Post-depositional modification of atmospheric dust on a granite building in central Rio de Janeiro: implications for surface induration and subsequent stone decay

Extensive contour scaling of a 200 year old granite church is associated with the breaching of an apparently iron-rich crust and the widespread deposition of atmospheric dust within the canyon-like streetscape of Rio de Janeiro. Contemporary dust, accumulated dust from within the a depression on the building surface, the surface crust and the underlying granite are examined by a combination of total element analysis and sequential extraction, X-ray diffraction and energy dispersive X-ray fluorescence. Results indicate an increase in total organic carbon and a marked decrease in pH within the accumulated dust, and a rapid mobilization of anions and cations from the water-soluble and carbonate phases. It is considered that the latter is linked to salt accumulation within and eventual salt weathering of the granite. Post-depositional alteration of the dust is also linked with the de-silicification of clay minerals (Illite to kaolinite) and the loss of silica from the amorphous Fe/Mn phase of the accumulated dust under the initially saline and progressively more acidic conditions experienced at the stone - atmosphere interface. This mobilization of silica is associated with the formation of what is, in effect, a thin silica-rich surface crust or glaze. Within the glaze, assessory amounts of extractable iron are concentrated within the amorphous and crystalline Fe/Mn phases at levels that are significantly elevated with respect to the underlying granite, but much lower than the equivalent phases of the accumulated dust from which it is principally assumed to derive. The protection afforded to the stone work by the crust is not, however, permanent and within the last 15 years it has been possible to observe a rapid increase in the surface delamination of the church close to street level.

Post-Translational Inhibition of IP-10 Secretion in IEC by Probiotic Bacteria: Impact on Chronic Inflammation

Background: Clinical and experimental studies suggest that the probiotic mixture VSL#3 has protective activities in the context of inflammatory bowel disease (IBD). The aim of the study was to reveal bacterial strain-specific molecular mechanisms underlying the anti-inflammatory potential of VSL#3 in intestinal epithelial cells (IEC).

Methodology/Principal Findings: VSL#3 inhibited TNF-induced secretion of the T-cell chemokine interferon-inducible protein (IP-10) in Mode-K cells. Lactobacillus casei (L. casei) cell surface proteins were identified as active anti-inflammatory components of VSL#3. Interestingly, L. casei failed to block TNF-induced IP-10 promoter activity or IP-10 gene transcription at the mRNA expression level but completely inhibited IP-10 protein secretion as well as IP-10-mediated T-cell transmigration. Kinetic studies, pulse-chase experiments and the use of a pharmacological inhibitor for the export machinery (brefeldin A) showed that L. casei did not impair initial IP-10 production but decreased intracellular IP-10 protein stability as a result of blocked IP-10 secretion. Although L. casei induced IP-10 ubiquitination, the inhibition of proteasomal or lysosomal degradation did not prevent the loss of intracellular IP-10. Most important for the mechanistic understanding, the inhibition of vesicular trafficking by 3-methyladenine (3-MA) inhibited IP-10 but not IL-6 expression, mimicking the inhibitory effects of L. casei. These findings suggest that L. casei impairs vesicular pathways important for the secretion of IP-10, followed by subsequent degradation of the proinflammatory chemokine. Feeding studies in TNF Delta ARE and IL-10(-/-) mice revealed a compartimentalized protection of VSL#3 on the development of cecal but not on ileal or colonic inflammation. Consistent with reduced tissue pathology in IL-10(-/-) mice, IP-10 protein expression was reduced in primary epithelial cells.

Conclusions/Significance: We demonstrate segment specific effects of probiotic intervention that correlate with reduced IP-10 protein expression in the native epithelium. Furthermore, we revealed post-translational degradation of IP-10 protein in IEC to be the molecular mechanism underlying the anti-inflammatory effect.

A new microtubule-targeting compound PBOX-15 inhibits T-cell migration via post-translational modifications of tubulin

The ordered, directional migration of T-lymphocytes is a key process during immune surveillance, immune response, and development. A novel series of pyrrolo-1,5-benzoxazepines have been shown to potently induce apoptosis in variety of human chemotherapy resistant cancer cell lines, indicating their potential in the treatment of both solid tumors and tumors derived from the hemopoietic system. Pyrrolobenzoxazepine 4-acetoxy-5-(1-naphtyl)naphtho[2,3-b]pyrrolo[1,2-d][1,4]-oxazepine (PBOX-15) has been shown to depolymerize tubulin in vitro and in the MCF7 breast cancer cell line. We hypothesized that this may suggest a role for this compound in modulating integrin-induced T-cell migration, which is largely dependent on the microtubule dynamics. Experiments were performed using human T lymphoma cell line Hut78 and peripheral blood T-lymphocytes isolated from healthy donors. We observed that human T-lymphocytes exposed to PBOX-15 have severely impaired ability to polarize and migrate in response to the triggering stimulus generated via cross-linking of integrin lymphocyte function associated antigen-1 receptor. Here, we show that PBOX-15 can dramatically impair microtubule network via destabilization of tubulin resulting in complete loss of the motile phenotype of T-cells. We demonstrate that PBOX-15 inhibitory mechanisms involve decreased tubulin polymerization and its post-translational modifications. Novel microtubule-targeting effects of PBOX-15 can possibly open new horizons in the treatment of overactive inflammatory conditions as well as cancer and cancer metastatic spreading.

Post-synthetic modification of metal–organic frameworks

Post-synthetic modification (PSM) of metal-organic frameworks encompassing the chemical transformation of the linker present is a promising new route for engineering optical centres and tuning the light emission properties of materials, both in the visible and in the near infrared (NIR) spectral regions. Here, PSM of isoreticular metal-organic framework-3 (IRMOF-3) with ethyl oxalyl monochloride, ethyl acetoacetate, pentane-2,4-dione, 3-(2- hydroxyphenyl)-3-oxopropanal, 2-chloroacetic acid, glyoxylic acid, methyl vinyl ketone and diethyl (ethoxymethylene)malonate followed by chelation of trivalent lanthanide ions afforded intriguing near infrared (Nd3+) and visible (Eu3+, Tb3+) light emitters. IRMOF-3 was used as a case in point due to both its highly porous crystalline structure and the presence of non-coordinating amino groups on the benzenedicarboxylate (bdc) linker amenable to modification. The materials were characterised by elemental analysis, powder X-ray diffraction, optical, scanning and transmission electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, and liquid and solid-state nuclear magnetic resonance. The solid-state luminescence properties of Ln-modified-IRMOF-3 were investigated at room temperature. The presence of the bdc aromatic ring, β– diketonate and oxalate enhanced the Ln3+ sensitization via ligand-to-metal energy transfer (anthena effect). As far as photocalysis is concerned, we have synthesized metal−organic frameworks (Cr-MIL-125-AC, Ag-MIL-125-AC) by a green method (solid–vapors reactions). The resulting functionalized materials show a photocatalytic activity for methylene blue degradation up to 6.52 times larger than that of the commercial photocatalyst hombikat UV-100. These findings open the door for further research for improving the photocatalytic performance of metal-organic frameworks.

Régulation de l'activité transcriptionnelle du récepteur nucléaire FXR par la ghréline et les modifications post-traductionnelles

Le récepteur X des farnésoïdes (FXR) fait partie de la superfamille des récepteurs nucléaires et agit comme un facteur de transcription suite à la liaison d’un ligand spécifique. Le récepteur FXR, activé par les acides biliaires, joue un rôle essentiel dans le métabolisme des lipides et du glucose en plus de réguler l’homéostasie des acides biliaires. Notre laboratoire a récemment mis en évidence une nouvelle voie de régulation du récepteur PPARγ en réponse au récepteur de la ghréline. En effet, la ghréline induit l’activation transcriptionnelle de PPARγ via une cascade de signalisation impliquant les kinases Erk1/2 et Akt, supportant un rôle périphérique de la ghréline dans les pathologies associées au syndrome métabolique. Il est de plus en plus reconnu que la cascade métabolique impliquant PPARγ fait également intervenir un autre récepteur nucléaire, FXR. Dans ce travail, nous montrons que la ghréline induit l’activation transcriptionnelle de FXR de manière dose-dépendante et induit également la phosphorylation du récepteur sur ses résidus sérine. En utilisant des constructions tronquées ABC et CDEF de FXR, nous avons démontré que la ghréline régule l’activité de FXR via les domaines d’activation AF-1 et AF-2. L’effet de la ghréline et du ligand sélectif GW4064 sur l’induction de FXR est additif. De plus, nous avons démontré que FXR est la cible d’une autre modification post-traductionnelle, soit la sumoylation. En effet, FXR est un substrat cellulaire des protéines SUMO-1 et SUMO-3 et la sumoylation du récepteur est ligand-indépendante. SUMO-1 et SUMO-3 induisent l’activation transcriptionnelle de FXR de façon dose-dépendante. Nos résultats indiquent que la lysine 122 est le site prédominant de sumoylation par SUMO-1, quoiqu’un mécanisme de coopération semble exister entre les différents sites de sumoylation de FXR. Avec son rôle émergeant dans plusieurs voies du métabolisme lipidique, l’identification de modulateurs de FXR s’avère être une approche fort prometteuse pour faire face à plusieurs pathologies associées au syndrome métabolique et au diabète de type 2.

Analytical strategies for the comprehensive profiling of histone post translational modifications by mass spectrometry and implications for functional analyses

Le long bio-polymère d'ADN est condensé à l’intérieur du noyau des cellules eukaryotes à l'aide de petites protéines appelées histones. En plus de leurs fonctions condensatrices,ces histones sont également la cible de nombreuses modifications post-traductionnelles(MPT), particulièrement au niveau de leur section N-terminale. Ces modifications réversibles font partie d’un code d’histones épi-génétique transmissible qui orchestre et module dynamiquement certains événements impliquant la chromatine, tels l’activation et la désactivation de gènes ainsi que la duplication et la réparation d’ADN. Ces modifications sont impliquées subséquemment dans la signalisation et la progression de cancers, tels que la leucémie. En conséquence, l'élucidation des modifications d’histones est importante pour comprendre leurs fonctions biologiques. Une méthodologie analytique a été mise au point en laboratoire pour isoler, détecter, et quantifier les MPT d’histones en utilisant une approche rapide à deux volets à l’aide d’outils bioinformatiques spécialisés. La méthodologie développée en laboratoire a été validée en utilisant des histones de souche sauvage ainsi que deux types d’histones mutants déficients en enzymes acétyltransferase. Des trois sources d’histones utilisées, la seule MPT qui a démontré un changement significatif est l’acétylation de l’histone H3 à lysine 56 (H3K56ac). L’expression et la stoechiométrie de cette MPT, issue de cellules de souche sauvage et de cellules mutantes, ont été déterminées avec précision et comparées. Les fonctions de balayage polyvalentes d'un instrument à trappe ionique quadrupôle linéaire hybride ont été utilisées pour améliorer la détection de protéines intactes. Le mode de balayage « enhanced multiply charged » (EMC) a été modifié pour contenir et détecter les ions de protéines intactes situées dans la trappe ionique linéaire. Ce mode de balayage nommé « targeted EMC » (tEMC) a permis de quadrupler le niveau de sensibilité (signal/interférence), et quintupler la résolution du mode de balayage conventionnel. De plus, la capacité de séparation des charges du tEMC a réduit de façon significative les effets de « space charge » dans la trappe ionique linéaire. La résolution supérieure du mode tEMC a permis de différencier plusieurs isoformes modifiées, particulièrement pour l’histone H3. L’analyse des peptides d’histones trypsiques à l’aide du mode de balayage « MRM » a permis le séquençage et la quantification de MPT avec un haut degré de précision. La seule MPT qui était sous-exprimée entre l’histone de souche sauvage et le mutant DOT1L fut la méthylation de l’histone H3 lysine 79(H3K79me1). Les effets de deux inhibiteurs d’enzymes HDAC (HDACi) sur l’expression de MPT d’histone ont été évalués en utilisant la méthodologie analytique mentionnée. Les histones extraites de cellules normales et cancéreuses ont été exposées à du Vorinostat(SAHA) ou du Entinostat (MS-275) pour une période de 24 à 72 heures. Deux histones furent principalement affectées, soit H3 et H4. Étonnamment, les mêmes effets n'ont pas été détectés lorsque les cellules normales ont été traitées avec le HDACi pour une période de 48 à 72 heures. Une méthode absolue de quantification avec une courbe d’étalonnage a été développée pour le peptide H3K56ac. Contrairement à certaines publications, nos résultats démontrent que cette MPT est présente dans les cellules mammifères avec une stoechiométrie très basse (< 0,1%) et n'est pas surexprimée de façon significative après le traitement au HDACi.

Regulation of BAP1 tumor suppressor complex by post-translational modifications

Le régulateur transcriptionnel BAP1 est une déubiquitinase nucléaire (DUB) dont le substrat est l’histone H2A modifiée par monoubiquitination au niveau des residus lysines 118 et 119 (K118/K119). Depuis les dernières années, BAP1 emerge comme un gene suppresseur de tumeur majeur. En effet, BAP1 est inactivé dans un plethore de maladies humaines héréditaires et sporadiques. Cependant, malgré l’accumulation significative des connaissances concernant l’occurrence, la pénétrance et l’impact des défauts de BAP1 sur le développement de cancers, ses mécanismes d’action et de régulation restent très peu compris. Cette étude est dédiée à la caractérisation moléculaire et fonctionnelle du complexe multi-protéique de BAP1 et se présente parmi les premiers travaux décrivant sa régulation par des modifications post-traductionnelles. D’abord, nous avons défini la composition du corps du complexe BAP1 ainsi que ses principaux partenaires d’interaction. Ensuite, nous nous sommes spécifiquement intéressés a investiguer d’avantage deux principaux aspects de la régulation de BAP1. Nous avons d’abord décrit l’inter-régulation entre deux composantes majeures du complexe BAP1, soit HCF-1 et OGT. D’une manière très intéressante, nous avons trouvé que le cofacteur HCF-1 est un important régulateur des niveaux protéiques d’OGT. En retour, OGT est requise pour la maturation protéolytique de HCF-1 en promouvant sa protéolyse par O-GlcNAcylation, un processus de régulation très important pour le bon fonctionnement de HCF-1. D’autre part, nous avons découvert un mécanisme unique de régulation de BAP1 médiée par l’ubiquitine ligase atypique UBE2O. en effet, UBE2O se caractérise par le fait qu’il s’agit aussi bien d’une ubiquitine conjuratrice et d’une ubiquitine ligase. UBE2O, multi-monoubiquitine BAP1 au niveau de son domaine NLS et promeut son exclusion du noyau, le séquestrant ainsi dans le cytoplasme. De façon importante, nos travaux ont permis de mettre de l’emphase sur le rôle de l’activité auto-catalytique de chacune de ces enzymes, soit l’activité d’auto-déubiquitination de BAP1 qui est requise pour la maintenance de sa localisation nucléaire ainsi que l’activité d’auto-ubiquitination d’UBE2O impliquée dans son transport nucléo-cytoplasmique. De manière significative, nous avons trouvé que des défauts au niveau de l’auto-déubiquitination de BAP1 due à des mutations associées à certains cancers indiquent l’importance d’une propre regulation de cette déubiquitinase pour les processus associés à la suppression de tumeurs.

Quantitative proteomics methods for the analysis of histone post-translational modifications

Les histones sont des protéines nucléaires hautement conservées chez les cellules des eucaryotes. Elles permettent d’organiser et de compacter l’ADN sous la forme de nucléosomes, ceux-ci representant les sous unités de base de la chromatine. Les histones peuvent être modifiées par de nombreuses modifications post-traductionnelles (PTMs) telles que l’acétylation, la méthylation et la phosphorylation. Ces modifications jouent un rôle essentiel dans la réplication de l’ADN, la transcription et l’assemblage de la chromatine. L’abondance de ces modifications peut varier de facon significative lors du developpement des maladies incluant plusieurs types de cancer. Par exemple, la perte totale de la triméthylation sur H4K20 ainsi que l’acétylation sur H4K16 sont des marqueurs tumoraux spécifiques a certains types de cancer chez l’humain. Par conséquent, l’étude de ces modifications et des événements determinant la dynamique des leurs changements d’abondance sont des atouts importants pour mieux comprendre les fonctions cellulaires et moléculaires lors du développement de la maladie. De manière générale, les modifications des histones sont étudiées par des approches biochimiques telles que les immuno-buvardage de type Western ou les méthodes d’immunoprécipitation de la chromatine (ChIP). Cependant, ces approches présentent plusieurs inconvénients telles que le manque de spécificité ou la disponibilité des anticorps, leur coût ou encore la difficulté de les produire et de les valider. Au cours des dernières décennies, la spectrométrie de masse (MS) s’est avérée être une méthode performante pour la caractérisation et la quantification des modifications d’histones. La MS offre de nombreux avantages par rapport aux techniques traditionnelles. Entre autre, elle permet d’effectuer des analyses reproductibles, spécifiques et facilite l’etude d’un large spectre de PTMs en une seule analyse. Dans cette thèse, nous présenterons le développement et l’application de nouveaux outils analytiques pour l’identification et à la quantification des PTMs modifiant les histones. Dans un premier temps, une méthode a été développée pour mesurer les changements d’acétylation spécifiques à certains sites des histones. Cette méthode combine l’analyse des histones intactes et les méthodes de séquençage peptidique afin de déterminer les changements d’acétylation suite à la réaction in vitro par l’histone acétyltransférase (HAT) de levure Rtt109 en présence de ses chaperonnes (Asf1 ou Vps75). Dans un second temps, nous avons développé une méthode d’analyse des peptides isomériques des histones. Cette méthode combine la LC-MS/MS à haute résolution et un nouvel outil informatique appelé Iso-PeptidAce qui permet de déconvoluer les spectres mixtes de peptides isomériques. Nous avons évalué Iso-PeptidAce avec un mélange de peptides synthétiques isomériques. Nous avons également validé les performances de cette approche avec des histones isolées de cellules humaines érythroleucémiques (K562) traitées avec des inhibiteurs d’histones désacétylases (HDACi) utilisés en clinique, et des histones de Saccharomyces cerevisiae liées au facteur d’assemblage de la chromatine (CAF-1) purifiées par chromatographie d’affinité. Enfin, en utilisant la méthode présentée précédemment, nous avons fait une analyse approfondie de la spécificité de plusieurs HATs et HDACs chez Schizosaccharomyces pombe. Nous avons donc déterminé les niveaux d’acétylation d’histones purifiées à partir de cellules contrôles ou de souches mutantes auxquelles il manque une HAT ou HDAC. Notre analyse nous a permis de valider plusieurs cibles connues des HATs et HDACs et d’en identifier de nouvelles. Nos données ont également permis de définir le rôle des différentes HATs et HDACs dans le maintien de l’équilibre d’acétylation des histones. Dans l’ensemble, nous anticipons que les méthodes décrites dans cette thèse permettront de résoudre certains défis rencontrés dans l’étude de la chromatine. De plus, ces données apportent de nouvelles connaissances pour l’élaboration d’études génétiques et biochimiques utilisant S. pombe.

Production of active recombinant eIF5A: reconstitution in E.coli of eukaryotic hypusine modification of eIF5A by its coexpression with modifying enzymes

Eukaryotic translation initiation factor 5A (eIF5A) is the only cellular protein that contains the polyamine-modified lysine, hypusine [N(epsilon)-(4-amino-2-hydroxybutyl)lysine]. Hypusine occurs only in eukaryotes and certain archaea, but not in eubacteria. It is formed post-translationally by two consecutive enzymatic reactions catalyzed by deoxyhypusine synthase (DHS) and deoxyhypusine hydroxylase (DOHH). Hypusine modification is essential for the activity of eIF5A and for eukaryotic cell proliferation. eIF5A binds to the ribosome and stimulates translation in a hypusine-dependent manner, but its mode of action in translation is not well understood. Since quantities of highly pure hypusine-modified eIF5A is desired for structural studies as well as for determination of its binding sites on the ribosome, we have used a polycistronic vector, pST39, to express eIF5A alone, or to co-express human eIF5A-1 with DHS or with both DHS and DOHH in Escherichia coli cells, to engineer recombinant proteins, unmodified eIF5A, deoxyhypusine- or hypusine-modified eIF5A. We have accomplished production of three different forms of recombinant eIF5A in high quantity and purity. The recombinant hypusine-modified eIF5A was as active in methionyl-puromycin synthesis as the native, eIF5A (hypusine form) purified from mammalian tissue. The recombinant eIF5A proteins will be useful tools in future structure/function and the mechanism studies in translation.

Annexin-A1 gene expression during liver development and post-translation modification after experimental endotoxemia

Objective and design: We have previously reported a role for annexin-A1 in liver proliferation and tumorogenicity as well as its action as an acute phase protein in a model of endotoxemia in interleukin-6 null mice.Material and methods: In this study, we have investigated the analysis of the gene and protein expression in annexin-A1 null mice and the wild type livers during foetal and adult life, and in the presence of a proinflammatory stimulus.Results: The data indicate a link between the expression of the annexin-A1 as serine-phosphorylated-protein during early events of the inflammatory response and as tyrosine-phosphorylated-form at later time-points, during the resolution of inflammation.Conclusions: The study of annexin-A1 post-translation modification may promote a new annexin-A1 peptide discovery programme to treat specific pathologies.

Mutational analyses of human eIF5A-1-identification of amino acid residues critical for eIF5A activity and hypusine modification

The eukaryotic translation initiation factor 5A (eIF5A) is the only protein that contains hypusine [N-epsilon-(4-amino-2-hydroxybutyl)lysine], which is required for its activity. Hypusine is formed by post-translational modification of one specific lysine (Lys50 for human eIF5A) by deoxyhypusine synthase and deoxyhypusine hydroxylase. To investigate the features of eIF5A required for its activity, we generated 49 mutations in human eIF5A-1, with a single amino acid substitution at the highly conserved residues or with N-terminal or C-terminal truncations, and tested mutant proteins in complementing the growth of a Saccharomyces cerevisiae eIF5A null strain. Growth-supporting activity was abolished in only a few mutant eIF5As (K47D, G49A, K50A, K50D, K50I, K50R, G52A and K55A), with substitutions at or near the hypusine modification site or with truncation of 21 amino acids from either the N-terminus or C-terminus. The inactivity of the Lys50 substitution proteins is obviously due to lack of deoxyhypusine modification. In contrast, K47D and G49A were effective substrates for deoxyhypusine synthase, yet failed to support growth, suggesting critical roles of Lys47 and Gly49 in eIF5A activity, possibly in its interaction with effector(s). By use of a UBHY-R strain harboring genetically engineered unstable eIF5A, we present evidence for the primary function of eIF5A in protein synthesis. When selected eIF5A mutant proteins were tested for their activity in protein synthesis, a close correlation was observed between their ability to enhance protein synthesis and growth, lending further support for a central role of eIF5A in translation.

Structure and post-translational modifications of the web silk protein spidroin-1 from Nephila spiders

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)