Two isoforms of anti-lipopolysaccharide factors identified and characterized from the hemocytes of portunid crabs, Portunus pelagicus and Scylla tranquebarica

Anti-lipopolysaccharide factors (ALFs), a type of cationic antimicrobial peptides (AMPs), and their derivatives are becoming predominant candidates for potential drugs in viral and bacterial diseases. This study reports the first ALF from the mud crab Scylla tranquebarica (StALF, JQ899453) and the second ALF isoform from the blue swimmer crab Portunus pelagicus (PpALF2, JQ899452). Both sequences encoded for precursor molecules, starting with a signal peptide containing 26 amino acid residues, followed by a highly cationic mature peptide, containing two conserved cysteine residues flanking a putative lipopolysaccharide (LPS)-binding domain. BLAST analysis revealed that both PpALF2 and StALF exhibited significant similarity with crustacean ALF sequences. The predicted molecular mass of the mature ALFs was 11.2 kDa with an estimated pI of 10.0. PpALF2 and StALF also showed the typical pattern of alternating hydrophobic and hydrophilic residues in their putative disulphide loop, suggesting that they comprise the same functional domain. Phylogenetic analysis showed that PpALF2 and StALF have similar evolutionary status and they were phylogenetically ancient immune effector molecules which may play an essential role in the host defense mechanism. The spatial structures of PpALF2 and StALF possessed four beta-strands and two alpha-helices. The results indicated that there were more than one ALF involved in crab immunity against various pathogens. ALFs would provide candidate promising therapeutic or prophylactic agents in health management and diseases control in crustacean aquaculture

In vitro characterization of two small nucleolytic ribozymes-the hairpin and the hammerhead ribozymes in their natural context

Hairpin Ribozyme kommen natürlich in den Minussträngen der Satelliten RNAs dreier Pflanzenviren (sTRsV, sArMV and sCYMoV) vor. In dieser Arbeit wurden mit dem Programm Mfold darin mehrere distinkte Sekundärstrukturelemente gefunden, die außerhalb des katalytischen Zentrums der Ribozyme lokalisieren. Verschiedene Varianten der drei Ribozyme wurden hergestellt und die Funktion der beobachteten peripheren Strukturelemente biochemisch untersucht. Die sTRsV Hairpin Ribozyme mit unterschiedlichen Längen in Arm C wiesen ähnliche cis-Spaltungsreaktionen auf, unabhängig von der Anzahl interner bulges in Arm C. Das gleiche Verhalten, jedoch bei schnelleren Spaltungsraten, wurde nach Entfernen der three-way junction, die 3’ von der Spaltstelle in Arm A liegt, beobachtet. Hier hat Arm C demnach keinen Einfluss auf die Katalyse, wogegen ein verlängerter Arm A die Reaktion verlangsamt. Unter den experimentellen Bedingungen war die Rückreaktion in Anwesenheit des natürlichen Arms A nicht messbar. Im Gegensatz dazu zeigten alle Varianten ohne die Arm A Erweiterung Ligationsaktivität, die am höchsten in dem Molekül mit dem längsten Arm C war, und gleichermaßen erniedrigt für zwei Varianten mit kürzerem Arm C. Keine der Reaktionen diverser sArMV Hairpin Ribozyme konnte reproduzierbar analysiert werden. Für das sCYMoV Hairpin Ribozym wurde schließlich in cis-Spaltungsreaktionen eine Zunahme der Geschwindigkeit mit Abnahme der Länge von Arm D beobachtet. Dies war der Fall in Anwesenheit der three-way junction in Arm A, nicht jedoch in ihrer Abwesenheit, wo Varianten mit unterschiedlichen Längen des Arms D ähnliche Spaltungsreaktionen aufwiesen. In Anwesenheit der three-way junction in Arm A war eine Reduzierung der Ligationsgeschwindigkeit zu beobachten, und bei ihrer Abwesenheit stieg diese mit der Länge von Arm D. Dies zeigt, dass sowohl die three-way junction in Arm A, als auch die Länge und Anzahl der bulges in Arm D die Reaktion des Hairpin Ribozyms aus sCYMoV beeinflussen, wobei sich Unterschiede in Vorwärts- und Rückreaktion auf die experimentellen Bedingungen zurückführen lassen. In zwei Serien wurde die zentrale five-way junction dieses Ribozyms durch verschiedene four-way junctions ersetzt. Die kinetischen Parameter der Selbstspaltung waren ähnlich für Varianten ohne Arm E auf, jedoch verlangsamt bei Varianten ohne Arm C. Dies zeigt, dass das sCYMoV Hairpin Ribozym auch um eine four-way junction gebildet werden kann, deren konstituierenden Helices jedoch nicht beliebig sind. In einem zweiten Projekt wurde die Konservierung von Hammerhead Ribozym-motiven, die bereits früher im Genom der Brassicacee A. thaliana gefunden worden waren, exemplarisch an zehn Mitgliedern dieser Familie untersucht. Da deren Genome nicht sequenziert sind, wurde PCR mit Primern angewandt, die für die A. thaliana Motive spezifisch waren. Damit konnten Ribozymmotive in allen untersuchten Brassicaceen außer B. nigra and B. oleracea gefunden werden. Diese gehören zu den sechs Brassica Pflanzen, für die der koreanische Botaniker U 1935 im “triangle of U” die genetische Verwandtschaft beschrieb. Darin ist B. carinata, für die Ribozymmotive gezeigt wurden, die Tochterspezies der Brassica Pflanzen ohne diese Motive. Dieser Widerspruch könnte darauf zurückzuführen sein, dass in der PCR unspezifische Primer genutzt wurden, oder aber die Motive aus B. carinata könnten ein Artefakt aus einer Luft-übertragenen Kontamination sein. Technische Schwierigkeiten in der Durchführung von Southern Blots, mit denen zwischen diesen Möglichkeiten unterschieden werden sollte, haben eine abschließende Antwort verhindert. Nach einer Optimierung der Methode sollte diese aber geeignet sein, diese Frage zu klären.

Identifizierung und funktionelle Charakterisierung neuer A-Kinase-Ankerproteine (AKAPs) im Modellorganismus C. elegans

In dieser Arbeit sollten neue Interaktionspartner der regulatorischen Untereinheit (R-UE) der Proteinkinase A (PKA) und des Modellorganismus C. elegans identifiziert und funktionell charakterisiert werden. Im Gegensatz zu Säugern (vier Isoformen), exprimiert der Nematode nur eine PKA-R-Isoform. Mittels in silico Analysen und so genannten „Pulldown“ Experimenten, wurde insbesondere nach A Kinase Ankerproteinen (AKAP) in C. elegans gesucht. Aus in silico Recherchen resultiert das rgs5 Protein als mögliches Funktionshomolog des humanen AKAP10. Rgs5 enthält eine potenzielle, amphipathische Helix (AS 421-446, SwissProt ID A9Z1K0), die in Peptide-SPOT-Arrays (durchgeführt im Biotechnologie Zentrum in Oslo, AG Prof. K. Taskén) eine Bindung an RI und RII-UE zeigt. Eine ähnliche Lokalisation von rgs5 und hAKAP10 in der Zelle, sowie vergleichende BRET² Studien, weisen auf eine mögliche Funktionshomologie zwischen AKAP10 und rgs5 hin. Die hier durchgeführten Analysen deuten darauf hin, dass es sich bei rgs5 um ein neues, klassisches AKAP mit „RII bindender Domäne“ Motiv im Modellorganismus C. elegans handelt. Basierend auf so genannten „pulldown“ Versuchen können, neben „klassischen“ AKAPs (Interaktion über amphipathische Helices), auch Interaktionspartner ohne typische Helixmotive gefunden werden. Dazu gehört auch RACK1, ein multifunktionales Protein mit 7 WD40 Domänen, das ubiquitär exprimiert wird und bereits mehr als 70 Interaktionspartner in unterschiedlichsten Signalwegen komplexiert (Adams et al., 2011). Durch BRET² Interaktionsstudien und Oberflächenplasmonresonanz (SPR) Analysen konnten hRI und kin2 als spezifische Interaktionspartner von RACK1 verifiziert werden. Untersuchungen zur Identifikation der Interaktionsflächen der beiden Proteine RACK1 und hRI zeigten im BRET² System, dass RACK1 über die WD40 Domänen 1-2 und 6-7 interagiert. Die Analyse unterschiedlicher hRI-Deletionsmutanten deutet auf die DD-Domäne im N-Terminus und zusätzlich auf eine potenzielle BH3 Domäne im C-Terminus des Proteins als Interaktionsfläche mit RACK1 hin. Die Koexpression von hRI BH3 und RACK1 zeigt einen auffälligen ein Phänotyp in Cos7 Zellen. Dieser zeichnet sich unter anderem durch eine Degradation des Zellkerns, DNA Kondensation und eine starke Vakuolisierung aus, was beides als Anzeichen für einen programmierten Zelltod interpretiert werden könnte. Erste Untersuchungen zum Mechanismus des ausgelösten Zelltods deuten auf eine Caspase unabhängige Apoptose (Paraptose) hin und einen bislang unbekannten Funktionsmechanismus der PKA hin.

Neurochondrin und Rack1 vermitteln die Signalintegration der Proteinkinase A

Die Spezifität und Effizienz zellulärer Signalprozesse wird durch die intrazelluläre Kompartimentierung von Signalmolekülen erreicht. A-Kinase-Ankerproteine (AKAPs) bilden eine Familie aus Gerüstproteinen, die zeitliche und räumliche Lokalisation der cAMP-abhängigen Proteinkinase (PKA) übernehmen. Die direkte Interaktion wird dabei über die Dimerisierungs- und Dockingdomäne (DD-Domäne) der regulatorischen Untereinheiten von PKA vermittelt. Das charakteristische strukturelle Merkmal bei kanonischen AKAPs ist eine amphipathische Helix. Es existiert allerdings auch eine kleine Gruppe von nicht-kanonischen AKAPs, deren Bindung an die DD-Domäne nicht über eine amphipathische Helix vermittelt wird. In dieser Arbeit wurden die zwei potentiellen nicht-kanonischen AKAPs Neurochondrin (neurite-outgrowth promoting protein) und Rack1 (receptor of activated C-kinase 1) charakterisiert. Neurochondrin, dessen Expression mit dem Neuriten-Wachstum in jungen Neuronen korreliert ist und das vermutlich eine entscheidende Funktion bei der Langzeitpotenzierung im Hippocampus übernimmt, zeigt in SPR-Bindungsstudien eine hochaffine, nanomolare Interaktion mit der R-Untereinheit Typ IIalpha von PKA. Kompetitionsanalysen mit dem AKAP-Disruptor-Peptid Ht 31 und Untersuchungen mit der isolierten DD-Domäne von RIIalpha bestätigen eine spezifische Interaktion. Das nicht-kanonische RII-Bindemotiv von Neurochondrin ist aus zwei Domänen aufgebaut, die einen hohen alpha-helikalen Anteil besitzen, aber keine amphipathische Helix bilden. Peptidbasierte Interaktionsstudien der einzelnen Domänen zeigen dennoch ebenfalls nanomolare Affinitäten zu RIIalpha. Rack1 ist ein etabliertes Gerüstprotein mit einer propellerartigen beta-Faltblattstruktur, für das bereits über 100 verschiedene Interaktionspartner beschrieben werden konnten. Die Integration von Rack1 in unterschiedliche Signalprozesse ist äußerst vielfältig. Um dabei die Spezifität jeder einzelnen Interaktion zu gewährleisten, sind individuelle Bindungsstrategien nötig. Die niedrigaffine Interaktion zur RIbeta-Untereinheit von PKA wird daher über multiple Bindestellen vermittelt. Die DD-Domäne von RIbeta übernimmt dabei eine spezifische Funktion, wie unter anderem durch Kompetitionsanalysen mit dem RI-spezifischen AKAP-Disruptor-Peptid RIAD gezeigt werden konnte. Die einzigartige Struktur der DD-Domäne generiert zudem ein Bindemotiv für Rack1, das Ähnlichkeiten mit der „Rack1 interacting-Domäne“ (RAID) von PDE4D5 aufweist. Sowohl Neurochondrin als auch Rack1 besitzen essenzielle neuronale Funktionen. Daher erweitert die Identifizierung der beiden neuen nicht-kanonischen AKAPs nicht nur die strukturelle Diversität der AKAP-Familie, sondern trägt zudem zum Verständnis der neuronalen Signalintegration von PKA bei.

Plasmodium falciparum Rosetting Epitopes Converge in the SD3-Loop of PfEMP1-DBL1α

The ability of Plasmodium falciparum parasitized RBC (pRBC) to form rosettes with normal RBC is linked to the virulence of the parasite and RBC polymorphisms that weaken rosetting confer protection against severe malaria. The adhesin PfEMP1 mediates the binding and specific antibodies prevent sequestration in the micro-vasculature, as seen in animal models. Here we demonstrate that epitopes targeted by rosette disrupting antibodies converge in the loop of subdomain 3 (SD3) which connects the h6 and h7 α-helices of PfEMP1-DBL1α. Both monoclonal antibodies and polyclonal IgG, that bound to epitopes in the SD3-loop, stained the surface of pRBC, disrupted rosettes and blocked direct binding of recombinant NTS-DBL1α to RBC. Depletion of polyclonal IgG raised to NTS-DBL1α on a SD3 loop-peptide removed the anti-rosetting activity. Immunizations with recombinant subdomain 1 (SD1), subdomain 2 (SD2) or SD3 all generated antibodies reacting with the pRBC-surface but only the sera of animals immunized with SD3 disrupted rosettes. SD3-sequences were found to segregate phylogenetically into two groups (A/B). Group A included rosetting sequences that were associated with two cysteine-residues present in the SD2-domain while group B included those with three or more cysteines. Our results suggest that the SD3 loop of PfEMP1-DBL1α is an important target of anti-rosetting activity, clarifying the molecular basis of the development of variant-specific rosette disrupting antibodies.

Rational conversion of substrate and product specificity in a Salvia monoterpene synthase: structural insights into the evolution of terpene synthase function

Terpene synthases are responsible for the biosynthesis of the complex chemical defense arsenal of plants and microorganisms. How do these enzymes, which all appear to share a common terpene synthase fold, specify the many different products made almost entirely from one of only three substrates? Elucidation of the structure of 1,8-cineole synthase from Salvia fruticosa (Sf-CinS1) combined with analysis of functional and phylogenetic relationships of enzymes within Salvia species identified active-site residues responsible for product specificity. Thus, Sf-CinS1 was successfully converted to a sabinene synthase with a minimum number of rationally predicted substitutions, while identification of the Asn side chain essential for water activation introduced 1,8-cineole and alpha-terpineol activity to Salvia pomifera sabinene synthase. A major contribution to product specificity in Sf-CinS1 appears to come from a local deformation within one of the helices forming the active site. This deformation is observed in all other mono- or sesquiterpene structures available, pointing to a conserved mechanism. Moreover, a single amino acid substitution enlarged the active-site cavity enough to accommodate the larger farnesyl pyrophosphate substrate and led to the efficient synthesis of sesquiterpenes, while alternate single substitutions of this critical amino acid yielded five additional terpene synthases.

Nuclear magnetic resonance structure of the nucleic acid-binding domain of severe acute respiratory syndrome coronavirus nonstructural protein 3

The nuclear magnetic resonance (NMR) structure of a globular domain of residues 1071 to 1178 within the previously annotated nucleic acid-binding region (NAB) of severe acute respiratory syndrome coronavirus nonstructural protein 3 (nsp3) has been determined, and N- and C-terminally adjoining polypeptide segments of 37 and 25 residues, respectively, have been shown to form flexibly extended linkers to the preceding globular domain and to the following, as yet uncharacterized domain. This extension of the structural coverage of nsp3 was obtained from NMR studies with an nsp3 construct comprising residues 1066 to 1181 [ nsp3(1066-1181)] and the constructs nsp3(1066-1203) and nsp3(1035-1181). A search of the protein structure database indicates that the globular domain of the NAB represents a new fold, with a parallel four-strand beta-sheet holding two alpha-helices of three and four turns that are oriented antiparallel to the beta-strands. Two antiparallel two-strand beta-sheets and two 3(10)-helices are anchored against the surface of this barrel-like molecular core. Chemical shift changes upon the addition of single-stranded RNAs (ssRNAs) identified a group of residues that form a positively charged patch on the protein surface as the binding site responsible for the previously reported affinity for nucleic acids. This binding site is similar to the ssRNA-binding site of the sterile alpha motif domain of the Saccharomyces cerevisiae Vts1p protein, although the two proteins do not share a common globular fold.

Nuclear magnetic resonance structure of the N-terminal domain of nonstructural protein 3 from the severe acute respiratory syndrome coronavirus

This paper describes the structure determination of nsp3a, the N-terminal domain of the severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) nonstructural protein 3. nsp3a exhibits a ubiquitin-like globular fold of residues 1 to 112 and a flexibly extended glutamic acid-rich domain of residues 113 to 183. In addition to the four beta-strands and two alpha-helices that are common to ubiquitin-like folds, the globular domain of nsp3a contains two short helices representing a feature that has not previously been observed in these proteins. Nuclear magnetic resonance chemical shift perturbations showed that these unique structural elements are involved in interactions with single-stranded RNA. Structural similarities with proteins involved in various cell-signaling pathways indicate possible roles of nsp3a in viral infection and persistence.

Polymorphisms in the apolipoprotein L1 gene and their effects on blood lipid and glucose levels in middle age males

Apolipoprotein L1 in plasma is associated with high- density lipoprotein. Novel APOL1 polymorphisms are investigated along with the association of two common haplotypes (Lys166Glu, Ile244Met, Lys271Arg) with circulating lipid and glucose levels. Although the amino acid substitutions occur in the amphipathic alpha helices region involved in lipid binding, these substitutions were found not to independently account for variability in circulating lipid and glucose levels in 149 middle age males.

A conserved basic loop in hepatitis C virus p7 protein is required for amantadine-sensitive ion channel activity in mammalian cells but is dispensable for localization to mitochondria

We previously identified the function of the hepatitis C virus (HCV) p7 protein as an ion channel in artificial lipid bilayers and demonstrated that this in vitro activity is inhibited by amantadine. Here we show that the ion channel activity of HCV p7 expressed in mammalian cells can substitute for that of influenza virus M2 in a cell-based assay. This was also the case for the p7 from the related virus, bovine viral diarrhoea virus (BVDV). Moreover, amantadine was shown to abrogate HCV p7 function in this assay at a concentration that specifically inhibits M2. Mutation of a conserved basic loop located between the two predicted trans-membrane alpha helices rendered HCV p7 non-functional as an ion channel. The intracellular localization of p7 was unaffected by this mutation and was found to overlap significantly with membranes associated with mitochondria. Demonstration of p7 ion channel activity in cellular membranes and its inhibition by amantadine affirm the protein as a target for future anti-viral chemotherapy.

Ligand bridging of the DNA Holliday junction: molecular recognition of a stacked-X four-way junction by a small molecule

Planning a Holliday: A new mode of binding to a stacked-X, four-way Holliday junction is described in which a chromophore molecule binds across the center of the junction and two adenine residues are replaced by the acridine chromophores at either side of the crossover. This binding mode is specific for the Holliday junction and does not cause unwinding of the DNA helices.

Can a consecutive double turn conformation be considered as a peptide based molecular scaffold for supramolecular helix in the solid state?

Helices and sheets are ubiquitous in nature. However, there are also some examples of self-assembling molecules forming supramolecular helices and sheets in unnatural systems. Unlike supramolecular sheets there are a very few examples of peptide sub-units that can be used to construct supramolecular helical architectures using the backbone hydrogen bonding functionalities of peptides. In this report we describe the design and synthesis of two single turn/bend forming peptides (Boc-Phe-Aib-Ile-OMe 1 and Boc-Ala-Leu-Aib-OMe 2) (Aib: alpha-aminoisobutyric acid) and a series of double-turn forming peptides (Boc-Phe-Aib-IIe-Aib-OMe 3, Boc-Leu-Aib-Gly-Aib-OMe 4 and Boc-gamma-Abu-Aib-Leu-Aib-OMe 5) (gamma-Abu: gamma-aminobutyric acid). It has been found that, in crystals, on self-assembly, single turn/bend forming peptides form either a supramolecular sheet (peptide 1) or a supramolecular helix (peptide 2). unlike self-associating double turn forming peptides, which have only the option of forming supramolecular helical assemblages. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Conformational and self-assembly studies of helix forming hexapeptides containing two alpha-amino isobutyric acids

Single crystal X-ray diffraction studies reveal that three hexapeptides with general formula Boc-Ile-Aib-Xx-Ile-Aib-Yy-OMe, where Xx and Yy are Leu in peptide I, Len and Phe in peptide II, and Phe and Leu in peptide III, respectively, adopt equivalent conformations that can be described as mixed 3(10)/alpha-helice with two 4 -> 1 and two 5 -> 1 intramolecular N-H center dot center dot center dot O=C H-bonds. The peptides do not generate any helixterminating Schellman motif despite having Aib at the penultimate position from C-terminus. In the crystalline state, the helices are packed in head-to-tail fashion through intermolecular hydrogen bonds to create supramolecular helical structures. The CD Studies of the three hexapeptides in acetonitrile indicate that they are folded in well-developed 3(10)-helical structures. NMR studies of peptide I in CDCl3 also suggest the formation of a homogeneous 3 m-helical structure. The field emission scanning electron microscopic (FE-SEM) images of peptide 11 in the solid state reveal a non-twisted ribbon-like morphology, which is formed through lateral association of non-twisted filaments. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Overlapping double turn conformations adopted by tetrapeptides containing non-coded alpha-Amino Isobutyric Acid (AIB) and formation of tape-like structures through supramolecular helix mediated self-assembly

Single crystal X-ray diffraction studies and solvent dependent H-1 NMR titrations reveal that a set of four tetrapeptides with general formula Boc-Xx(1)-Aib(2)-Yy(3)-Zz(4)-OMe, where Xx, Yy and Zz are coded L- amino acids, adopt equivalent conformations that can be described as overlapping double turn conformations stabilized by two 4 -> 1 intramolecular hydrogen bonds between Yy(3)-NH and Boc C=O and Zz(4)-NH and Xx(1)C=O. In the crystalline state, the double turn structures are packed in head-to-tail fashion through intermolecular hydrogen bonds to create supramolecular helical structures. Field emission scanning electron microscopic (FE-SEM) images of the tetrapeptides in the solid state reveal that they can form flat tape-like structures. The results establish that synthetic Aib containing supramolecular helices can form highly ordered self-aggregated amyloid plaque like human amylin.

Polymorphisms in the apolipoprotein L1 gene and their effects on blood lipid and glucose levels in middle age males

Apolipoprotein L1 in plasma is associated with high- density lipoprotein. Novel APOL1 polymorphisms are investigated along with the association of two common haplotypes (Lys166Glu, Ile244Met, Lys271Arg) with circulating lipid and glucose levels. Although the amino acid substitutions occur in the amphipathic alpha helices region involved in lipid binding, these substitutions were found not to independently account for variability in circulating lipid and glucose levels in 149 middle age males.