Quando a oftalmologia diagnostica uma patologia sistémica : a propósito de um caso clínico

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Rôle de l'isoforme p35 de la chaîne invariante humaine dans la formation et le transport de complexes de CMH II

La présentation antigénique par les molécules de classe II du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH II) est un mécanisme essentiel au contrôle des pathogènes par le système immunitaire. Le CMH II humain existe en trois isotypes, HLA-DP, DQ et DR, tous des hétérodimères composés d’une chaîne α et d’une chaîne β. Le CMH II est entre autres exprimé à la surface des cellules présentatrices d’antigènes (APCs) et des cellules épithéliales activées et a pour fonction de présenter des peptides d’origine exogène aux lymphocytes T CD4+. L’oligomérisation et le trafic intracellulaire du CMH II sont largement facilités par une chaperone, la chaîne invariante (Ii). Il s’agit d’une protéine non-polymorphique de type II. Après sa biosynthèse dans le réticulum endoplasmique (ER), Ii hétéro- ou homotrimérise, puis interagit via sa région CLIP avec le CMH II pour former un complexe αβIi. Le complexe sort du ER pour entamer son chemin vers différents compartiments et la surface cellulaire. Chez l’homme, quatre isoformes d’Ii sont répertoriées : p33, p35, p41 et p43. Les deux isoformes exprimées de manière prédominante, Iip33 et p35, diffèrent par une extension N-terminale de 16 acides aminés portée par Iip35. Cette extension présente un motif de rétention au réticulum endoplasmique (ERM) composé des résidus RXR. Ce motif doit être masqué par la chaîne β du CMH II pour permettre au complexe de quitter le ER. Notre groupe s’est intéressé au mécanisme du masquage et au mode de sortie du ER des complexes αβIi. Nous montrons ici que l’interaction directe, ou en cis, entre la chaîne β du CMH II et Iip35 dans une structure αβIi est essentielle pour sa sortie du ER, promouvant la formation de structures de haut niveau de complexité. Par ailleurs, nous démontrons que NleA, un facteur de virulence bactérien, permet d’altérer le trafic de complexes αβIi comportant Iip35. Ce phénotype est médié par l’interaction entre p35 et les sous-unités de COPII. Bref, Iip35 joue un rôle central dans la formation des complexes αβIi et leur transport hors du ER. Ceci fait d’Iip35 un régulateur clef de la présentation antigénique par le CMH II.

La tagatose-1,6-bisphosphate aldolase et la fructose-1,6-bisphosphate aldolase de classe I : mécanisme et stéréospécificité

La tagatose-1,6-biphosphate aldolase de Streptococcus pyogenes est une aldolase qui fait preuve d'un remarquable manque de spécificité vis à vis de ses substrats. En effet, elle catalyse le clivage réversible du tagatose-1,6-bisphosphate (TBP), mais également du fructose-1,6-bisphosphate (FBP), du sorbose-1,6-bisphosphate et du psicose-1,6-bisphosphate, quatre stéréoisomères, en dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et en glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P). Aldolase de classe I, qui donc catalyse sa réaction en formant un intermédiaire covalent obligatoire, ou base de Schiff, avec son susbtrat, la TBP aldolase de S. pyogenes partage 14 % d’identité avec l’enzyme modèle de cette famille, la FBP aldolase de muscle de mammifère. Bien que le mécanime catalytique de la FBP aldolase des mammifères ait été examiné en détails et qu’il soit approprié d’en tirer des renseignements quant à celui de la TBP aldolase, le manque singulier de stéréospécificité de cette dernière tant dans le sens du clivage que celui de la condensation n’est toujours pas éclairci. Afin de mettre à jour les caractéristiques du mécanisme enzymatique, une étude structurale de la TBP aldolase de S. pyogenes, un pathogène humain extrêmement versatile, a été entreprise. Elle a permis la résolution des structures de l’enzyme native et mutée, en complexe avec des subtrats et des inhibiteurs compétitifs, à des résolutions comprises entre 1.8 Å et 2.5 Å. Le trempage des cristaux de TBP aldolase native et mutante dans une solution saturante de FBP ou TBP a en outre permis de piéger un authentique intermédiaire covalent lié à la Lys205, la lysine catalytique. La determination des profils pH de la TBP aldolase native et mutée, entreprise afin d'évaluer l’influence du pH sur la réaction de clivage du FBP et TBP et ìdentifier le(s) résidu(s) impliqué(s), en conjonction avec les données structurales apportées par la cristallographie, ont permis d’identifier sans équivoque Glu163 comme résidu responsable du clivage. En effet, le mode de liaison sensiblement différent des ligands utilisés selon la stéréochimie en leur C3 et C4 permet à Glu163, équivalent à Glu187 dans la FBP aldolase de classe I, d’abstraire le proton sur l’hydroxyle du C4 et ainsi d’amorcer le clivage du lien C3-C4. L’étude du mécanimse inverse, celui de la condensation, grâce par exemple à la structure de l’enzyme native en complexe avec ses substrats à trois carbones le DHAP et le G3P, a en outre permis d’identifier un isomérisme du substrat G3P comme possible cause de la synthèse des isomères en C4 par cette enzyme. Ce résultat, ainsi que la decouverte d’un possible isomérisme cis-trans autour du lien C2-C3 de la base de Schiff formée avec le DHAP, identifié précedemment, permet de cerner presque complètement les particularités du mécanisme de cette enzyme et d’expliquer comment elle est capable de synthétiser les quatres stéréoisomères 3(S/R), 4(S/R). De plus, la résolution de ces structures a permis de mettre en évidence trois régions très mobiles de la protéine, ce qui pourrait être relié au rôle postulé de son isozyme chez S. pyogenes dans la régulation de l’expression génétique et de la virulence de la bactérie. Enfin, la résolution de la structure du mutant Lys229→Met de la FBP aldolase de muscle en complexe avec la forme cyclique du FBP, de même que des études cristallographiques sur le mutant équivalent Lys205→Met de la TBP aldolase de S. pyogenes et des expériences de calorimétrie ont permis d’identifier deux résidus particuliers, Ala31 et Asp33 chez la FBP aldolase, comme possible cause de la discrimination de cette enzyme contre les substrats 3(R) et 4(S), et ce par encombrement stérique des substrats cycliques. La cristallographie par rayons X et la cinétique enzymatique ont ainsi permis d'avancer dans l'élucidation du mécanisme et des propriétés structurales de cette enzyme aux caractéristiques particulières.

Biochemical mechanisms involved in pulmonary hypo-alveolarization induced by peroxides contaminating parenteral nutrition in newborn guinea pig

La dysplasie broncho-pulmonaire (DBP), caractérisée par un défaut de l’alvéolarisation, est une complication pathologique associée à un stress oxydant chez le nouveau-né prématuré. La DBP est présente chez près de 50 % des nouveau-nés de moins de 29 semaines de gestation. La nutrition parentérale (NP) que ces nouveau-nés reçoivent pour cause d’immaturité gastro-intestinale est une source importante de stress oxydant. En effet, leur NP est contaminée par des peroxydes, dont l’ascorbylperoxyde qui est une forme peroxydée du déshydroascorbate. La génération des peroxydes est catalysée par la lumière ambiante. La photoprotection de la NP, quoique difficile d’application en clinique, est associée à une diminution de l’incidence de la DBP chez les enfants prématurés. Chez l’animal nouveau-né, la photoprotection de la NP est associée à un meilleur développement alvéolaire. Ainsi, nous émettons l’hypothèse que l’ascorbylperoxide infusé avec la NP cause la perte d’alvéoles suite à une apoptose exagérée induite par l’oxydation du potentiel redox du glutathion. Cette oxydation du potentiel redox serait occasionnée par l’inhibition de la transformation hépatique de la méthionine en cystéine, menant à une diminution de la synthèse de glutathion au foie et dans les tissus tels que les poumons. La confirmation de cette hypothèse suggérera qu’un ajout de glutathion dans la NP permettra une meilleure détoxification de l’ascorbylperoxide par l’action de la glutathion peroxydase, et préviendra l’oxydation du potentiel redox et ainsi, la perte d'alvéoles par apoptose. Objectifs : Le but de mon projet de recherche est de comprendre les mécanismes biochimiques liant la NP et le développement de la DBP chez le nouveau-né prématuré et de proposer une alternative nutritionnelle prévenant le développement de cette complication fréquemment observée dans cette population. Les objectifs spécifiques sont : 1) d’évaluer l’impact, au poumon, de l’infusion de l’ascorbylperoxyde sur l’axe métabolique potentiel redox du glutathion - apoptose - le développement alvéolaire; 2) d’étudier l’impact de l’ascorbylperoxyde et du potentiel redox sur l’activité hépatique de la méthionine adénosyltransférase (MAT), première enzyme de la cascade métabolique transformant la méthionine en cystéine; et 3) de tenter de prévenir l’impact négatif de la NP ou de l’infusion d’ascorbylperoxyde sur le poumon en améliorant le statut en glutathion. Méthodes: Par un cathéter fixé dans la jugulaire, des cochons d’Inde de trois jours de vie (n = 8 par groupe) ont reçu en continu durant 4 jours une NP ou une solution de base (dextrose + NaCl) enrichie des différentes molécules à l’essai. Le premier objectif a été atteint en enrichissant la solution de base en ascorbylperoxyde à 0, 20, 60 et 180 μM. Ces solutions contenaient ou non 350 μM H2O2 pour se rapprocher des conditions cliniques. Le second objectif a été atteint en investiguant les mécanismes d’inhibition de la MAT dans des animaux infusés ou non avec des solutions contenant la solution de base, des peroxydes, du glutathion et la NP (dextrose + acides aminés + multivitamines + lipides). Le troisième objectif a été atteint en ajoutant ou non à une solution d’ascorbylperoxide ou à la NP 10 μM de glutathion (GSSG), afin d’obtenir une concentration plasmatique normale de glutathion. Après 4 jours, les poumons étaient prélevés et traités pour la détermination de GSH et GSSG par électrophorèse capillaire, le potentiel redox était calculé selon l'équation de Nernst et le niveau de caspase-3 actif (marqueur d’apoptose) par Western blot et l’index d’alvéolarisation quantifié par le nombre d’interceptes entre des structures histologiques et une droite calibrée. Les données étaient comparées par ANOVA, les effets étaient considérés comme significatifs si le p était inférieur à 0,05. Résultats: L’infusion de l’ascorbylperoxyde, indépendamment du H2O2, a induit une hypoalvéolarisation, une activation de la caspase-3 et une oxydation du potentiel redox de manière dose-dépendante. Ces effets ont été empêchés par l’ajout de GSSG à la NP ou à la solution d’ascorbylperoxyde (180 M). L’ascorbylperoxyde et le H2O2 ont inhibé l’activité de MAT tandis qu’elle était linéairement modulée par la valeur du potentiel redox hépatique. Conclusion : Nos résultats suggèrent que l’ascorbylperoxyde est l’agent actif de la NP conduisant au développement de la DBP. Ainsi la correction des bas niveaux de glutathion induits par les peroxydes de la NP favorise la détoxification des peroxydes et la correction du potentiel redox pulmonaire ; ce qui a protégé les poumons des effets délétères de la NP en outrepassant l’inhibition de la MAT hépatique. Nos résultats sont d'une grande importance car ils donnent de l'espoir pour une prévention possible de la DBP.

Biochemical mechanisms involved in pulmonary hypo-alveolarization induced by peroxides contaminating parenteral nutrition in newborn guinea pig

La dysplasie broncho-pulmonaire (DBP), caractérisée par un défaut de l’alvéolarisation, est une complication pathologique associée à un stress oxydant chez le nouveau-né prématuré. La DBP est présente chez près de 50 % des nouveau-nés de moins de 29 semaines de gestation. La nutrition parentérale (NP) que ces nouveau-nés reçoivent pour cause d’immaturité gastro-intestinale est une source importante de stress oxydant. En effet, leur NP est contaminée par des peroxydes, dont l’ascorbylperoxyde qui est une forme peroxydée du déshydroascorbate. La génération des peroxydes est catalysée par la lumière ambiante. La photoprotection de la NP, quoique difficile d’application en clinique, est associée à une diminution de l’incidence de la DBP chez les enfants prématurés. Chez l’animal nouveau-né, la photoprotection de la NP est associée à un meilleur développement alvéolaire. Ainsi, nous émettons l’hypothèse que l’ascorbylperoxide infusé avec la NP cause la perte d’alvéoles suite à une apoptose exagérée induite par l’oxydation du potentiel redox du glutathion. Cette oxydation du potentiel redox serait occasionnée par l’inhibition de la transformation hépatique de la méthionine en cystéine, menant à une diminution de la synthèse de glutathion au foie et dans les tissus tels que les poumons. La confirmation de cette hypothèse suggérera qu’un ajout de glutathion dans la NP permettra une meilleure détoxification de l’ascorbylperoxide par l’action de la glutathion peroxydase, et préviendra l’oxydation du potentiel redox et ainsi, la perte d'alvéoles par apoptose. Objectifs : Le but de mon projet de recherche est de comprendre les mécanismes biochimiques liant la NP et le développement de la DBP chez le nouveau-né prématuré et de proposer une alternative nutritionnelle prévenant le développement de cette complication fréquemment observée dans cette population. Les objectifs spécifiques sont : 1) d’évaluer l’impact, au poumon, de l’infusion de l’ascorbylperoxyde sur l’axe métabolique potentiel redox du glutathion - apoptose - le développement alvéolaire; 2) d’étudier l’impact de l’ascorbylperoxyde et du potentiel redox sur l’activité hépatique de la méthionine adénosyltransférase (MAT), première enzyme de la cascade métabolique transformant la méthionine en cystéine; et 3) de tenter de prévenir l’impact négatif de la NP ou de l’infusion d’ascorbylperoxyde sur le poumon en améliorant le statut en glutathion. Méthodes: Par un cathéter fixé dans la jugulaire, des cochons d’Inde de trois jours de vie (n = 8 par groupe) ont reçu en continu durant 4 jours une NP ou une solution de base (dextrose + NaCl) enrichie des différentes molécules à l’essai. Le premier objectif a été atteint en enrichissant la solution de base en ascorbylperoxyde à 0, 20, 60 et 180 μM. Ces solutions contenaient ou non 350 μM H2O2 pour se rapprocher des conditions cliniques. Le second objectif a été atteint en investiguant les mécanismes d’inhibition de la MAT dans des animaux infusés ou non avec des solutions contenant la solution de base, des peroxydes, du glutathion et la NP (dextrose + acides aminés + multivitamines + lipides). Le troisième objectif a été atteint en ajoutant ou non à une solution d’ascorbylperoxide ou à la NP 10 μM de glutathion (GSSG), afin d’obtenir une concentration plasmatique normale de glutathion. Après 4 jours, les poumons étaient prélevés et traités pour la détermination de GSH et GSSG par électrophorèse capillaire, le potentiel redox était calculé selon l'équation de Nernst et le niveau de caspase-3 actif (marqueur d’apoptose) par Western blot et l’index d’alvéolarisation quantifié par le nombre d’interceptes entre des structures histologiques et une droite calibrée. Les données étaient comparées par ANOVA, les effets étaient considérés comme significatifs si le p était inférieur à 0,05. Résultats: L’infusion de l’ascorbylperoxyde, indépendamment du H2O2, a induit une hypoalvéolarisation, une activation de la caspase-3 et une oxydation du potentiel redox de manière dose-dépendante. Ces effets ont été empêchés par l’ajout de GSSG à la NP ou à la solution d’ascorbylperoxyde (180 M). L’ascorbylperoxyde et le H2O2 ont inhibé l’activité de MAT tandis qu’elle était linéairement modulée par la valeur du potentiel redox hépatique. Conclusion : Nos résultats suggèrent que l’ascorbylperoxyde est l’agent actif de la NP conduisant au développement de la DBP. Ainsi la correction des bas niveaux de glutathion induits par les peroxydes de la NP favorise la détoxification des peroxydes et la correction du potentiel redox pulmonaire ; ce qui a protégé les poumons des effets délétères de la NP en outrepassant l’inhibition de la MAT hépatique. Nos résultats sont d'une grande importance car ils donnent de l'espoir pour une prévention possible de la DBP.

Microcin J25 has a threaded sidechain-to-backbone ring structure and not a head-to-tail cyclized backbone

Microcin J25 is a 21 amino acid bacterial peptide that has potent antibacterial activity against Gram-negative bacteria, resulting from its interaction with RNA polymerase. The peptide was previously proposed to have a head-to-tail cyclized peptide backbone and a tight globular structure (Blond, A., Peduzzi, J., Goulard, C., Chiuchiolo, M. J., Barthelemy, M., Prigent, Y., Salomon, R. A., Farias, R. N., Moreno, F. & Rebuffat, S. Eur. J. Biochem. 1999, 259, 747-755). It exhibits remarkable thermal stability for a peptide of its size lacking disulfide bonds and in part this was previously proposed to derive from its macrocyclic structure. We show here that in fact the peptide does not have a head-to-tail cyclic structure but rather a side chain to backbone cyclization between Glu8 and the N-terminus. This creates an embedded ring that is threaded by the C-terminal tail of the molecule, forming a noose-like feature. The three-dimensional structure deduced from NMR data suggests that slippage of the noose is prevented by two aromatic residues flanking the embedded ring. Unthreading does not occur even when the molecule is enzymatically digested with thermolysin. The new structural interpretation fully accounts for previously reported NMR and biophysical data and is consistent with the remarkable stability of this potent antimicrobial peptide.

Twists, knots, and rings in proteins: Structural definition of the cyclotide framework

In recent years an increasing number of miniproteins containing an amide-cyclized backbone have been discovered. The cyclotide family is the largest group of such proteins and is characterized by a circular protein backbone and six conserved cysteine residues linked by disulfide bonds in a tight core of the molecule. These form a cystine knot in which an embedded ring formed by two of the disulfide bonds and the connecting backbone segment is threaded by a third disulfide bond. In the current study we have undertaken high resolution structural analysis of two prototypic cyclotides, kalata B1 and cycloviolacin O1, to define the role of the conserved residues in the sequence. We provide the first comprehensive analysis of the topological features in this unique family of proteins, namely rings (a circular backbone), twists (a cis-peptide bond in the Mobius cyclotides) and knots (a knotted arrangement of the disulfide bonds).

Endogenous amino acid flow in the avian ileum: quantification using three techniques

The aim of the present study was to compare the protein-free diet, guanidinated casein (GuC) and enzyme hydrolysed casein (EHC) methods for the quantification of endogenous amino acid (AA) flow in the avian ileum. Growing broiler chickens (5 weeks old) were used. All three assay diets were based on dextrose, and in the GuC and EHC diets GuC or EHC were the sole source of N. Endogenous AA flows determined with the use of protein-free diet were considerably lower (P < 0.05) than those determined by the GuC and EHC methods. The, total endogenous AA flows determined by the GuC and EHC methods were almost 3-fold greater (P < 0.05) than those determined by the protein-free diet. The endogenous AA values obtained from GuC and EHC methods were similar (P >0.05), except for the flow of arginine, which was lower (P < 0.05) in the EHC method. Glutamic acid, aspartic acid, threonine and glycine were the predominant endogenous AA present in digesta from the distal ileum. The contents of methionine, histidine and cystine were lower compared with other AA. The method of determination had no effect on the AA composition of endogenous protein, except for threonine, glutamic acid, lysine, arginine and cystine. The concentrations of threonine and arginine were lower (P < 0.05) and that of lysine was higher (P < 0.05) with the EHC method compared with the other two methods. The concentration of glutamic acid was greater (P < 0.05) and that of cystine was lower (P < 0.05) in the EHC and GuC methods compared with the protein-free diet method. The results showed that the ileal endogenous flows of N and AA are markedly enhanced by the presence of protein and peptides, above those determined following feeding of a protein-free diet. It is concluded that the use of EHC and GuC methods enables the measurement of ileal endogenous losses in chickens under normal physiological conditions.

Solution structure of the cyclotide palicourein: Implications for the development of a pharmaceutical framework

The cyclotides are a family of disulfide-rich proteins from plants. They have the characteristic structural features of a circular protein backbone and a knotted arrangement of disulfide bonds. Structural and biochemical studies of the cyclotides suggest that their unique physiological stability can be loaned to bioactive peptide fragments for pharmaceutical and agricultural development. In particular, the cyclotides incorporate a number of solvent-exposed loops that are potentially suitable for epitope grafting applications. Here, we determine the structure of the largest known cyclotide, palicourein, which has an atypical size and composition within one of the surface-exposed loops. The structural data show that an increase in size of a palicourein loop does not perturb the core fold, to which the thermodynamic and chemical stability has been attributed. The cyclotide core fold, thus, can in principle be used as a framework for the development of useful pharmaceutical and agricultural bioactivities.

Discovery, structure and biological activities of the cyclotides

The cyclotides are a family of small disulfide rich proteins that have a cyclic peptide backbone and a cystine knot formed by three conserved disulfide bonds. The combination of these two structural motifs contributes to the exceptional chemical, thermal and enzymatic stability of the cyclotides, which retain bioactivity after boiling. They were initially discovered based on native medicine or screening studies associated with some of their various activities, which include uterotonic action, anti-HIV activity, neurotensin antagonism, and cytotoxicity. They are present in plants from the Rubiaceae, Violaceae and Cucurbitaccae families and their natural function in plants appears to be in host defense: they have potent activity against certain insect pests and they also have antimicrobial activity. There are currently around 50 published sequences of cyclotides and their rate of discovery has been increasing over recent years. Ultimately the family may comprise thousands of members. This article describes the background to the discovery of the cyclotides, their structural characterization, chemical synthesis, genetic origin, biological activities and potential applications in the pharmaceutical and agricultural industries. Their unique topological features make them interesting from a protein folding perspective. Because of their highly stable peptide framework they might make useful templates in drug design programs, and their insecticidal activity opens the possibility of applications in crop protection.

The role of the cyclic peptide backbone in the anti-HIV activity of the cyclotide kalata B1

The plant cyclotides, the largest known family of circular proteins, have tightly folded structures and a range of biological activities that lend themselves to potential pharmaceutical and agricultural applications. Based on sequence homology, they are classified into the bracelet and Mobius subfamilies. The bracelet subfamily has previously been shown to display anti-HIV activity. We show here that a member of the Mobius subfamily, kalata B1, also exhibits anti-HIV activity despite extensive sequence differences between the subfamilies. In addition, acyclic permutants of kalata B1 displayed no anti-HIV activity, suggesting that this activity is critically dependent on an intact circular backbone. (C) 2004 Federation of European Biochemical Societies. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Cyclization of pyrrhocoricin retains structural elements crucial for the antimircobial activity of the native peptide

Pyrrhacoricin is a naturally occurring antimicrobial peptide from the European fire bug Pyrrhocoris apterus. It has submicromolar activity against a range of Gram-negative bacterial strains and has created recent interest as a lead for the development of novel antibiotic compounds. In this study, we have used NMR spectroscopy to determine the solution structures of pyrrhocoricin and a synthetic macrocyclic derivative that has improved in vivo pharmaceutical properties. Native pyrrhocoricin is largely disordered in solution, but there is evidence of a subpopulation with ordered turn regions over residues 2-5, 4-7, and 16-19. The macrocyclic derivative incorporates a nine amino acid linker joining the N- and C-termini, which does not adversely affect the antimicrobial potency but leads to a broader spectrum of activity. The NMR data suggest that the turn conformations in the cyclic derivative are similar to those in the native form, thus implicating them in the biological function. (C) 2004 Wiley Periodicals, Inc.

Capped acyclic permutants of the circular protein kalata B1

The cyclotides are a family of head-to-tail cyclized peptides that display exceptionally high stability and a range of biological activities. Acyclic permutants that contain a break in the circular backbone have been reported to be devoid of the haemolytic activity of the prototypic cyclotide kalata B1, but the potential role of the charges at the introduced termini in this loss of membraneolytic activity has not been fully determined. In this study, acyclic permutants of kalata B1 with capped N- and G termini were synthesized and found to adopt a native fold. These variants were observed to cause no measurable lysis of erythrocytes, strengthening the connection between backbone cyclization and haemolytic activity. (C) 2004 Published by Elsevier B.V. on behalf of the Federation of European Biochemical Societies.

Variations in cyclotide expression in Viola species

Cyclotides, a family of approximately 50 mini-proteins isolated from various Violaceae and Rubiaceae plants, are characterized by their circular peptide backbone and six conserved cysteine residues arranged in a cystine knot motif. Cyclotides show a wide range of biological activities, making them interesting targets for both pharmaceutical and agrochemical research, but little is known about their natural function and the events that trigger their expression. An investigation of the geographical and seasonal variations of cyclotide profiles has been performed, using the native Australian violet, Viola hederacea, and the Swedish sweet violet, Viola odorata, as model plants. The results showed that in the Australian violet the relative peptide levels of some cyclotides remained almost constant throughout the year, while other cyclotides were present only at certain times of the year. Therefore, it appears that V. hederacea expresses a basic armory of cyclotides as well as special add-ons whose levels are influenced by external factors. In the Swedish violet, cyclotide levels were increased up to 14 times during the warmest period of the year. The larger variation in expression levels of the Swedish plants may be a reflection of a greater climatic variation.

Structure-function studies of the plant cyclotides: The role of a circular protein backbone

The traditional idea of proteins as linear chains of amino acids is being challenged with the discovery of miniproteins that contain a circular backbone. The cyclotide family is the largest group of circular proteins and is characterized by an amide-circularized protein backbone and six conserved cysteine residues. These conserved cysteines are paired to form a knotted network of disulfide bonds. The combination of the circular backbone and a cystine knot, known as the cyclic cystine knot (CCK) motif, confers exceptional stability upon the cyclotides. This review discusses the role of the circular backbone based on studies of both the oxidative folding of kalata B1, the prototypical cyclotide, and a comparison of the structure and activity of kalata B1 and its acyclic permutants.