Identificazione di fattori trascrizionali associati al differenziamento neurale in cellule di sarcoma di Ewing: ruolo di NF-kB

Il sarcoma di Ewing (ES) è un tumore maligno pediatrico dell’apparato scheletrico; è associato a una traslocazione specifica codificante la proteina di fusione EWS-FLI1 e all’alta espressione di CD99, una glicoproteina di membrana fisiologicamente coinvolta in diversi processi biologici. EWS-FLI1 e CD99, sono riportati avere ruoli divergenti nella modulazione della malignità e del differenziamento di ES. CD99 inoltre è riportato modulare il pathway di MAPK, il quale interagendo con molteplici fattori di trascrizione partecipa a processi di proliferazione e differenziamento. In questo studio abbiamo investigato in due linee cellulari di ES silenziate per CD99 (TC-71shCD99 e IOR/CARshCD99) l’attività basale di diversi fattori trascrizionali quali: NF-kBp65, AP1, Elk-1, E2F e CREB. L’unico fattore trascrizionale statisticamente significativo è risultato essere NF-kBp65 e abbiamo valutato il suo ruolo nel differenziamento neurale di cellule di ES e la relazione con EWS-FLI1 e CD99. L’attività trascrizionale di NF-kB è stata valutata attraverso gene reporter assay in linee cellulari di ES a diversa espressione di CD99, EWS-FLI1 e NF-kB stesso. Il differenziamento neurale è stato valutato come espressione di βIII-Tubulin in immunofluorescenza. Il silenziamento di CD99 induce una down-modulazione dell’attività trascrizionale di NF-kB, mentre il knockdown di EWS-FLI1 ne induce un’aumento. Inoltre, il silenziamento di EWS-FLI1 non è in grado di contrastare la riduzione dell’attività di NF-kB osservata dopo silenziamento di CD99, suggerendo un ruolo dominante del CD99 nel signaling di NF-kB. Cellule deprivate di CD99 ma non di EWS-FLI1, mostrano un fenotipo differenziato in senso neurale, fenotipo che viene perso quando le cellule sono indotte a sovraesprimere NF-kB. Inoltre, in cellule CD99 positive, il silenziamento di NF-kB induce un leggero differenziamento neurale. In conclusione, questi dati hanno evidenziato il ruolo di NF-kB nel differenziamento di cellule di ES e che potrebbe essere un potenziale target nel ridurre la progressione di questo tumore.

Nukleation pflanzlicher Mikrotubuli: Expression relevanter Gene

Die wichtigsten Bestandteile des Cytoskeletts in pflanzlichen Zellen sind die Actinfilamente und die Mikrotubuli. Die Mikrotubuli spielen in der Organisation und der Morphogenese von pflanzlichen Zellen eine wichtige Rolle. Sie sind zusammen mit den Cellulosefibrillen an der Formgebung der Pflanzenzelle beteiligt. Sie bilden das Präprophaseband, das die Zellteilungsebene bestimmt und die Mitosespindel, die für die Trennung der Chromosomen sorgt, sowie den Phragmoplasten, der die Zellwand zwischen den Tochterzellen bildet. Weiterhin geben die Mikrotubuli durch Interaktion mit den Cellulose-Synthase-Komplexen die Richtung der Zellexpansion vor (GRANGER und CYR, 2001; LLOYD und CHAN, 2002; BASKIN, 2002). Die Mikrotubuli sind auch an der Stabilisierung der Zellform und an Transportprozessen beteiligt. Als Bestandteil der Mikrotubuli-organisierenden Zentren (MTOCs) wurde das γ-Tubulin identifiziert, das sehr wahrscheinlich an der Nukleation der Mikrotubuli beteiligt ist, indem es die Assemblierung der αβ-Tubulindimere zu Mikrotubuli einleitet. In tierischen Zellen ist durch intensive Forschung inzwischen relativ viel über die Funktion von γ-Tubulin, vor allem im Verlauf der Zellteilung bekannt, wie z. B. die Lokalisation in Centrosomen mit ihren paarweise angeordneten Centriolen, die die MTOCs darstellen. In pflanzlichen Zellen sind bisher nur wenige Funktionen des Proteins hinreichend geklärt. Die höheren Pflanzen besitzen keine Centriolen und keine Centrosomen. Über die Zellteilung hinaus gibt es kaum Anhaltspunkte über das Vorhandensein oder eventuelle Aufgaben von γ-Tubulin in expandierenden und voll expandierten Zellkulturen und Pflanzengeweben. In dieser Arbeit wurde die Expression über PCR und die Messung des Proteingehalts von cytoskelett-relevanten Proteinen in den Entwicklungsstadien der Zellsuspensionskultur (BY-2) und von Blattstadien der Tabakpflanze (SR1) von Nicotiana tabacum gemessen. Primäres Ziel war es eine Aussage zu erhalten, in welchem Ausmaß γ-Tubulin in expandierenden und voll expandierten Zellen noch exprimiert wird und ob bzw. wie eine Regulation (transkriptionell oder posttranskriptionell) des γ-Tubulins in der Pflanze stattfindet. Für den Nachweis des γ-Tubulins auf der Proteinebene wurde ein pflanzenspezifischer γ-Tubulin Antikörper zu entwickelt. Bei diesem Antikörper handelte es sich um einen polyklonalen Antikörper, der spezifisch gegen eine Sequenz in pflanzlichem γ-Tubulin gerichtet ist. Dabei zeigte der in der Arbeit entwickelte Antikörper gegen die pflanzliche JOSHI-Domäne spezifische Signale. Der erfolgte Nachweis von γ-Tubulin auf der Proteinebene und der Transkripte zeigte bis in die ältesten untersuchten Stadien der Zellsuspensionskultur (BY-2) und in Geweben der Blattstadien der Tabakpflanze (SR1) deutliche Signale für γ-Tubulin. Es war somit nicht nur in meristematisch aktiven Zellen und Geweben von Nicotiana tabacum, sondern auch in nichtmitotischen Zellen und Geweben vorhanden. Hierbei war über die Phasen der Zellteilung und der Zellformgebung hinweg auf beiden Ebenen eine parallele Entwicklung mit relativ konstanten starken Signalen zu beobachten. Nach dem Einstellen der Teilungsaktivität fiel der Gehalt an mRNA deutlich ab. Dabei nahm die Konzentration des Proteins im Vergleich zur mRNA zeitlich verzögert ab. Diese Ergebnisse bei der Zellsuspensionskultur (BY-2) und Tabakpflanze (SR1) gehen mit der möglichen Nukleationstätigkeit des Proteins konform. Es waren geringere aber doch deutlichen Signale bei Absterbenden Zellen der Zellkultur, bzw. bei expandierenden und voll expandierten und seneszenten Blättern der Tabakpflanze (SR1) nachzuweisen. Dies lässt die Folgerung zu, dass die nachgewiesene mRNA von γ-Tubulin nicht posttranskriptionell reguliert wird, sondern dass das γ-Tubulin auch eine wichtige Rolle außerhalb der Zellteilung in den postmitotischen Stadien, z. B. als organisierender Faktor bei der Umgestaltung oder Stabilisierung des Mikrotubuli-Cytoskeletts, spielt. Der γ-Tubulin-Gehalt in den Geweben der SR1-Pflanze zeigte über die Zellkultur hinaus, dass die Expression von α-Tubulin nach Einstellen der Teilungsaktivität kontinuierlich abnimmt. Dieses Ergebnis legt die Vermutung nahe, dass γ-Tubulin in älteren Blattgeweben zusätzliche Aufgaben übernehmen könnte, die nicht auf eine gleichzeitige Expression von α-Tubulin angewiesen sind. So kann beispielsweise eine Beteiligung von γ-Tubulin an der Stabilisierung der Mikrotubuli, und damit einhergehend eine Abnahme der dynamischen Instabilität dieser Filamente, eine denkbare Funktion des Proteins in expandierendem und voll expandiertem Gewebe sein. Die Aufgaben von γ-Tubulin in sehr altem Gewebe mit deutlichen Anzeichen der Seneszenz können allerdings nach dem derzeitigen Stand der Forschung nicht eindeutig beantwortet werden und bedürfen weitergehenden Untersuchungen, da dadurch ein die Komplexität und die Dynamik des pflanzlichen Cytoskeletts geklärt werden kann.

Phenotype and genotype characterization of Monilinia spp. isolates and preformed antifungal compounds in peach peel fruit at different developmental stages

The brown rot fungi belong to a group of fungal pathogens that causes considerable damage to cultivated fruits trees, particularly stone fruits and apples in the temperate regions of the World and during the postharvest with an important economic impact. In particular in Italy, it is important to monitor the Monilinia population to control economic losses associated to the peach and nectarine market. This motivates the research steps presented in this dissertation on Monilinia Italian isolates. The Monilinia species collected from stone fruits have been identified using molecular analysis based on specific primers. The relevant role of M. fructicola was confirmed and, for the first time, it was found also on apple fruits. To avoid the development of resistant strains and implement valid treatment strategies, the understanding of the fruit natural resistance during different developmental stages and the assessment of the Monilinia sensitivity/resistance to fungicides are required. The relationship between the inhibition spots and the phenolic compounds in peach fruit peel was highlighted in this research. Three methods were used to assess isolate resistance/sensitivity, the amended medium, the Spiral Gradient Endpoint Method (SGD) and the Alamar Blue method. The PCR was used to find possible mutation points in the b-tubulin gene that is responsible for fungicide resistance. Interestingly, no mutation points were observed in resistant M. laxa isolates, suggesting that the resistance could be stimulated by environmental factors. This lead to the study of the effect of the temperature on the resistance and the preliminary results of in vitro tests showed that maximum inhibition was observed at 30°C.

Methods and strategies to identify the mode of action of phytoactive compounds

Small molecules affecting biological processes in plants are widely used in agricultural practice as herbicides or plant growth regulators and in basic plant sciences as probes to study the physiology of plants. Most of the compounds were identified in large screens by the agrochemical industry, as phytoactive natural products and more recently, novel phytoactive compounds originated from academic research by chemical screens performed to induce specific phenotypes of interest. The aim of the present PhD thesis is to evaluate different approaches used for the identification of the primary mode of action (MoA) of a phytoactive compound. Based on the methodologies used for MoA identification, three approaches are discerned: a phenotyping approach, an approach based on a genetic screen and a biochemical screening approach.rnFour scientific publications resulting from my work are presented as examples of how a phenotyping approach can successfully be applied to describe the plant MoA of different compounds in detail.rnI. A subgroup of cyanoacrylates has been discovered as plant growth inhibitors. A set of bioassays indicated a specific effect on cell division. Cytological investigations of the cell division process in plant cell cultures, studies of microtubule assembly with green fluorescent protein marker lines in vivo and cross resistant studies with Eleusine indica plants harbouring a mutation in alpha-tubulin, led to the description of alpha-tubulin as a target site of cyanoacrylates (Tresch et al., 2005).rnII. The MoA of the herbicide flamprop-m-methyl was not known so far. The studies described in Tresch et al. (2008) indicate a primary effect on cell division. Detailed studies unravelled a specific effect on mitotic microtubule figures, causing a block in cell division. In contrast to other inhibitors of microtubule rearrangement such as dinitroanilines, flamprop-m-methyl did not influence microtubule assembly in vitro. An influence of flamprop-m-methyl on a target within the cytoskeleton signalling network could be proposed (Tresch et al., 2008).rnIII. The herbicide endothall is a protein phosphatase inhibitor structurally related to the natural product cantharidin. Bioassay studies indicated a dominant effect on dark-growing cells that was unrelated to effects observed in the light. Cytological characterisation of the microtubule cytoskeleton in corn tissue and heterotrophic tobacco cells showed a specific effect of endothall on mitotic spindle formation and ultrastructure of the nucleus in combination with a decrease of the proliferation index. The observed effects are similar to those of other protein phosphatase inhibitors such as cantharidin and the structurally different okadaic acid. Additionally, the observed effects show similarities to knock-out lines of the TON1 pathway, a protein phosphatase-regulated signalling pathway. The data presented in Tresch et al. (2011) associate endothall’s known in vitro inhibition of protein phosphatases with in vivo-effects and suggest an interaction between endothall and the TON1 pathway.rnIV. Mefluidide as a plant growth regulator induces growth retardation and a specific phenotype indicating an inhibition of fatty acid biosynthesis. A test of the cuticle functionality suggested a defect in the biosynthesis of very-long-chain fatty acids (VLCFA) or waxes. Metabolic profiling studies showed similarities with different groups of VLCFA synthesis inhibitors. Detailed analyses of VLCFA composition in tissues of duckweed (Lemna paucicostata) indicated a specific inhibition of the known herbicide target 3 ketoacyl-CoA synthase (KCS). Inhibitor studies using a yeast expression system established for plant KCS proteins verified the potency of mefluidide as an inhibitor of plant KCS enzymes. It could be shown that the strength of inhibition varied for different KCS homologues. The Arabidopsis Cer6 protein, which induces a plant growth phenotype similar to mefluidide when knocked out, was one of the most sensitive KCS enzymes (Tresch et al., 2012).rnThe findings of my own work were combined with other publications reporting a successful identification of the MoA and primary target proteins of different compounds or compound classes.rnA revised three-tier approach for the MoA identification of phytoactive compounds is proposed. The approach consists of a 1st level aiming to address compound stability, uniformity of effects in different species, general cytotoxicity and the effect on common processes like transcription and translation. Based on these findings advanced studies can be defined to start the 2nd level of MoA characterisation, either with further phenotypic characterisation, starting a genetic screen or establishing a biochemical screen. At the 3rd level, enzyme assays or protein affinity studies should show the activity of the compound on the hypothesized target and should associate the in vitro effects with the in vivo profile of the compound.

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.

Etablierung transgener BY-2-Zelllinien zur In-vivo-Lokalisierung pflanzlicher Cytoskelettproteine

Bei den Pflanzen sind viele Fragen bezüglich der Organisation und Regulation des bei der Zellteilung und differenzierung wichtigen Auf-, Ab- und Umbaus des Mikrotubuli-Netzwerkes noch immer offen, insbesondere was die Rolle des γ-Tubulins betrifft. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Etablierung von BY-2 Modell-Zelllinien (Nicotiana), die verschiedene mit fluoreszierenden Proteinen (FP) markierte Elemente des Cytoskeletts exprimieren, um eine fluoreszenzmikroskopische Detektion in vivo zu ermöglichen.rnAls Grundlage für alle weiteren Versuche wurde eine zuverlässige Methode zur A. tumefaciens vermittelten stabilen Transfektion von BY-2 Zellen erarbeitet. Für die Expression von FP-markierten Cytoskelettproteinen, wurden entsprechende Fusionskonstrukte kloniert und via A. tumefaciens in BY-2 Zellen transferiert. So gelang zunächst die Herstellung transgener Zelllinien, die GFP-markiertes α- bzw. γ-Tubulin exprimierten. Diese sollten später als Basis für die Untersuchung des dynamischen Mikrotubuli-Netzwerkes bzw. dessen Regulation dienen. In beiden Zelllinien standen die Konstrukte zunächst unter Kontrolle eines doppelten 35S-Promotors, was zu einer starken, konstitutiven Expression der Transgene führte. Fluoreszenzmikroskopisch konnten Strukturen, an deren Aufbau Mikrotubuli beteiligt sind, detektiert werden. Aufgrund einer starken Hintergrundfluoreszenz, vermutlich bedingt durch die konstitutive Überexpression, war die Darstellung feinerer Bereiche, wie sie im Cytoskelett häufig auftreten, jedoch äußerst schwierig. Deshalb wurde eine schwächere bzw. adäquate Expressionsrate angestrebt. rnPhysiologische Expressionsraten sollten vor allem durch den endogenen γ-Tubulin-Promotor ermöglicht werden. Da die entsprechende Sequenz noch unbekannt war, wurde sie zunächst bestimmt und in ein passendes Konstrukt integriert. Fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen der resultierenden Zelllinie ließen auf eine stark reduzierte Expressionsrate schließen. Tatsächlich war die Detektion von Cytoskelettstrukturen, wenn überhaupt, erst bei deutlich längeren Belichtungszeiten möglich. Bedingt durch die langen Belichtungszeiten wurde die Dokumentation durch eine latente pflanzentypische Autofluoreszenz der Zellen erschwert. Auch wenn hier keine detailreicheren Aufnahmen der Cytoskelettstrukturen möglich waren, ist die Zellkultur für weiterführende Untersuchungen, z.B. in Studien bezüglich des zeitlichen Expressionsmusters des γ-Tubulins, potentiell geeignet. Der Einsatz eines sensibleren Mikroskopsystems ist allerdings erforderlich. rnUm klären zu können, inwieweit γ-Tubulin mit den Mikrotubuli co-lokalisiert, wurden Zelllinien benötigt, bei denen die entsprechenden Elemente unterschiedlich markiert waren. Zu diesem Zweck wurde der Einsatz von RFP-markiertem Tubulin getestet. Eine deutliche Überexpression von RFP alleine war möglich. Trotz mehrfacher Wiederholung der Versuche war aber keine Expression von RFP-markiertem α-Tubulin in BY-2 Zellen zur Visualisierung der Mikrotubuli detektierbar. Die DNA-Sequenzen waren im Genom nachweisbar, eine Transkription jedoch nicht. Möglicherweise spielten hier gene silencing Effekte eine Rolle. Das verwendete RFP (TagRFP) und GFP stammten aus unterschiedlichen Organismen, aus einer Seeanemone bzw. einer Qualle. Eine Lösung könnte der Austausch des TagRFP durch ein Quallen-Derivat, das in einer von grün unterscheidbaren Farbe fluoresziert, bringen. Da bereits BY-2 Zelllinien vorliegen, die GFP-markiertes α- bzw. γ-Tubulin exprimieren, sollte es, nach Klonieren eines entsprechenden Konstruktes, zeitnah möglich sein, eine doppelt transfizierte Zelllinie herzustellen.

Synthesis and biological activity of new functionalized epothilones for prodrug design and tumor targeting

Epothilones are potent antiproliferative agents, which have served as successful lead structures for anticancer drug discovery. However, their therapeutic efficacy would benefit greatly from an increase in their selectivity for tumor cells, which may be achieved through conjugation with a tumor-targeting moiety. Three novel epothilone analogs bearing variously functionalized benzimidazole side chains were synthesized using a strategy based on palladium-mediated coupling and macrolactonization. The synthesis of these compounds is described and their in vitro biological activity is discussed with respect to their interactions with the tubulin/microtubule system and the inhibition of human cancer cell proliferation. The additional functional groups may be used to synthesize conjugates of epothilone derivatives with a variety of tumor-targeting moieties.

Proteomic changes in the rat brain induced by homogenous irradiation and by the bystander effect resulting from high energy synchrotron X-ray microbeams

Abstract Purpose: To further evaluate the use of microbeam irradiation (MBI) as a potential means of non-invasive brain tumor treatment by investigating the induction of a bystander effect in non-irradiated tissue. Methods: Adult rats were irradiated with 35 or 350 Gy at the European Synchotron Research Facility (ESRF), using homogenous (broad beam) irradiation (HI) or a high energy microbeam delivered to the right brain hemisphere only. The proteome of the frontal lobes were then analyzed using two-dimensional electrophoresis (2-DE) and mass spectrometry. Results: HI resulted in proteomic responses indicative of tumourigenesis; increased albumin, aconitase and triosphosphate isomerase (TPI), and decreased dihydrolipoyldehydrogenase (DLD). The MBI bystander effect proteomic changes were indicative of reactive oxygen species mediated apoptosis; reduced TPI, prohibitin and tubulin and increased glial fibrillary acidic protein (GFAP). These potentially anti-tumourigenic apoptotic proteomic changes are also associated with neurodegeneration. However the bystander effect also increased heat shock protein (HSP) 71 turnover. HSP 71 is known to protect against all of the neurological disorders characterized by the bystander effect proteome changes. Conclusions: These results indicate that the collective interaction of these MBI-induced bystander effect proteins and their mediation by HSP 71, may confer a protective effect which now warrants additional experimental attention.

Evaluation of cell death mechanisms induced by the vascular disrupting agent OXi4503 during a phase I clinical trial

OXi4503 is a tubulin-binding vascular disrupting agent that has recently completed a Cancer Research UK-sponsored phase I trial. Preclinical studies demonstrated early drug-induced apoptosis in tumour endothelial cells at 1-3 h and secondary tumour cell necrosis between 6 and 72 h.

Proteome and radioimmunoassay analyses of pituitary hormones and proteins in response to feed restriction of dairy cows

The hypothalamic-pituitary system controls homeostasis during feed energy reduction. In order to examine which pituitary proteins and hormone variants are potentially associated with metabolic adaptation, pituitary glands from ad libitum and energy restrictively fed dairy cows were characterized using RIA and 2-DE followed by MALDI-TOF-MS. We found 64 different spots of regulatory hormones: growth hormone (44), preprolactin (16), luteinizing hormone (LH) (1), thyrotropin (1), proopiomelanocortin (1) and its cleavage product lipotropin (1), but none of these did significantly differ between feeding groups. Quantification of total pituitary LH and prolactin concentrations by RIA confirmed the results obtained by proteome analysis. Also, feed energy restriction provoked increasing non-esterified fatty acid, decreasing prolactin, but unaltered glucose, LH and growth hormone plasma concentrations. Energy restriction decreased the expression of glial fibrillary acidic protein, triosephosphate isomerase, purine-rich element-binding protein A and elongation factor Tu, whereas it increased expression of proline synthetase co-transcribed homolog, peroxiredoxin III, beta-tubulin and annexin A5 which is involved in the hormone secretion process. Our results indicate that in response to feed energy restriction the pituitary reservoir of all posttranslationally modified hormone forms remains constant. Changing plasma hormone concentrations are likely attributed to a regulated releasing process from the gland into the blood.

Tissue-dependent subcellular localization of Drosophila arginine methyl-transferase 4 (DART4), a coactivator whose overexpression affects neither viability nor differentiation

Drosophila arginine methyl-transferase 4 (DART4) belongs to the type I class of arginine methyltransferases. It catalyzes the methylation of arginine residues to monomethylarginines and asymmetrical dimethylarginines. The DART4 sequence is highly similar to mammalian PRMT4/CARM1, and DART4 substrate specificity has been conserved, too. Recently it was suggested that DART4/Carmer functions in ecdysone receptor mediated apoptosis of the polytene larval salivary glands and an apparent up-regulation of DART4/Carmer mRNA levels before tissue histolysis was reported. Here we show that in Drosophila larvae, DART4 is mainly expressed in the imaginal disks and in larval brains, and to a much lesser degree in the polytene larval tissue such as salivary glands. In glands, DART4 protein is present in the cytoplasm and the nucleus. The nuclear signal emanates from the extrachromosomal domain and gets progressively restricted to the region of the nuclear lamina upon pupariation. Surprisingly, DART4 levels do not increase in salivary glands during pupariation, and overexpression of DART4 does not cause precautious cell death in the glands. Furthermore, over- and misexpression of DART4 under the control of the alpha tubulin promoter do not lead to any major problem in the life of a fly. This suggests that DART4 activity is regulated at the posttranslational level and/or that it acts as a true cofactor in vivo. We present evidence that nuclear localization of DART4 may contribute to its function because DART4 accumulation changes from a distribution with a strong cytoplasmic component during the transcriptional quiescence of the young embryo to a predominantly nuclear one at the onset of zygotic transcription.

A pedigree with autosomal dominant thrombocytopenia, red cell macrocytosis, and an occurrence of t(12:21) positive pre-B acute lymphoblastic leukemia

Sampling and analyzing new families with inherited blood disorders are major steps contributing to the identification of gene(s) responsible for normal and pathologic hematopoiesis. Familial occurrences of hematological disorders alone, or as part of a syndromic disease, have been reported, and for some the underlying genetic mutation has been identified. Here we describe a new autosomal dominant inherited phenotype of thrombocytopenia and red cell macrocytosis in a four-generation pedigree. Interestingly, in the youngest generation, a 2-year-old boy presenting with these familial features has developed acute lymphoblastic leukemia characterized by a t(12;21) translocation. Tri-lineage involvement of platelets, red cells and white cells may suggest a genetic defect in an early multiliear progenitor or a stem cell. Functional assays in EBV-transformed cell lines revealed a defect in cell proliferation and tubulin dynamics. Two candidate genes, RUNX1 and FOG1, were sequenced but no pathogenic mutation was found. Identification of the underlying genetic defect(s) in this family may help in understanding the complex process of hematopoiesis.

Total synthesis of hypermodified epothilone analogs with potent in vitro antitumor activity

The convergent total synthesis of hypermodified epothilone analogs 1 and 2 has been achieved with the stereoselective cyclopropanation of allylic alcohol 17 and ring-closing olefin metathesis with diene 22 as the key steps. In spite of significant structural differences between these analogs and the natural epothilone scaffold, 1 and 2 are potent inducers of tubulin polymerization and inhibit the growth of human cancer cells in vitro with sub-nM IC50 values.

Conformational preferences of natural and C3-modified epothilones in aqueous solution

The conformational properties of the microtubule-stabilizing agent epothilone A ( 1a) and its 3-deoxy and 3-deoxy-2,3-didehydro derivatives 2 and 3 have been investigated in aqueous solution by a combination of NMR spectroscopic methods, Monte Carlo conformational searches, and NAMFIS calculations. The tubulin-bound conformation of epothilone A ( 1a), as previously proposed on the basis of solution NMR data, was found to represent a significant fraction of the ensemble of conformations present for the free ligands in aqueous solution.

Epothilones as lead structures for the synthesis-based discovery of new chemotypes for microtubule stabilization

Epothilones are macrocyclic bacterial natural products with potent microtubule-stabilizing and antiproliferative activity. They have served as successful lead structures for the development of several clinical candidates for anticancer therapy. However, the structural diversity of this group of clinical compounds is rather limited, as their structures show little divergence from the original natural product leads. Our own research has explored the question of whether epothilones can serve as a basis for the development of new structural scaffolds, or chemotypes, for microtubule stabilization that might serve as a basis for the discovery of new generations of anticancer drugs. We have elaborated a series of epothilone-derived macrolactones whose overall structural features significantly deviate from those of the natural epothilone scaffold and thus define new structural families of microtubule-stabilizing agents. Key elements of our hypermodification strategy are the change of the natural epoxide geometry from cis to trans, the incorporation of a conformationally constrained side chain, the removal of the C3-hydroxyl group, and the replacement of C12 with nitrogen. So far, this approach has yielded analogs 30 and 40 that are the most advanced, the most rigorously modified, structures, both of which are potent antiproliferative agents with low nanomolar activity against several human cancer cell lines in vitro. The synthesis was achieved through a macrolactone-based strategy or a high-yielding RCM reaction. The 12-aza-epothilone ("azathilone" 40) may be considered a "non-natural" natural product that still retains most of the overall structural characteristics of a true natural product but is structurally unique, because it lies outside of the general scope of Nature's biosynthetic machinery for polyketide synthesis. Like natural epothilones, both 30 and 40 promote tubulin polymerization in vitro and at the cellular level induce cell cycle arrest in mitosis. These facts indicate that cancer cell growth inhibition by these compounds is based on the same mechanistic underpinnings as those for natural epothilones. Interestingly, the 9,10-dehydro analog of 40 is significantly less active than the saturated parent compound, which is contrary to observations for natural epothilones B or D. This may point to differences in the bioactive conformations of N-acyl-12-aza-epothilones like 40 and natural epothilones. In light of their distinct structural features, combined with an epothilone-like (and taxol-like) in vitro biological profile, 30 and 40 can be considered as representative examples of new chemotypes for microtubule stabilization. As such, they may offer the same potential for pharmacological differentiation from the original epothilone leads as various newly discovered microtubule-stabilizing natural products with macrolactone structures, such as laulimalide, peloruside, or dictyostatin.