for hypo-allergenicity. Another important step forward for the study of apple allergens will be the use of a specific proteomic approach since apple allergy is a multifactor-determined disease and only an interdisciplinary and integrated approach can be effective for its prevention and treatment.

Vorkommen und Charakterisierung von Ecdysiotropinen bei männlichen Imagines der Mittelmeerfeldgrille Gryllus bimaculatus de Geer

Das Vorkommen von Häutungshormonen in adulten Insekten, insbesondere solcher, die eine lange Imaginalphase durchlaufen, wirft die Frage nach der Regulation der Ecdysteroidsynthese außerhalb der Prothorakaldrüse auf. Unter diesem Gesichtspunkt kann Gryllus bimaculatus mit einem ausgesprochen langen Adultstadium und rapiden zeitlichen Veränderungen des Ecdysontiters als ein geeignetes Versuchsobjekt angesehen werden.Der vorliegenden Dissertation liegt die Arbeitshypothese zugrunde, daß die Ecdysteroid-Synthese bzw. Sekretion von Adultgeweben in männlichen Imagines der Mittelmeerfeldgrille durch Neuropeptide hormonell reguliert wird. Als Quelle für die Ecdysteroidsynthese wurde auf Grund immunohistochemischer Befunde sowie der Ergebnisse von Sekretionsprofil-Analysen unter anderem die Oenocyten in Betracht gezogen.Zur Überprüfung dieser Hypothese wurde ein in vitro Bioassay entwickelt, der es ermöglichte, die Wirkung von extrahierten Substanzen auf die Hormonsynthese mittels RIA/HPLC zu bestimmen. Aus Köpfen adulter G. bimaculatus ließen sich durch HP-SEC Faktoren isolieren, die die Ecdysteroidsekretion in Oenocyten und Tergiten stimulierten, die aber keinen Einfluß auf die Hormonsekretion von Fettgewebe sowie der Prothorakaldrüsen hatten. Die Wirkung des aufgereinigten Extraktes in Oenocyten war zeit- und dosis-abhängig. Die ecdysiotropen Faktoren besaßen ein Molekulargewicht zwischen 26,5 und 30 kDa. Die Größe der Molmasse der ecdysiotropen Faktoren entsprach somit bei adulten männlichen Grillen etwa dem des Neurohormons PTTH bei Lepidopteren. Dennoch zeigten Antikörper, die gegen PTTH von Bombyx mori gerichtet waren im Western-Blot keine Bindung an Gryllus bimaculatus Kopfextrakte. Die Sekretionsprodukte von Oenocyten, die mit Ecdysiotropinen behandelt waren, wurden durch RP- und NP-HPLC identifiziert. Es konnten zwei zusätzliche Peaks neben einem deutlichen Anstieg von 20-Hydroxyecdyson nachgewiesen werden. Auf Grund identischer Retentionszeiten mit Referenzsubstanzen handelt es sich bei einem Peak vermutlich um Makisteron A.Obwohl die Applikation von Azadirachtin in G. bimaculatus zu einer Senkung des Hämolymph-Ecdysteroidgehalts führte, konnte keine Anreicherung von Ecdysiotropinen erzielt werden.Die die Ecdysteroidsekretion-beeinflussenden Faktoren waren resistent gegen Kochen und Alkylierung aber nicht stabil gegen Reduzierung durch DTT und Behandlung mit Neuramidase. Damit konnte gezeigt werden, daß das Vorhandensein von Disulfidbrücken und Oligosaccharidketten für die biologische Aktivität notwendig ist.Die Aminosäuresequenz-Analyse und der enzymatische Verdau der stimulierenden Faktoren durch Exopeptidasen wiesen auf geschützte N- und C-Termini hin. Ferner wurden einige interne Peptidfragmente von fünf Proteinbanden sequenziert, die keine Homologie zu bereits bekannten regulatorischen Neuropeptiden zeigten. Als einziges bekanntes Protein aus diesem Bereich konnte das „14-3-3-like Protein“ mit Hilfe MALDI-MS identifiziert werden.Die Stimulierung der Ecdysteroidsekretion in Oenocyten von G. bimaculatus durch Oenocyten-stimulierende Faktoren (OSF) aus Kopfextrakten konnte mittels Signalstoff-Effektoren in vitro nachgeahmt werden. Außerdem wurde mit Hilfe eines RRA nachgewiesen, daß der intrazelluläre cAMP-Spiegel von Oenocyten durch OSF erhöht wird. Daraus kann geschlossen werden, daß cAMP als „Second Messenger“ an der Wirkung der OSF beteiligt ist. Calcium-Ionen schienen für die Ecdysteroidsekretion notwendig zu sein. Allerdings führte eine artifizielle Erhöhung der intrazellulären Calcium-Konzentration durch das Ionophor Ionomycin zu einer Hemmung der Sekretion. Schließlich wird ein Modell zur Erklärung des Wirkmechanismus von OSF in Gryllus bimaculatus postuliert und diskutiert.

Untersuchungen zur Funktion und Regulation der Rezeptor-Tyrosin-Phosphatase RPTPlambda bei der Entwicklung des Mittel- und Hinterhirns

Der isthmische Organisator liegt an der Grenze zwischen dem sich entwickelnden Mittel- und Hinterhirn und kontrolliert Wachstum und Musterbildung dieser beiden Hirnregionen. In der vorliegenden Arbeit wird die räumliche und zeitliche Expression der Rezeptor-ähnlichen Protein Tyrosin Phosphatase lambda aus dem Huhn (cRPTPλ, auch als cRPTPψ bekannt) während der Entwicklung dieser Struktur beschrieben. Nach einer anfänglich weitläufigen Expression im kaudalen Vorderhirn und in der Mittelhirnregion, beschränkt sich die Expression von cRPTPλ zwischen dem embryonalen Tag E2 und E3.5 auf die ventrale Mittellinie des Neuralrohrs, den Bereich der späteren neuralen Retina und Linse und auf einen schmalen Ring anterior der isthmischen Einschnürung, welcher der molekularen Mittel- / Hinterhirngrenze (MHO) entspricht. Ab dem embryonalen Tag E3.5 wird RPTPλ dann auch im gesamten Mittelhirn gebildet. Um Hinweise auf die Funktion von cRPTPλ zu bekommen, wurde die Regulation dieses Moleküls untersucht. Die Expression von cRPTPλ am MHO wird von dem Fibroblasten Wachstumsfaktor Fgf8 und dem Transkriptionsfaktor Lmx1b, nicht aber von dem sezernierten Glykoprotein Wnt1 induziert. Der Transkriptionsfaktor En-1 unterdrückt die Expression von cRPTPλ am MHO. cRPTPλ-Expression im Mittelhirn wird negativ durch das sezernierte Protein Sonic Hedgehog reguliert, während Lmx1b und En-1 dort keinen Einfluss auf das Expressionsmuster von cRPTPλ haben. Fgf8 und Wnt1 sind maßgeblich an der Regulation von Wachstum und Musterbildung des embryonalen Mittelhirns beteiligt. Funktionelle Studien zu RPTPλ deuten darauf hin, dass dieses Protein als negativer Rückkopplungsmechanismus beider Signalwege wirken kann. RNAi- und Überexpressionsstudien am MHO lieferten Hinweise darauf, dass RPTPλ der Induktion der Wnt1-Expression durch Fgf8 entgegenwirkt. Dies scheint durch Interaktion noch unbekannter Faktoren mit der Juxtamembrandomäne von RPTPλ vermittelt zu werden. Auf das Expressionsmuster von Fgf8 selbst, oder einer Reihe anderer Faktoren, die ebenfalls von Fgf8 reguliert werden, hat RPTPλ allerdings keinen Einfluss. Des Weiteren konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass eine „künstliche“ Aufrechterhaltung der Expression von cRPTPλ im Mittelhirn zwischen dem embryonalen Tag E2 und E3.5 zu einem stark verkleinerten Mesenzephalon führt. RPTPλ bindet in vivo an β-Catenin, ein zentrales Protein des kanonischen Wnt-Signalweges, und moduliert dadurch vermutlich das Wnt-Signal, welches seinerseits Proliferation im Mesenzephalon fördert. Durch diesen Mechanismus könnte cRPTPλ als „Bremse“ des kanonischen Wnt-Signalweges im Mittelhirn wirken.

Charakterisierung spezieller pflanzlicher Gamma-Tubulin-Sequenzbereiche und Detektion potentieller Interaktionspartner mittels Yeast-two-Hybrid-System

Mitotische und postmitotische Vorgänge pflanzlicher Zellen basieren auf der Funktion von Mikrotubuli. Es liegen nur wenige gesicherte Erkenntnisse zur Organisation dieser Multifunktionalität vor. Eine zentrale Bedeutung wird bei der Nukleation der Mikrotubuli an MTOCs durch γ-Tubulin zugeschrieben. Deren Zusammenlagerung an MTOCs ist jedoch noch nicht richtig verstanden. Domänen, die an der Proteinoberfläche exponiert werden, könnten in Interaktionen involviert sein. Hier werden im Besonderen der γ-A und γ-B-Peptivmotiv diskutiert. Es wurde das γ-A- und γ-B-Peptidmotiv des γ-Tubulins hinsichtlich einer Konservierung innerhalb des Pflanzenreiches untersucht. Die beiden Bereiche sind bei den grünen Landpflanzen stark konserviert. Sie divergieren stark zu den einzelligen Grünalgen Chlamydomonas reinhardtii und Chlorella spec. Es wurden daher in der bestehenden phylogentischen Lücke weitere Organismen hinsichtlich des γ-A und γ-B Peptidmotivs untersucht. Auswahlkriterien der Organismen waren Ein-/Mehrzelligkeit, Besitz/Abwesenheit von Centriolen und Besitz/Abwesenheit von Geißeln. Des weiteren wurde mit verschiedenen γ-Tubulin-Konstrukten um das γ-A- und γ-B-Peptidmotiv, gewonnen aus Nicotiana tabacum (BY2) mittels Y2H-System nach Interaktionspartnern gesucht. Bei den Sequenzuntersuchungen des γ-A- und γ-B-Peptidmotivs konnte festgestellt werden, dass die Konservierung innerhalb der Streptophytenlinie erfolgt. Interessant erweist sich die Tatsache, dass dieses Motiv bei den Jochalgen, welche ebenfalls den Streptophyten angehören, nur im γ-A-Peptidmotiv auftritt. Es besteht die Möglichkeit, dass die beiden potentiellen Interaktionspartner verschiedene Proteine als Interaktions-partner besitzen. Durch eine Anwendung eines auf dem GAL4-Protein basierenden Y2H-Systems mit vier unterschiedlichen Konstrukten des γ-Tubulin-A/B-Peptidbereichs als Köder-konstrukt und einer cDNA-Bibliothek als Beutekonstrukt, wurden diverse Sequenzen identifiziert. Identifiziert wurden das Poly(A)-Bindeprotein, Glycerin-aldehyd-3-phosphatdehydrogenase, die S-adenosyl-L-methionine-Synthetase, diverse Proteasom-Untereinheiten, eine sekretorische Peroxidase, eine Ascorbat-Peroxidase, die NtPOX1-Peroxidase und verschiedene Peroxidasen aus Nicotiana tabacum, Sequenzen des Chloroplastengenoms, ein Myosin-ähnliches Protein und eine Sequenz auf dem 5. Chromosom des Medicago truncatula-Klons mth2-16f8 und diverse humane Sequenzen der Proteine DKFZp68 und DKFZp77. Die Ergebnisse weisen auf eine komplexe Funktionsweise der unterschiedlichen Komponenten des pflanzlichen Cytoskeletts und des γ-Tubulins hin. Zur Aufklärung müsste dies in Zukunft mittels anderer genetischer, biochemischer oder funktioneller Methoden untersucht werden. Hypothesen über Interaktionen der Cytoskelettkomponenten können wahrscheinlich nicht allein durch die Anwendung des Y2H-Systems aufgeklärt werden.

Charakterisierung der Proteine CEP164 und ppdpf sowie deren Einordnung in den mitotischen Kontext

Eine regelgerechte bipolare Mitose und die fehlerfreie Aufteilung duplizierter DNA ist die Voraussetzung für die Entwicklung aller Lebewesen. Treten Fehler bei diesem grundsätzlichen Prozess auf, ist entweder der Zelltod oder die maligne Entartung der Zelle die Folge. Daher ist es von zentraler Bedeutung, die Vorgänge während der Zellteilung zu verstehen und die Funktion der an diesem Prozess beteiligten Proteine aufzudecken. Im Vorfeld dieser Arbeit wurden im Rahmen eines siRNA-Screens genomweit alle Proteine durch RNA-Interferenz depletiert und die Mitosen nach erfolgter RNAi phänotypisch untersucht. Ein besonderes Augenmerk lag dabei auf der Entwicklung multipolarer Spindeln durch Defekte in der Zentrosomenbündelung. Dadurch wurden unter anderem die Proteine CEP164 und ppdpf identifiziert. Da weder für CEP164 noch für ppdpf mitotische Funktionen bekannt sind, war es Ziel dieser Arbeit, die beiden Proteine eingehender zu charakterisieren und in den Kontext der Mitose einzuordnen. rnIm Rahmen der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass CEP164 einer komplexen mitotischen Regulation unterliegt. Die in Interphase durchweg zentrosomale Lokalisation von CEP164 geht in der Mitose verloren. Es wird demonstriert, dass CEP164 während der Mitose unter anderem von CDK1 phosphoryliert wird und des Weiteren ubiquitinyliert wird. Als Interaktionspartner wurde das zentrosomale Protein Ninein identifiziert und demonstriert, dass sich CEP164 mit diesem in einem Komplex von ~2MDA befindet. Als weiterer Interaktionspartner wurde das Ninein-like-Protein ermittelt. Im Hinblick auf die Induktion multipolarer Mitosen wurde gezeigt, dass die Depletion von CEP164 nicht dafür verantwortlich ist. Die Induktion multipolarer Spindeln ist stattdessen darin begründet, dass durch die Transfektion einer siRNA gegen CEP164 auch ein für die Ausbildung der mitotischen Spindel elementares Protein, Ch-TOG, depletiert wird.rnIm Gegensatz dazu wurde im Rahmen dieser Arbeit bestätigt, dass das Protein ppdpf eine wichtige mitotische Funktion übernimmt. Zwar führt die Depletion von ppdpf nur zu einer sehr geringen Zunahme multipolarer Mitosen, allerdings steigt die Zahl aberranter Mitosen deutlich an, während die Spannung innerhalb mitotischer Spindeln abnimmt. Desweiteren konnte nachgewiesen werde, dass ppdpf-RNAi die Entwicklung von „lagging chromosomes“ und nachfolgend von Mikrokernen begünstigt. Es wurde gezeigt, dass ppdpf während der Mitose an Spindelmikrotubuli lokalisiert und spezifisch acetyliertes Tubulin bindet. Diese Interaktion hatte allerdings keinen Einfluss auf die Stabilität von Mikrotubuli während der Mitose. Das Protein ppdpf interagiert zudem mit dem Kinesin Eg5, wobei ppdpf-RNAi allerdings nicht zu einer Modulation der Aktivität von Eg5 zu führen scheint. Inwiefern diese Eigenschaften die Entwicklung von „lagging chromosomes“ begünstigen ist derzeit noch offen.

Charakterisierung und Expression zweier multimerer Hämolympheproteine der Schnecke Biomphalaria glabrata

Die tropische Süsswasserschnecke Biomphalaria glabrata gehört zu der Familie der Planorbidae, welche als einziges Taxon der Gastropoden Hämoglobin als Sauerstofftransportprotein verwenden. Als Zwischenwirt des Bilharzioseerregers Schistosoma mansoni ist B. glabrata von tropenmedizinischer Interesse. Das extrazelluläre BgHb zeigt sich mit einem Anteil von 95% als Hauptprotein in der Hämolymphe. Dieses setzt sich aus Polypeptidketten mit je 240kDa zusammen. Diese wiederrum lassen sich in 13-Häm-Domänen und eine deutlich kleinere N-terminalen nicht Häm-Domäne untergliedern. Die Sequenzierung von zwei der drei Untereinheiten des BgHb (BgHb1, BgHb2) ermöglichte die rekombinante Expression ganzer Untereinheiten in Insektenzellen, und die Expression einiger BgHb2-Konstrukte in E. coli Zellen. Im Rahmen meiner Arbeit gelang es, BgHb1 in biologisch aktiver Form in Insektenzellen zu exprimieren. Das aus dem Überstand der Insektenzellen aufgereinigte rekombinante BgHb1 zeigte eine immunologische Identität mit nativen BgHb. Strukturelle Analysen belegten zudem die Assemblierung des rekombinanten BgHb1 zu einer dem nativen Protein gleichenden Quartärstruktur. Demnach konnte in meiner Arbeit der Nachweis erbracht werden, dass eine einzelne Isoform in der Lage ist, zur Quartärstruktur zu assemblieren. Zusätzlich ergaben Sauerstoffbindungsanalysen, dass das rekombinante BgHb1 reversibel Sauerstoff binden kann.rnIn den restlichen 5% der B. glabrata Hämolymphe zeigt sich ein rudimentäres Hämocyanin, welches für den Sauerstofftransport keine Rolle zu spielen scheint, und ein rosettenförmiges Protein, das es aufzuklären galt. Durch massenspektrometrische Analysen erhaltene Peptidfragmente zeigten eine hohe Sequenzähnlichkeit zu den löslichen Acetylcholin -Bindeproteinen anderer Mollusken. Diese AChBP zeigen eine hohe Sequenzähnlichkeit zur Ligandenbindedomäne von Rezeptoren der Cys-Loop-Proteinfamilie.rnDatenbankrecherchen deckten die Existenz zweier Isoformen auf

The effect of high-energy extracorporeal shock waves on hyaline cartilage of adult rats in vivo

The aim of this study was to determine if extracorporeal shock wave therapy (ESWT) in vivo affects the structural integrity of articular cartilage. A single bout of ESWT (1500 shock waves of 0.5 mJ/mm(2)) was applied to femoral heads of 18 adult Sprague-Dawley rats. Two sham-treated animals served as controls. Cartilage of each femoral head was harvested at 1, 4, or 10 weeks after ESWT (n = 6 per treatment group) and scored on safranin-O-stained sections. Expression of tenascin-C and chitinase 3-like protein 1 (Chi3L1) was analyzed by immunohistochemistry. Quantitative real-time polymerase chain reaction (PCR) was used to examine collagen (II)alpha(1) (COL2A1) expression and chondrocyte morphology was investigated by transmission electron microscopy no changes in Mankin scores were observed after ESWT. Positive immunostaining for tenascin-C and Chi3L1 was found up to 10 weeks after ESWT in experimental but not in control cartilage. COL2A1 mRNA was increased in samples 1 and 4 weeks after ESWT. Alterations found on the ultrastructural level showed expansion of the rough-surfaced endoplasmatic reticulum, detachment of the cell membrane and necrotic chondrocytes. Extracorporeal shock waves caused alterations of hyaline cartilage on a molecular and ultrastructural level that were distinctly different from control. Similar changes were described before in the very early phase of osteoarthritis (OA). High-energy ESWT might therefore cause degenerative changes in hyaline cartilage as they are found in initial OA.

The venom composition of the parasitic wasp Chelonus inanitus resolved by combined expressed sequence tags analysis and proteomic approach

Background Parasitic wasps constitute one of the largest group of venomous animals. Although some physiological effects of their venoms are well documented, relatively little is known at the molecular level on the protein composition of these secretions. To identify the majority of the venom proteins of the endoparasitoid wasp Chelonus inanitus (Hymenoptera: Braconidae), we have randomly sequenced 2111 expressed sequence tags (ESTs) from a cDNA library of venom gland. In parallel, proteins from pure venom were separated by gel electrophoresis and individually submitted to a nano-LC-MS/MS analysis allowing comparison of peptides and ESTs sequences. Results About 60% of sequenced ESTs encoded proteins whose presence in venom was attested by mass spectrometry. Most of the remaining ESTs corresponded to gene products likely involved in the transcriptional and translational machinery of venom gland cells. In addition, a small number of transcripts were found to encode proteins that share sequence similarity with well-known venom constituents of social hymenopteran species, such as hyaluronidase-like proteins and an Allergen-5 protein. An overall number of 29 venom proteins could be identified through the combination of ESTs sequencing and proteomic analyses. The most highly redundant set of ESTs encoded a protein that shared sequence similarity with a venom protein of unknown function potentially specific of the Chelonus lineage. Venom components specific to C. inanitus included a C-type lectin domain containing protein, a chemosensory protein-like protein, a protein related to yellow-e3 and ten new proteins which shared no significant sequence similarity with known sequences. In addition, several venom proteins potentially able to interact with chitin were also identified including a chitinase, an imaginal disc growth factor-like protein and two putative mucin-like peritrophins. Conclusions The use of the combined approaches has allowed to discriminate between cellular and truly venom proteins. The venom of C. inanitus appears as a mixture of conserved venom components and of potentially lineage-specific proteins. These new molecular data enrich our knowledge on parasitoid venoms and more generally, might contribute to a better understanding of the evolution and functional diversity of venom proteins within Hymenoptera.

Mitochondrial preprotein translocase of trypanosomatids has a bacterial origin

Mitochondria are found in all eukaryotic cells and derive from a bacterial endosymbiont [1, 2]. The evolution of a protein import system was a prerequisite for the conversion of the endosymbiont into a true organelle. Tom40, the essential component of the protein translocase of the outer membrane, is conserved in mitochondria of almost all eukaryotes but lacks bacterial orthologs [3-6]. It serves as the gateway through which all mitochondrial proteins are imported. The parasitic protozoa Trypanosoma brucei and its relatives do not have a Tom40-like protein, which raises the question of how proteins are imported by their mitochondria [7, 8]. Using a combination of bioinformatics and in vivo and in vitro studies, we have discovered that T. brucei likely employs a different import channel, termed ATOM (archaic translocase of the outer mitochondria! membrane). ATOM mediates the import of nuclear-encoded proteins into mitochondria and is essential for viability of trypanosomes. It is not related to Tom40 but is instead an ortholog of a subgroup of the 0mp85 protein superfamily that is involved in membrane translocation and insertion of bacterial outer membrane proteins [9]. This suggests that the protein import channel in trypanosomes is a relic of an archaic protein transport system that was operational in the ancestor of all eukaryotes.

Transforming growth factor-beta inhibits the expression of clock genes

Disturbances of sleep-wake rhythms are an important problem in Alzheimer's disease (AD). Circadian rhythms are regulated by clock genes. Transforming growth factor-beta (TGF-β) is overexpressed in neurons in AD and is the only cytokine that is increased in cerebrospinal fluid (CSF). Our data show that TGF-β2 inhibits the expression of the clock genes Period (Per)1, Per2, and Rev-erbα, and of the clock-controlled genes D-site albumin promoter binding protein (Dbp) and thyrotroph embryonic factor (Tef). However, our results showed that TGF-β2 did not alter the expression of brain and muscle Arnt-like protein-1 (Bmal1). The concentrations of TGF-β2 in the CSF of 2 of 16 AD patients and of 1 of 7 patients with mild cognitive impairment were in the dose range required to suppress the expression of clock genes. TGF-β2-induced dysregulation of clock genes may alter neuronal pathways, which may be causally related to abnormal sleep-wake rhythms in AD patients.

Immuno-detection of anthrose containing tetrasaccharide in the exosporium of Bacillus anthracis and Bacillus cereus strains

AIMS: Bacillus anthracis strains of various origins were analysed with the view to describe intrinsic and persistent structural components of the Bacillus collagen-like protein of anthracis glycoprotein associated anthrose containing tetrasaccharide in the exosporium. METHODS AND RESULTS: The tetrasaccharide consists of three rhamnose residues and an unique monosaccharide--anthrose. As anthrose was not found in spores of related strains of bacteria, we envisioned the detection of B. anthracis spores based on antibodies against anthrose-containing polysaccharides. Carbohydrate-protein conjugates containing the synthetic tetrasaccharide, an anthrose-rhamnose disaccharide or anthrose alone were employed to immunize mice. All three formulations were immunogenic and elicited IgG responses with different fine specificities. All sera and monoclonal antibodies derived from tetrasaccharide immunized mice cross-reacted not only with spore lysates of a panel of virulent B. anthracis strains, but also with some of the B. cereus strains tested. CONCLUSIONS: Our results demonstrate that antibodies to synthetic carbohydrates are useful tools for epitope analyses of complex carbohydrate antigens and for the detection of particular target structures in biological specimens. SIGNIFICANCE AND IMPACT OF THE STUDY: Although not strictly specific for B. anthracis spores, antibodies against the tetrasaccharide may have potential as immuno-capturing components for a highly sensitive spore detection system.

Evidence that the novel receptor FGFRL1 signals indirectly via FGFR1

Fibroblast growth factor (FGF) receptor-like protein 1 (FGFRL1) is a recently discovered member of the FGF receptor (FGFR) family. Similar to the classical FGFRs, it contains three extracellular immunoglobulin-like domains and interacts with FGF ligands. However, in contrast to the classical receptors, it does not contain any intracellular tyrosine kinase domain and consequently cannot signal by transphosphorylation. In mouse kidneys, FgfrL1 is expressed primarily at embryonic stages E14-E15 in regions where nascent nephrons develop. In this study, we used whole-mount in situ hybridization to show the spatial pattern of five different Fgfrs in the developing mouse kidney. We compared the expression pattern of FgfrL1 with that of other Fgfrs. The expression pattern of FgfrL1 closely resembled that of Fgfr1, but clearly differed from that of Fgfr2‑Fgfr4. It is therefore conceivable that FgfrL1 signals indirectly via Fgfr1. The mechanisms by which FgfrL1 affects the activity of Fgfr1 remain to be elucidated.

Molecular epidemiology of vancomycin-resistant Enterococcus faecium: a prospective, multicenter study in South American hospitals.

Enterococcus faecium has emerged as an important nosocomial pathogen worldwide, and this trend has been associated with the dissemination of a genetic lineage designated clonal cluster 17 (CC17). Enterococcal isolates were collected prospectively (2006 to 2008) from 32 hospitals in Colombia, Ecuador, Perú, and Venezuela and subjected to antimicrobial susceptibility testing. Genotyping was performed with all vancomycin-resistant E. faecium (VREfm) isolates by pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) and multilocus sequence typing. All VREfm isolates were evaluated for the presence of 16 putative virulence genes (14 fms genes, the esp gene of E. faecium [espEfm], and the hyl gene of E. faecium [hylEfm]) and plasmids carrying the fms20-fms21 (pilA), hylEfm, and vanA genes. Of 723 enterococcal isolates recovered, E. faecalis was the most common (78%). Vancomycin resistance was detected in 6% of the isolates (74% of which were E. faecium). Eleven distinct PFGE types were found among the VREfm isolates, with most belonging to sequence types 412 and 18. The ebpAEfm-ebpBEfm-ebpCEfm (pilB) and fms11-fms19-fms16 clusters were detected in all VREfm isolates from the region, whereas espEfm and hylEfm were detected in 69% and 23% of the isolates, respectively. The fms20-fms21 (pilA) cluster, which encodes a putative pilus-like protein, was found on plasmids from almost all VREfm isolates and was sometimes found to coexist with hylEfm and the vanA gene cluster. The population genetics of VREfm in South America appear to resemble those of such strains in the United States in the early years of the CC17 epidemic. The overwhelming presence of plasmids encoding putative virulence factors and vanA genes suggests that E. faecium from the CC17 genogroup may disseminate in the region in the coming years.

Long-term synaptic facilitation of tail sensorimotor connections in {\it Aplysia\/}

Long-term sensitization in Aplysia is a well studied model for the examination of the cellular and molecules mechanisms of long-term memory. Several lines of evidence suggest long-term sensitization is mediated at least partially by long-term synaptic facilitation between the sensory and motor neurons. The sensitization training and one of its analogues, serotonin (5-HT), can induce long-term facilitation. In this study, another analogue to long-term sensitization training has been developed. Stimulation of peripheral nerves of pleural-pedal ganglia preparation induced long-term facilitation at both 24 hr and 48 hr. This is the first report that long-term facilitation in Aplysia persists for more than 24 hr, which is consistent with the observation that long-term sensitization lasts for more than one day. Thus, the data support the hypothesis that long-term facilitation is an important mechanism for long-term sensitization.^ One of the major differences between short-term and long-term facilitation is that long-term facilitation requires protein synthesis. Therefore, the effects of anisomycin, a protein synthesis inhibitor, on long-term facilitation was examined. Long-term facilitation induced by nerve stimulation was inhibited by 2 $\mu$M anisomycin, which inhibits $\sim$90% of protein synthesis. Nevertheless, at higher concentration (20 $\mu$M), anisomycin induced long-term facilitation by itself, which raises an interesting question about the function of anisomycin other than protein synthesis inhibition.^ Since protein synthesis is critical for long-term facilitation, a major goal is to identify and functionally characterize the molecules whose mRNA levels are altered during the formation of long-term facilitation. Behavioral training or its analogues (nerve stimulation and 5-HT) increases the level of mRNA of calmodulin (CaM). Thus, the role of Ca$\sp{2+}$-CaM-dependent protein kinase II (CaMKII), a major substrate of CaM, in long-term facilitation induced by nerve stimulation was examined. KN-62, a specific CaMKII inhibitor, did not block either the induction or the maintenance of long-term facilitation induced by nerve stimulation. These data indicate that CaMKII may not be involved in long-term facilitation. Another protein whose mRNA level of a molecule was increased by the behavioral training and the treatment of 5-HT is Aplysia tolloid/BMP-1-like protein 1 (apTBL-1). Tolloid in Drosophila and BMP-1 in human tissues are believed to be secreted as a metalloprotease to activate TGF-$\beta.$ Thus, the long-term effects of recombinant human TGF-$\beta1$ on synaptic strength were examined. Treatment of ganglia with TGF-$\beta1$ produced long-term facilitation, but not short-term or intermediate-term facilitation ($\le$4 hr). In addition, TGF-$\beta1$ and 5-HT were not additive in producing long-term facilitation, which indicates an interaction between two cascades. Moreover, 5-HT-induced facilitation (at both 24 hr and 48 hr) and nerve stimulation-induced facilitation (at 24 hr) were inhibited by TGF-$\beta$ sRII, a TGF-$\beta$ inhibitor. These results suggest that TGF-$\beta$ is part of the cascade of events underlying long-term sensitization, and also indicate that a signaling molecule used in development may also have functions in adult neuronal plasticity. ^

Regulatory factors and control of anthrax toxin gene expression

Bacillus anthracis plasmid pXO1 carries genes for three anthrax toxin proteins, pag (protective antigen), cya (edema factor), and lef (lethal factor). Expression of the toxin genes is enhanced by two signals: CO$\sb2$/bicarbonate and temperature. The CO$\sb2$/bicarbonate effect requires the presence of pXO1. I hypothesized that pXO1 harbors a trans-acting regulatory gene(s) required for CO$\sb2$/bicarbonate-enhanced expression of the toxin genes. Characterization of such a gene(s) will lead to increased understanding of the mechanisms by which B. anthracis senses and responds to host environments.^ A regulatory gene (atxA) on pXO1 was identified. Transcription of all three toxin genes is decreased in an atxA-null mutant. There are two transcriptional start sites for pag. Transcription from the major site, P1, is enhanced in elevated CO$\sb2$. Only P1 transcripts are significantly decreased in the atxA mutant. Deletion analysis of the pag upstream region indicates that the 111-bp region upstream of the P1 site is sufficient for atxA-mediated increase of this transcript. The cya and lef genes each have one apparent transcriptional start site. The cya and lef transcripts are significantly decreased in the atxA mutant. The atxA mutant is avirulent in mice. The antibody response to all three toxin proteins is significantly decreased in atxA mutant-infected mice. These data suggest that the atxA gene product activates expression of the toxin genes and is essential for virulence.^ Since expression of the toxin genes is dependent on atxA, whether increased toxin gene expression in response to CO$\sb2$/bicarbonate and temperature is associated with increased atxA expression was investigated. I monitored steady state levels of atxA mRNA and AtxA protein in different growth conditions. The results indicate that expression of atxA is not influenced by CO$\sb2$/bicarbonate. Steady state levels of atxA mRNA and AtxA protein are higher at 37$\sp\circ$C than 28$\sp\circ$C. However, increased pag expression at high temperature can not be attributed directly to increased atxA expression.^ There is evidence that an additional factor(s) may be involved in regulation of pag. Expression of pag in strains overproducing AtxA is significantly decreased compared to the wildtype strain. A specific interaction of tagged-AtxA with the pag upstream DNA has not been demonstrated. Furthermore, four proteins in B. anthracis extract can be co-immunoprecipitated with tagged-AtxA. Amino-terminal sequence of one protein has been determined and found highly homologous to chaperonins of GroEL family. Studies are under way to determine if this GroEL-like protein interactions with AtxA and plays any role in atxA-mediated activation of toxin genes. ^