Rekonstitution des Fumaratsensors DcuS in Liposomen und Transport von Fumarat und Succinat in Escherichia coli

Das Zweikomponentenregulationssystem DcuSR kontrolliert die Expression der wichtigsten fumaratinduzierten Gene in Escherichia coli. Die Gene dcuB und dctA, die fürDicarboxylatcarrier kodieren, sowie das Fumaratreduktase-Operon (frd), sind Zielgene für DcuSR. DcuS ist eine membranständige Sensorkinase mit einer großen periplasmatischen Domäne. NMR-spektroskopische Untersuchungen dieser Domäne zeigen Alpha-Helices und Beta-Faltblätter. Für die Fumaratbindung wichtige Aminosäuren wurden durch Mutagenese identifiziert. Gereinigtes DcuS wurde in Liposomen rekonstituiert. In Anwesenheit von ATP wird DcuS autophosphoryliert. Der Phosphatrest kann dann auf DcuR übertragen werden und beweist somit die Aktivität dieses in vitro Testsystems.Der Transport von C4-Dicarboxylaten erfolgt unter anaeroben Bedingungen durch die sekundären Carrier DcuA, DcuB und DcuC. Es konnte ein weiteres Protein (DcuD) identifiziert werden, das hohe Sequenzähnlichkeit zu DcuC aufweist. Eine dcuD-Mutante zeigte keinen Phänotyp und überproduziertes DcuD konnte den Ausfall der anderen Dcu-Carrier nicht kompensieren. DcuD ist damit ein kryptisches Mitglied der Dcu-Carrierfamilie. Unter aeroben Bedingungen katalysiert DctA den Transport von C4-Dicarboxylaten. Dennoch können dctA-Mutanten noch mit Succinat wachsen. Die Diffusionsrate von Succinat durch Membranen wurde bestimmt. Sie ist um Größenordnungen niedriger als der Transport in der Mutante. Bei dem DctA unabhängigen Transportsystem handelt es sich um einen H+/Succinat2-Symporter, der bei saurem pH aktiv ist und viele Eigenschaften eines Monocarboxylatcarriers aufweist.

Struktur- und Funktionsuntersuchungen des C 4-Dicarboxylat-Sensors DcuS von Escherichia coli

Das Zweikomponentensystem DcuSR reguliert die Expression der Gene der anaeroben Fumaratatmung in E. coli in Abhängigkeit von externen C4-Dicarbonsäuren. Die membranständige Histidinkinase DcuS detektiert den Reiz und leitet ihn über die Membran an den Responseregulaor DcuR weiter, der die Aktivität der Zielgene reguliert. Das Substratspektrum von DcuS wurde näher untersucht und strukturelle Eigenschaften der Substrate sowie ihre Affinität zu DcuS bestimmt. Es wird vermutet, dass Histidinkinasen im aktiven Zustand als Dimere oder höhere Oligomere vorliegen. Der Oligomerisierungszustand von DcuS in der Membran wurde mittels EPR-Spektroskopie untersucht. Es wurden funktionelle Cysteinmutanten von DcuS hergestellt, die nur an bestimmten Positionen der periplasmatischen Domäne Cysteinreste, aber sonst keine weiteren Cysteinreste, enthielten. Die Proteine wurden isoliert, über die Cysteinreste mit Nitroxiden markiert und in Liposomen rekonstituiert. Erste EPR-Messungen zeigten, dass rekonstituiertes DcuS in einem geordneten Zustand in der Membran vorliegt, der diskrete Abstände zwischen den Monomeren aufweist. Die Struktur von rekonstituiertem DcuS in der Membran soll durch Festkörper-NMR aufgeklärt werden. Ein geeignetes C-terminal verkürztes Konstrukt, DcuS-PD/PAS wurde zu diesem Zweck hergestellt. Das Protein ließ sich in hoher Reinheit isolieren und konnte wieder in Liposomen rekonstituiert werden. Vorbereitende NMR-Messungen zeigten, dass eine Strukturaufklärung an diesem Protein möglich ist. Weitere Strukturuntersuchungen werden zur Zeit durchgeführt.

Carrier und Regulatoren des Tartrat- und C 4-Dicarboxylatstoffwechsels von Escherichia coli

In E. coli dient L-Tartrat als Elektronenakzeptor während des anaeroben Wachstums und wird schließlich zu Succinat umgesetzt. Der sekundäre Carrier TtdT (YgjE) von E. coli ist ein Antiporter, der die Aufnahme von L-Tartrat im elektroneutralen Austausch gegen intrazelluläres Succinat katalysiert. TtdT besitzt eine hohe Substratspezifität und katalysiert den Transport von L-Tartrat und Succinat, nicht aber von meso- und D-Tartrat. Das Gen ttdT (ygjE) bildet mit den Genen ttdA und ttdB, welche für die L-Tartratdehydratase kodieren, ein Operon. Das benachbarte Gen ttdR (ygiP) kodiert für TtdR (YgiP), einen Tartrat-spezifischen Regulator vom LysR-Typ. TtdR reguliert die L-Tartratfermentation direkt durch Induktion des ttdABT-Operons und durch Autoregulation. TtdR stellt damit den Tartrat-spezifischen Regulator dar, der auf die Expression des ttdR ttdABT-Genclusters spezialisiert ist. Dagegen reguliert DcuSR, das Zweikomponentensystem für C4-Dicarboxylate, die L-Tartratfermentation indirekt durch die Regulation der Gene für die Fumaratatmung. YfaV und YeaV sind weitere potentielle Tartrattransporter. YfaV katalysiert vermutlich den Transport von C4-Dicarboxylaten, einschließlich Tartrat, unter aeroben und anaeroben Bedingungen. YeaV wird nur in Anwesenheit von L- und meso-Tartrat und unter aeroben Bedingungen gebildet. Die yeaUVWX-Gene unterliegen der trankriptionellen Regulation durch YeaT, dessen Gen yeaT vor yeaU liegt. YeaT ist wie TtdR ein Tartrat-spezifischer Regulator und besitzt eine signifikante Ähnlichkeit zu TtdR.

Der Carrier DcuB als zweiter Sensor des Zweikomponentensystems DcuSR in Escherichia coli

Escherichia coli kann C4-Dicarboxylate und andere Carbonsäuren als Substrate für den aeroben und anaeroben Stoffwechsel nutzen. Die Anwesenheit von C4-Dicarboxylaten im Außenmedium wird über das Zweikomponentensystem DcuSR, bestehend aus der membranständigen Sensorkinase DcuS und dem cytoplasmatischen Responseregulator DcuR, erkannt. Die Bindung von C4-Dicarboxylaten an die periplasmatische Domäne von DcuS führt zu einer Induktion der Zielgene. Hierzu zählen die Gene für den anaeroben Fumarat/Succinat-Antiporter DcuB (dcuB), die anaerobe Fumarase (fumB) und die Fumaratreduktase (frdABCD). Unter aeroben Bedingungen stimuliert DcuSR die Expression des dctA Gens, das für den aeroben C4-Dicarboxylat-Carrier DctA kodiert. Für den Carrier DcuB konnte eine regulatorische Funktion bei der Expression der DcuSR-regulierten Gene gezeigt werden. Die Inaktivierung des dcuB Gens führte bereits ohne Fumarat zu einer maximalen Expression einer dcuB´-´lacZ Reportergenfusion und anderer DcuSR-abhängiger Gene. Diese Stimulierung erfolgte nur in einem dcuS-positiven Hintergrund. DcuB unterscheidet sich damit von den alternativen Carriern DcuA und DcuC, die diesen Effekt nicht zeigten. Mithilfe ungerichteter Mutagenese wurden DcuB-Punktmutanten hergestellt (Thr394Ile und Asp398Asn), die eine Geninduktion verursachten, aber eine intakte Transportfunktion besaßen. Dies zeigt, dass der regulatorische Effekt von DcuB unabhängig von dessen Transportfunktion ist. Durch gerichtete Mutagenese wurde die Funktion einer Punktmutation (Thr394) näher charakterisiert. Es werden zwei Modelle zur Membrantopologie von DcuB und der Lage der Punktmutationen im Protein vorgestellt. Da DcuB seine regulatorische Funktion über eine Interaktion mit DcuS vermitteln könnte, wurden mögliche Wechselwirkungen zwischen DcuB und DcuS als auch DcuR mithilfe von Two-Hybrid-Systemen untersucht. Für biochemische Untersuchungen von DcuB wurde außerdem die Expression des Proteins in vivo und in vitro versucht. Unter aeroben Bedingungen beeinflusst der C4-Dicarboxylat-Carrier DctA die Expression der DcuSR-abhängigen Gene. Eine Mutation des dctA Gens bewirkte eine stärkere Expression einer dctA´-´lacZ Reportergenfusion im Vergleich zum Wildtyp. Diese Expression nahm in einem dcuS-negativen Hintergrund ab, die Succinat-abhängige Induktion blieb jedoch erhalten. Unter anaeroben Bedingungen kann das dctA Gen auch durch Inaktivierung von DcuB induziert werden. Es wird ein Modell vorgestellt, das die Beteiligung beider Carrier an der DcuSR-abhängigen Regulation erklärt.

Oligomerisation, localisation and interaction of the sensor histidine kinases DcuS and CitA in Escherichia coli

The two-component system DcuSR of Escherichia coli regulates gene expression of anaerobic fumarate respiration and aerobic C4-dicarboxylate uptake. C4-dicarboxylates and citrate are perceived by the periplasmic domain of the membrane-integral sensor histidine kinase DcuS. The signal is transduced across the membrane by phosphorylation of DcuS and of the response regulator DcuR, resulting in activation of DcuR and transcription of the target genes.rnIn this work, the oligomerisation of full-length DcuS was studied in vivo and in vitro. DcuS was genetically fused to derivatives of the green fluorescent protein (GFP), enabling fluorescence resonance energy transfer (FRET) measurements to detect protein-protein interactions in vivo. FRET measurements were also performed with purified His6-DcuS after labelling with fluorescent dyes and reconstitution into liposomes to study oligomerisation of DcuS in vitro. In vitro and in vivo fluorescence resonance energy transfer showed the presence of oligomeric DcuS in the membrane, which was independent of the presence of effector. Chemical crosslinking experiments allowed clear-cut evaluation of the oligomeric state of DcuS. The results showed that detergent-solubilised His6-DcuS was mainly monomeric and demonstrated the presence of tetrameric DcuS in proteoliposomes and in bacterial membranes.rnThe sensor histidine kinase CitA is part of the two-component system CitAB of E. coli, which is structurally related to DcuSR. CitAB regulates gene expression of citrate fermentation in response to external citrate. The sensor kinases DcuS and CitA were fused with an enhanced variant of the yellow fluorescent protein (YFP) and expressed in E. coli under the control of an arabinose-inducible promoter. The subcellular localisation of DcuS-YFP and CitA-YFP within the cell membrane was studied by means of confocal laser fluorescence microscopy. Both fusion proteins were found to accumulate at the cell poles. The polar accumulation was slightly increased in the presence of the stimulus fumarate or citrate, respectively, but independent of the expression level of the fusion proteins. Cell fractionation demonstrated that polar accumulation was not related to inclusion bodies formation. The degree of polar localisation of DcuS-YFP was similar to that of the well-characterised methyl-accepting chemotaxis proteins (MCPs), but independent of their presence. To enable further investigations on the function of the polar localisation of DcuS under physiological conditions, the sensor kinase was genetically fused to the flavin-based fluorescent protein Bs2 which shows fluorescence under aerobic and anaerobic conditions. The resulting dcuS-bs2 gene fusion was inserted into the chromosome of various E. coli strains.rnFurthermore, a protein-protein interaction between the related sensor histidine kinases DcuS and CitA, regulating common metabolic pathways, was detected via expression studies under anaerobic conditions in the presence of citrate and by in vivo FRET measurements.

The C-4-Dicarboxylate carriers DcuB and DctA of Escherichia coli: function as cosensors and topology

Das fakultativ anaerobe Enterobakterium Escherichia coli nutzt C4-Dicarboxylate sowohl unter aeroben als auch anaeroben Bedingungen als Kohlenstoff- und Energiequelle. Die Aufnahme der C4-Dicarboxylaten und die Energiekonservierung mittels Fumaratatmung wird durch das Zweikomponentensystem DcuSR reguliert. Die Sensorhistidinkinase DcuS und der nachgeschaltete Responseregulator DcuR aktivieren bei Verfügbarkeit von C4-Dicarboxylaten die Expression der Gene für den Succinat Transporter DctA, den anaeroben Fumarat/Succinat Antiporter DcuB, die Fumarase B sowie die Fumaratreduktase FrdABCD. Die Transportproteine DctA und DcuB wiederum regulieren die Expression der DcuSR-abhängigen Gene negativ. Fehlen von DctA oder DcuB resultiert bereits ohne Effektor in einer maximalen Expression von dctA bzw. dcuB. Durch gerichtete und ungerichtete Mutagenese wurde gezeigt, dass die Transportfunktion des Carriers DcuB unabhängig von seiner regulatorischen Funktion ist. DcuB kann daher als Cosensor des DcuSR Systems angesehen werden.rnUnter Verwendung von Reportergenfusionen von C-terminal verkürzten Konstrukten von DcuB mit der Alkalischen Phosphatase und der β-Galactosidase wurde die Topologie des Multitransmembranproteins DcuB bestimmt. Zusätzlich wurde die Zugänglichkeit bestimmter Aminosäurereste durch chemische Modifikation mit membran-durchlässigen und membran-undurchlässigen Thiolreagenzien untersucht. Die erhaltenen Ergebnisse deuten auf die Existenz eines tief in die Membran reichenden, hydrophilen Kanal hin, welcher zum Periplasma hin geöffnet ist. Mit Hilfe der Topologie-Studien, des Hydropathie-Blots und der Sekundärstruktur-Vorhersage wurde ein Modell des Carriers erstellt. DcuB besitzt kurze, periplasmatisch liegende Proteinenden, die durch 12 Transmembranhelices und zwei große hydrophile Schleifen jeweils zwischen TM VII/VIII und TM XI/XII verbunden sind. Die regulatorisch relevanten Reste K353, T396 und D398 befinden sich innerhalb von TM XI sowie auf der angrenzenden cytoplasmatischen Schleife XI-XII. Unter Berücksichtigung der strukturellen und funktionellen Aspekte wurde ein Regulationsmodell erstellt, welches die gemeinsam durch DcuB und DcuS kontrollierte C4-Dicarboxylat-abhängige Genexpression darstellt. rnDer Effekt von DctA und DcuSR auf die Expression einer dctA´-´lacZ Reportergenfusion und auf die aerobe C4-Dicarboxylat-Aufnahme wurde untersucht. In-vivo FRET-Messungen weisen auf eine direkte Wechselwirkung zwischen dem Carrier DctA und dem Sensor DcuS hin. Dieses Ergebnis stützt die Theorie der Regulation von DcuS durch C4-Dicarboxylate und durch die Cosensoren DctA bzw. DcuB mittels direkter Protein-Protein Interaktion.rn

Funktion der C 4-Dicarboxylat-Transporter DctA und DcuB als Co-Sensoren von DcuS in Escherichia coli

Escherichia coli kann C4-Dicarboxylate sowohl unter aeroben als auch unter anaeroben Bedingungen zur Energiekonservierung nutzen. Die Synthese der beteiligten Transporter und Enzyme wird auf der Transkriptionsebene durch das Zweikomponentensystem DcuSR reguliert. DcuS ist der Sensor für C4-Dicarboxylate. Der Antwortregulator DcuR wird von DcuS aktiviert und induziert die Expression des C4-Dicarboxylat-Transporters DctA unter aeroben Verhältnissen. Anaerob verstärkt DcuSR die Expression des Fumarat/Succinat-Antiporters DcuB, der Fumarase B und der Fumaratreduktase FrdABCD. DctA und DcuB agieren als Co-Sensoren von DcuS und üben einen negativen Effekt auf die Genexpression von dctA bzw. dcuB aus.rnIn dieser Arbeit wurde die Funktion von DctA und DcuB als Co-Sensoren von DcuS untersucht. Sowohl für DcuB als auch für DctA wurde eine direkte Protein-Protein-Interaktion mit DcuS über ein bakterielles Two-Hybrid System nachgewiesen. DcuS bildete ein Transporter-Sensor-Cluster mit DctA und DcuB. C-terminale Verkürzung und die Mutagenese einzelner Aminosäuren der C-terminalen Helix 8b von DctA führten zu einem Verlust der Interaktion mit DcuS. Mit dieser Interaktion gingen sowohl die regulatorische Funktion als auch die Transportfunktion der Punktmutante DctA-L414A verloren. Ein Verlust der Interaktion wurde ebenfalls zwischen einer konstitutiv aktiven DcuS-Mutante und wildtypischem DctA beobachtet. Ebenso zeigte sich eine partielle Reduktion der Interaktion von DcuS mit DctA, wenn DcuS nach der zweiten Transmembranhelix verkürzt wurde. Die Interaktion zwischen DcuS und DctA wurde durch den Effektor Fumarat modifiziert, ging aber nicht komplett verloren.rnDctA konnte in verschiedenen Plasmidsystemen überproduziert werden und bildete Homotrimere. Die Topologie von DctA wurde mit experimentellen und in silico Methoden aufgeklärt. DctA ähnelt der Struktur und Topologie des Aminosäuretransporters Glt aus Pyrococcus horikoshii. DctA besitzt acht Transmembranhelices mit einem cytosolischen N- und C-Terminus sowie zwei Haarnadelschleifen. Die Substratbindung findet höchstwahrscheinlich in den Haarnadelschleifen statt und der Transport erfolgt nach dem „alternating access“ Modell.rnAußerdem wurde die Funktion des Transporters YfcC untersucht. Das Gen yfcC wurde mit Schlüsselgenen des Acetatstoffwechsels co-transkribiert. In yfcC-Deletionsstämmen zeigte sich ein stammspezifischer Defekt bei Wachstum mit Acetat und Transport von Acetat.

Bindeprotein-abhängige DctS-Sensorkinasen aus Bacillus subtilis und Geobacillus kaustophilus

Das Enterobakterium Escherichia coli sowie das Bodenbakterium Bacillus subtilis können C4-Dicarbonsäuren als aerobe Kohlenstoffquelle zur Energiekonservierung nutzen. Die Regulation des C4-Dicarboxylatstoffwechsels erfolgt in E. coli und B. subtilis durch das Zweikomponentensystem DcuSREc bzw. DctSRBs, bestehend aus einer Sensorkinase und einem Responseregulator. Diese kontrollieren die Expression des C4-Dicarboxylat-Transporters DctA. Der Sensor DcuSEc benötigt für seine Funktion im aeroben Stoffwechsel den Transporter DctA als Cosensor. Für das DctSRBs-System gibt es Hinweise aus genetischen Untersuchungen, dass DctSBs das Bindeprotein DctBBs und möglicherweise auch DctABs als Cosensoren für seine Funktion benötigt. In dieser Arbeit sollte ein direkter Nachweis geführt werden, ob DctBBs und DctABs gemeinsam oder nur jeweils eine der Komponenten als Cosensoren für DctSBs fungieren. Sowohl für DctBBs als auch für DctABs wurde eine direkte Protein-Protein-Interaktion mit DctSBs durch zwei in vivo Interaktionsmethoden nachgewiesen. Beide Methoden beruhen auf der Co-Reinigung der Interaktionspartner mittels Affinitätschromatographie und werden je nach Affinitätssäule als mSPINE oder mHPINE (Membrane Strep/His-Protein INteraction Experiment) bezeichnet. Die Interaktion von DctSBs mit DctBBs wurde zusätzlich über ein bakterielles Two-Hybrid System nachgewiesen. Nach Coexpression mit DctSBs interagieren DctABs und DctBBs in mSPINE-Tests gleichzeitig mit der Sensorkinase. DctSBs bildet somit eine sensorische DctS/DctA/DctB-Einheit in B. subtilis und das Bindeprotein DctBBs agiert nur als Cosensor, nicht aber als Transport-Bindeprotein. Eine direkte Interaktion zwischen dem Transporter DctABs und dem Bindeprotein DctBBs besteht nicht. Transportmessungen belegen, dass der DctA-vermittelte Transport von [14C]-Succinat unabhängig ist von DctBBs. Außerdem wurde untersucht, ob Zweikomponentensysteme aus anderen Bakteriengruppen nach einem ähnlichen Schema wie DcuSREc bzw. DctSRBs aufgebaut sind. Das thermophile Bakterium Geobacillus kaustophilus verfügt über ein DctSR-System, welches auf genetischer Ebene mit einem Transporter des DctA-Typs und einem DctB-Bindeprotein geclustert vorliegt. Die Sensorkinase DctSGk wurde in E. coli heterolog exprimiert und gereinigt. Diese zeigt in einer E. coli DcuS-Insertionsmutanten Komplementation der DcuS-Funktion und besitzt dabei Spezifität für die C4-Dicarbonsäuren Malat, Fumarat, L-Tartrat und Succinat sowie für die C6-Tricarbonsäure Citrat. In Liposomen rekonstituiertes DctSGk zeigt Autokinase-Aktivität nach Zugabe von [γ-33P]-ATP. Der KD-Wert für [γ-33P]-ATP der Kinasedomäne von DctSGk liegt bei 43 μM, die Affinität für ATP ist damit etwa 10-fach höher als in DcuSEc.

Evidence for a new fumarate hydratase gene mutation in a unilateral type 2 segmental leiomyomatosis

Multiple cutaneous and uterine leiomyomata syndrome (MCUL; MIM 150800) is a rare condition that sometimes predisposes to renal cancer. It is caused by deleterious mutations in the fumarate hydratase (FH) gene. In many patients, skin leiomyomas have been reported to develop according to a segmental type 1 or type 2 distribution. We report a patient showing multiple leiomyomas distributed according to a segmental type 2 distribution and covering several areas exclusively on the left side of his body.

Impact of Switching From Zidovudine to Tenofovir Disoproxil Fumarate on Bone Mineral Density and Markers of Bone Metabolism in Virologically Suppressed HIV-1 Infected Patients; A Substudy of the PREPARE Study

Context: In virologically suppressed, antiretroviral-treated patients, the effect of switching to tenofovir (TDF) on bone biomarkers compared to patients remaining on stable antiretroviral therapy is unknown. Methods: We examined bone biomarkers (osteocalcin [OC], procollagen type 1 amino-terminal propeptide, and C-terminal cross-linking telopeptide of type 1 collagen) and bone mineral density (BMD) over 48 weeks in virologically suppressed patients (HIV RNA < 50 copies/ml) randomized to switch to TDF/emtricitabine (FTC) or remain on first-line zidovudine (AZT)/lamivudine (3TC). PTH was also measured. Between-group differences in bone biomarkers and associations between change in bone biomarkers and BMD measures were assessed by Student's t tests, Pearson correlation, and multivariable linear regression, respectively. All data are expressed as mean (SD), unless otherwise specified. Results: Of 53 subjects (aged 46.0 y; 84.9% male; 75.5% Caucasian), 29 switched to TDF/FTC. There were reductions in total hip and lumbar spine BMD in those switching to TDF/FTC (total hip, TDF/FTC, −1.73 (2.76)% vs AZT/3TC, −0.39 (2.41)%; between-group P = .07; lumbar spine, TDF/FTC, −1.50 (3.49)% vs AZT/3TC, +0.25 (2.82)%; between-group P = .06), but they did not reach statistical significance. Greater declines in lumbar spine BMD correlated with greater increases in OC (r = −0.28; P = .05). The effect of TDF/FTC on bone biomarkers remained significant when adjusted for baseline biomarker levels, gender, and ethnicity. There was no difference in change in PTH levels over 48 weeks between treatment groups (between-group P = .23). All biomarkers increased significantly from weeks 0 to 48 in the switch group, with no significant change in those remaining on AZT/3TC (between-group, all biomarkers, P < .0001). Conclusion: A switch to TDF/FTC compared to remaining on a stable regimen is associated with increases in bone turnover that correlate with reductions in BMD, suggesting that TDF exposure directly affects bone metabolism in vivo.

HBV genotypes and response to tenofovir disoproxil fumarate in HIV/HBV-coinfected persons

BACKGROUND Hepatitis B virus (HBV) genotypes can influence treatment outcome in HBV-monoinfected and human immunodeficiency virus (HIV)/HBV-coinfected patients. Tenofovir disoproxil fumarate (TDF) plays a pivotal role in antiretroviral therapy (ART) of HIV/HBV-coinfected patients. The influence of HBV genotypes on the response to antiviral drugs, particularly TDF, is poorly understood. METHODS HIV/HBV-co-infected participants with detectable HBV DNA prior to TDF therapy were selected from the Swiss HIV Cohort Study. HBV genotypes were identified and resistance testing was performed prior to antiviral therapy, and in patients with delayed treatment response (>6 months). The efficacy of TDF to suppress HBV (HBV DNA <20 IU/mL) and the influence of HBV genotypes were determined. RESULTS 143 HIV/HBV-coinfected participants with detectable HBV DNA were identified. The predominant HBV genotypes were A (82 patients, 57 %); and D (35 patients, 24 %); 20 patients (14 %) were infected with multiple genotypes (3 % A + D and 11 % A + G); and genotypes B, C and E were each present in two patients (1 %). TDF completely suppressed HBV DNA in 131 patients (92 %) within 6 months; and in 12 patients (8 %), HBV DNA suppression was delayed. No HBV resistance mutations to TDF were found in patients with delayed response, but all were infected with HBV genotype A (among these, 5 patients with genotype A + G), and all had previously been exposed to lamivudine. CONCLUSION In HIV/HBV-coinfected patients, infection with multiple HBV genotypes was more frequent than previously reported. The large majority of patients had an undetectable HBV viral load at six months of TDF-containing ART. In patients without viral suppression, no TDF-related resistance mutations were found. The role of specific genotypes and prior lamivudine treatment in the delayed response to TDF warrant further investigation.

Essential role of Glu-C66 for menaquinol oxidation indicates transmembrane electrochemical potential generation by Wolinella succinogenes fumarate reductase

Quinol:fumarate reductase (QFR) is a membrane protein complex that couples the reduction of fumarate to succinate to the oxidation of quinol to quinone, in a reaction opposite to that catalyzed by the related enzyme succinate:quinone reductase (succinate dehydrogenase). In the previously determined structure of QFR from Wolinella succinogenes, the site of fumarate reduction in the flavoprotein subunit A of the enzyme was identified, but the site of menaquinol oxidation was not. In the crystal structure, the acidic residue Glu-66 of the membrane spanning, diheme-containing subunit C lines a cavity that could be occupied by the substrate menaquinol. Here we describe that, after replacement of Glu-C66 with Gln by site-directed mutagenesis, the resulting mutant is unable to grow on fumarate and the purified enzyme lacks quinol oxidation activity. X-ray crystal structure analysis of the Glu-C66 → Gln variant enzyme at 3.1-Å resolution rules out any major structural changes compared with the wild-type enzyme. The oxidation-reduction potentials of the heme groups are not significantly affected. We conclude that Glu-C66 is an essential constituent of the menaquinol oxidation site. Because Glu-C66 is oriented toward a cavity leading to the periplasm, the release of two protons on menaquinol oxidation is expected to occur to the periplasm, whereas the uptake of two protons on fumarate reduction occurs from the cytoplasm. Thus our results indicate that the reaction catalyzed by W. succinogenes QFR generates a transmembrane electrochemical potential.

Safety of oral tenofovir disoproxil fumarate-based pre-exposure prophylaxis for HIV prevention: prospective studies in HIV-uninfected men and women

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Predictors of HBeAg status and hepatitis B viraemia in HIV-infected patients with chronic hepatitis B in the HAART era in Brazil

Background: HBV-HIV co-infection is associated with an increased liver-related morbidity and mortality. However, little is known about the natural history of chronic hepatitis B in HIV-infected individuals under highly active antiretroviral therapy (HAART) receiving at least one of the two drugs that also affect HBV (TDF and LAM). Information about HBeAg status and HBV viremia in HIV/HBV co-infected patients is scarce. The objective of this study was to search for clinical and virological variables associated with HBeAg status and HBV viremia in patients of an HIV/HBV co-infected cohort. Methods: A retrospective cross-sectional study was performed, of HBsAg-positive HIV-infected patients in treatment between 1994 and 2007 in two AIDS outpatient clinics located in the Sao Paulo metropolitan area, Brazil. The baseline data were age, sex, CD4 T+ cell count, ALT level, HIV and HBV viral load, HBV genotype, and duration of antiretroviral use. The variables associated to HBeAg status and HBV viremia were assessed using logistic regression. Results: A total of 86 HBsAg patients were included in the study. Of these, 48 (56%) were using combination therapy that included lamivudine (LAM) and tenofovir (TDF), 31 (36%) were using LAM monotherapy, and 7 patients had no previous use of either one. Duration of use of TDF and LAM varied from 4 to 21 and 7 to 144 months, respectively. A total of 42 (48. 9%) patients were HBeAg positive and 44 (51. 1%) were HBeAg negative. The multivariate analysis revealed that the use of TDF for longer than 12 months was associated with undetectable HBV DNA viral load (serum HBV DNA level < 60 UI/ml) (p = 0. 047). HBeAg positivity was associated with HBV DNA > 60 UI/ml (p = 0. 001) and ALT levels above normality (p = 0. 038). Conclusion: Prolonged use of TDF containing HAART is associated with undetectable HBV DNA viral load. HBeAg positivity is associated with HBV viremia and increased ALT levels.

Entecavir Treatment for up to 5 Years in Patients with Hepatitis B e Antigen-Positive Chronic Hepatitis B

Sustained virologic suppression is a primary goal of therapy for chronic hepatitis B (CHB). In study entecavir (ETV)-022, 48 weeks of entecavir 0.5 mg was superior to lamivudine for virologic suppression for hepatitis B e antigen (HBeAg)-positive CHB. A total of 183 entecavir-treated patients from ETV-022 subsequently enrolled in study ETV-901. We present the results after up to 5 years (240 weeks) of continuous entecavir therapy. The entecavir long-term cohort consists of patients who received >= 1 year of entecavir 0.5 mg in ETV-022 and then entered ETV-901 with a treatment gap <= 35 days. In ETV-901 the entecavir dose was 1.0 mg daily. For patients with samples available at Year 5, proportions with hepatitis B virus (HBV) DNA <300 copies/mL, normal alanine aminotransferase (ALT) levels, HBeAg loss, and HBeAg seroconversion were determined. In all, 146 patients met criteria for inclusion in the entecavir long-term cohort. At Year 5, 94% (88/94) had HBV DNA <300 copies/mL and 80% (78/98) had normal ALT levels. In addition to patients who achieved serologic responses during study ETV-022, 23% (33/141) achieved HBeAg seroconversion and 1.4% (2/145) lost hepatitis B surface antigen (HBsAg) during study ETV-901. Through 5 years, entecavir resistance emerged in one patient. The safety profile of entecavir was consistent with previous reports. Conclusion: Extended therapy with entecavir through 5 years maintained or increased rates of HBV DNA suppression and ALT normalization. Additional patients also achieved HBeAg loss and seroconversion. Entecavir provides sustained viral suppression with minimal resistance during long-term treatment of HBeAg-positive CHB. (HEPATOLOGY 2010;51:422-430.)