Grb-IR: a SH2-domain-containing protein that binds to the insulin receptor and inhibits its function.

To identify potential signaling molecules involved in mediating insulin-induced biological responses, a yeast two-hybrid screen was performed with the cytoplasmic domain of the human insulin receptor (IR) as bait to trap high-affinity interacting proteins encoded by human liver or HeLa cDNA libraries. A SH2-domain-containing protein was identified that binds with high affinity in vitro to the autophosphorylated IR. The mRNA for this protein was found by Northern blot analyses to be highest in skeletal muscle and was also detected in fat by PCR. To study the role of this protein in insulin signaling, a full-length cDNA encoding this protein (called Grb-IR) was isolated and stably expressed in Chinese hamster ovary cells overexpressing the human IR. Insulin treatment of these cells resulted in the in situ formation of a complex of the IR and the 60-kDa Grb-IR. Although almost 75% of the Grb-IR protein was bound to the IR, it was only weakly tyrosine-phosphorylated. The formation of this complex appeared to inhibit the insulin-induced increase in tyrosine phosphorylation of two endogenous substrates, a 60-kDa GTPase-activating-protein-associated protein and, to a lesser extent, IR substrate 1. The subsequent association of this latter protein with phosphatidylinositol 3-kinase also appeared to be inhibited. These findings raise the possibility that Grb-IR is a SH2-domain-containing protein that directly complexes with the IR and serves to inhibit signaling or redirect the IR signaling pathway.

The C-terminal domain of p53 recognizes DNA damaged by ionizing radiation.

p53 accumulates after DNA damage and arrests cellular growth. These findings suggest a possible role for p53 in the cellular response to DNA damage. We have previously shown that the C terminus of p53 binds DNA nonspecifically and assembles stable tetramers. In this study, we have utilized purified segments of human and murine p53s to determine which p53 domains may participate in a DNA damage response pathway. We find that the C-terminal 75 amino acids of human or murine p53 are necessary and sufficient for the DNA annealing and strand-transfer activities of p53. In addition, both full-length wild-type p53 and the C-terminal 75 amino acids display an increased binding affinity for DNA damaged by restriction digestion, DNase I treatment, or ionizing radiation. In contrast, the central site-specific DNA-binding domain together with the tetramerization domain does not have these activities. We propose that interactions of the C terminus of p53 with damaged DNA may play a role in the activation of p53 in response to DNA damage.

An alternatively spliced form of the transcription factor Sp1 containing only a single glutamine-rich transactivation domain.

Protein-protein interactions involving specific transactivation domains play a central role in gene transcription and its regulation. The promoter-specific transcription factor Sp1 contains two glutamine-rich transcriptional activation domains (A and B) that mediate direct interactions with the transcription factor TFIID complex associated with RNA polymerase II and synergistic effects involving multiple Sp1 molecules. In the present study, we report the complementary DNA sequence for an alternatively spliced form of mouse Sp1 (mSp1-S) that lacks one of the two glutamine-rich activation regions present in the full-length protein. Corresponding transcripts were identified in mouse tissues and cell lines, and an Sp1-related protein identical in size to that predicted for mSp1-S was detected in mouse nuclear extracts. Cotransfection analysis revealed that mSp1-S lacks appreciable activity at promoters containing a single Sp1 response element but is active when multiple Sp1 sites are present, suggesting synergistic interactions between multiple mSp1-S molecules. The absence of a single glutamine-rich domain does not fully explain the properties of the smaller protein and indicates that additional structural features account for its unique transcriptional activity. The functional implications of this alternatively spliced form of Sp1 are discussed.

Four p53 DNA-binding domain peptides bind natural p53-response elements and bend the DNA.

Recent structural studies of the minimal core DNA-binding domain of p53 (p53DBD) complexed to a single consensus pentamer sequence and of the isolated p53 tetramerization domain have provided valuable insights into their functions, but many questions about their interacting roles and synergism remain unanswered. To better understand these relationships, we have examined the binding of the p53DBD to two biologically important full-response elements (the WAF1 and ribosomal gene cluster sites) by using DNA circularization and analytical ultracentrifugation. We show that the p53DBD binds DNA strongly and cooperatively with p53DBD to DNA binding stoichiometries of 4:1. For the WAF1 element, the mean apparent Kd is (8.3 +/- 1.4) x 10(-8) M, and no intermediate species of lower stoichiometries can be detected. We show further that complex formation induces an axial bend of at least 60 degrees in both response elements. These results, taken collectively, demonstrate that p53DBD possesses the ability to direct the formation of a tight nucleoprotein complex having the same 4:1 DNA-binding stoichiometry as wild-type p53 which is accompanied by a substantial conformational change in the response-element DNA. This suggests that the p53DBD may play a role in the tetramerization function of p53. A possible role in this regard is proposed.

Mutational analysis of phytochrome B identifies a small COOH-terminal-domain region critical for regulatory activity.

Overexpression of phytochrome B (phyB) in transgenic Arabidopsis results in enhanced deetiolation in red light. To define domains of phyB functionally important for its regulatory activity, we performed chemical mutagenesis of a phyB-overexpressing line and screened for phenotypic revertants in red light. Four phyB-transgene-linked revertants that retain parental levels of full-length, dimeric, and spectrally normal overexpressed phyB were identified among 101 red-light-specific revertants. All carry single amino acid substitutions in the transgene-encoded phyB that reduce activity by 40- to 1000-fold compared to the nonmutagenized parent. The data indicate that the mutant molecules are fully active in photosignal perception but defective in the regulatory activity responsible for signal transfer to downstream components. All four mutations fall within a 62-residue region in the COOH-terminal domain of phyB, with two independent mutations occurring in a single amino acid, Gly-767. Accumulating evidence indicates that the identified region is a critical determinant in the regulatory function of both phyB and phyA.

Catalytic domain of human immunodeficiency virus type 1 integrase: identification of a soluble mutant by systematic replacement of hydrophobic residues.

The integrase protein of human immunodeficiency virus type 1 is necessary for the stable integration of the viral genome into host DNA. Integrase catalyzes the 3' processing of the linear viral DNA and the subsequent DNA strand transfer reaction that inserts the viral DNA ends into host DNA. Although full-length integrase is required for 3' processing and DNA strand transfer activities in vitro, the central core domain of integrase is sufficient to catalyze an apparent reversal of the DNA strand transfer reaction, termed disintegration. This catalytic core domain, as well as the full-length integrase, has been refractory to structural studies by x-ray crystallography or NMR because of its low solubility and propensity to aggregate. In an attempt to improve protein solubility, we used site-directed mutagenesis to replace hydrophobic residues within the core domain with either alanine or lysine. The single substitution of lysine for phenylalanine at position 185 resulted in a core domain that was highly soluble, monodisperse in solution, and retained catalytic activity. This amino acid change has enabled the catalytic domain of integrase to be crystallized and the structure has been solved to 2.5-A resolution [Dyda, F., Hickman, A. B., Jenkins, T. M., Engelman, A., Craigie, R. & Davies, D. R. (1994) Science 266, 1981-1986]. Systematic replacement of hydrophobic residues may be a useful strategy to improve the solubility of other proteins to facilitate structural and biochemical studies.

Identification of an 11-kDa FKBP12-rapamycin-binding domain within the 289-kDa FKBP12-rapamycin-associated protein and characterization of a critical serine residue.

Complexed with its intracellular receptor, FKBP12, the natural product rapamycin inhibits G1 progression of the cell cycle in a variety of mammalian cell lines and in the yeast Saccharomyces cerevisae. Previously, a mammalian protein that directly associates with FKBP12-rapamycin has been identified and its encoding gene has been cloned from both human (designated FRAP) [Brown, E.J., Albers, M.W., Shin, T.B., Ichikawa, K., Keith, C.T., Lane, W.S. & Schreiber, S.L. (1994) Nature (London) 369, 756-758] and rat (designated RAFT) [Sabatini, D.M., Erdjument-Bromage, H., Lui, M., Tempst, P. & Snyder, S.H. (1994) Cell 78, 35-43]. The full-length FRAP is a 289-kDa protein containing a putative phosphatidylinositol kinase domain. Using an in vitro transcription/translation assay method coupled with proteolysis studies, we have identified an 11-kDa FKBP12-rapamycin-binding domain within FRAP. This minimal binding domain lies N-terminal to the kinase domain and spans residues 2025-2114. In addition, we have carried out mutagenesis studies to investigate the role of Ser2035, a potential phosphorylation site for protein kinase C within this domain. We now show that the FRAP Ser2035-->Ala mutant displays similar binding affinity when compared with the wild-type protein, whereas all other mutations at this site, including mimics of phosphoserine, abolish binding, presumably due to either unfavorable steric interactions or induced conformational changes.

Specific mutations in the estrogen receptor change the properties of antiestrogens to full agonists.

The estrogen receptor (ER) stimulates transcription of target genes by means of its two transcriptional activation domains, AF-1 in the N-terminal part of the receptor and AF-2 in its ligand-binding domain. AF-2 activity is dependent upon a putative amphipathic alpha-helix between residues 538 and 552 in the mouse ER. Point mutagenesis of conserved hydrophobic residues within this region reduces estrogen-dependent transcriptional activation without affecting hormone and DNA binding significantly. Here we show that these mutations dramatically alter the pharmacology of estrogen antagonists. Both tamoxifen and ICI 164,384 behave as strong agonists in HeLa cells expressing the ER mutants. In contrast to the wild-type ER, the mutant receptors maintain nuclear localization and DNA-binding activity after ICI 164,384 treatment. Structural alterations in AF-2 caused by gene mutations such as those described herein or by estrogen-independent signaling pathways may account for the insensitivity of some breast cancers to tamoxifen treatment.

The structure of Ascaris hemoglobin domain I at 2.2 A resolution: molecular features of oxygen avidity.

The perienteric hemoglobin of the parasitic nematode Ascaris has an exceptionally high affinity for oxygen. It is an octameric protein containing two similar heme-binding domains per subunit, but recombinant constructs expressing a single, monomeric heme-binding domain (domain 1; D1) retain full oxygen avidity. We have solved the crystal structure of D1 at 2.2 A resolution. Analysis of the structure reveals a characteristic globin fold and illuminates molecular features involved in oxygen avidity of Ascaris perienteric hemoglobin. A strong hydrogen bond between tyrosine at position 10 in the B helix (tyrosine-B10) and the distal oxygen of the ligand, combined with a weak hydrogen bond between glutamine-E7 and the proximal oxygen, grips the ligand in the binding pocket. A third hydrogen bond between these two amino acids appears to stabilize the structure. The B helix of D1 is displaced laterally by 2.5 A when compared with sperm whale myoglobin. This shifts the tyrosine-B10 hydroxyl far enough from liganded oxygen to form a strong hydrogen bond without steric hindrance. Changes in the F helix compared with myoglobin contribute to a tilted heme that may also be important for oxygen affinity.

Analysis of the mouse Splotch-delayed mutation indicates that the Pax-3 paired domain can influence homeodomain DNA-binding activity.

The murine Pax-3 protein contains two DNA-binding domains, a paired domain and a homeodomain, and alterations in the Pax-3 gene are responsible for the neural tube defects observed in the Splotch (Sp) mouse mutant. Of five Sp alleles, Splotch-delayed (Spd) is the only one that encodes a full-length Pax-3 protein, containing a single glycine-to-arginine substitution within the paired domain. To better understand the consequence of this mutation on Pax-3 function, we have analyzed the DNA-binding properties of wild-type and Spd Pax-3, using oligonucleotides that bind primarily to the paired domain (e5) or exclusively to the homeodomain (P2). Wild-type Pax-3 was found to bind e5 in a specific manner. In contrast, the Spd mutation reduced binding of Pax-3 to e5 17-fold, revealing a defect in DNA binding by the paired domain. Surprisingly, the Spd mutation also drastically reduced the homeodomain-specific binding to P2 by 21-fold when compared with the wild-type protein. Interestingly, a deletion which removes the Spd mutation was found to restore P2-binding activity, suggesting that within the full-length Pax-3 protein, the paired domain and homeodomain may interact. We conclude, therefore, that the Spd mutation is phenotyically expressed in vitro by a defect in the DNA-binding properties of Pax-3. Furthermore, it is apparent that the paired domain and homeodomain of Pax-3 do not function as independent domains, since a mutation in the former impairs the DNA-binding activity of the latter.

Plasticité du cortex visuel: «homéodynamie» des connexions neuronales et modèle d’effets d’antidépresseurs

Les informations sensorielles sont traitées dans le cortex par des réseaux de neurones co-activés qui forment des assemblées neuronales fonctionnelles. Le traitement visuel dans le cortex est régit par différents aspects des caractéristiques neuronales tels que l’aspect anatomique, électrophysiologique et moléculaire. Au sein du cortex visuel primaire, les neurones sont sélectifs à divers attributs des stimuli tels que l’orientation, la direction, le mouvement et la fréquence spatiale. Chacun de ces attributs conduit à une activité de décharge maximale pour une population neuronale spécifique. Les neurones du cortex visuel ont cependant la capacité de changer leur sélectivité en réponse à une exposition prolongée d’un stimulus approprié appelée apprentissage visuel ou adaptation visuelle à un stimulus non préférentiel. De ce fait, l’objectif principal de cette thèse est d’investiguer les mécanismes neuronaux qui régissent le traitement visuel durant une plasticité induite par adaptation chez des animaux adultes. Ces mécanismes sont traités sous différents aspects : la connectivité neuronale, la sélectivité neuronale, les propriétés électrophysiologiques des neurones et les effets des drogues (sérotonine et fluoxétine). Le modèle testé se base sur les colonnes d’orientation du cortex visuel primaire. La présente thèse est subdivisée en quatre principaux chapitres. Le premier chapitre (A) traite de la réorganisation du cortex visuel primaire suite à une plasticité induite par adaptation visuelle. Le second chapitre (B) examine la connectivité neuronale fonctionnelle en se basant sur des corrélations croisées entre paires neuronales ainsi que sur des corrélations d’activités de populations neuronales. Le troisième chapitre (C) met en liaison les aspects cités précédemment (les effets de l’adaptation visuelle et la connectivité fonctionnelle) aux propriétés électrophysiologiques des neurones (deux classes de neurones sont traitées : les neurones à décharge régulière et les neurones à décharge rapide ou burst). Enfin, le dernier chapitre (D) a pour objectif l’étude de l’effet du couplage de l’adaptation visuelle à l’administration de certaines drogues, notamment la sérotonine et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Méthodes En utilisant des enregistrements extracellulaires d’activités neuronales dans le cortex visuel primaire (V1) combinés à un processus d’imagerie cérébrale optique intrinsèque, nous enregistrons l’activité de décharge de populations neuronales et nous examinons l’activité de neurones individuels extraite des signaux multi-unitaires. L’analyse de l’activité cérébrale se base sur différents algorithmes : la distinction des propriétés électrophysiologiques des neurones se fait par calcul de l’intervalle de temps entre la vallée et le pic maximal du potentiel d’action (largeur du potentiel d’action), la sélectivité des neurones est basée sur leur taux de décharge à différents stimuli, et la connectivité fonctionnelle utilise des calculs de corrélations croisées. L’utilisation des drogues se fait par administration locale sur la surface du cortex (après une craniotomie et une durotomie). Résultats et conclusions Dans le premier chapitre, nous démontrons la capacité des neurones à modifier leur sélectivité après une période d’adaptation visuelle à un stimulus particulier, ces changements aboutissent à une réorganisation des cartes corticales suivant un patron spécifique. Nous attribuons ce résultat à la flexibilité de groupes fonctionnels de neurones qui étaient longtemps considérés comme des unités anatomiques rigides. En effet, nous observons une restructuration extensive des domaines d’orientation dans le but de remodeler les colonnes d’orientation où chaque stimulus est représenté de façon égale. Ceci est d’autant plus confirmé dans le second chapitre où dans ce cas, les cartes de connectivité fonctionnelle sont investiguées. En accord avec les résultats énumérés précédemment, les cartes de connectivité montrent également une restructuration massive mais de façon intéressante, les neurones utilisent une stratégie de sommation afin de stabiliser leurs poids de connectivité totaux. Ces dynamiques de connectivité sont examinées dans le troisième chapitre en relation avec les propriétés électrophysiologiques des neurones. En effet, deux modes de décharge neuronale permettent la distinction entre deux classes neuronales. Leurs dynamiques de corrélations distinctes suggèrent que ces deux classes jouent des rôles clés différents dans l’encodage et l’intégration des stimuli visuels au sein d’une population neuronale. Enfin, dans le dernier chapitre, l’adaptation visuelle est combinée avec l’administration de certaines substances, notamment la sérotonine (neurotransmetteur) et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Ces deux substances produisent un effet similaire en facilitant l’acquisition des stimuli imposés par adaptation. Lorsqu’un stimulus non optimal est présenté en présence de l’une des deux substances, nous observons une augmentation du taux de décharge des neurones en présentant ce stimulus. Nous présentons un modèle neuronal basé sur cette recherche afin d’expliquer les fluctuations du taux de décharge neuronale en présence ou en absence des drogues. Cette thèse présente de nouvelles perspectives quant à la compréhension de l’adaptation des neurones du cortex visuel primaire adulte dans le but de changer leur sélectivité dans un environnement d’apprentissage. Nous montrons qu’il y a un parfait équilibre entre leurs habiletés plastiques et leur dynamique d’homéostasie.

Plasticité du cortex visuel: «homéodynamie» des connexions neuronales et modèle d’effets d’antidépresseurs

Les informations sensorielles sont traitées dans le cortex par des réseaux de neurones co-activés qui forment des assemblées neuronales fonctionnelles. Le traitement visuel dans le cortex est régit par différents aspects des caractéristiques neuronales tels que l’aspect anatomique, électrophysiologique et moléculaire. Au sein du cortex visuel primaire, les neurones sont sélectifs à divers attributs des stimuli tels que l’orientation, la direction, le mouvement et la fréquence spatiale. Chacun de ces attributs conduit à une activité de décharge maximale pour une population neuronale spécifique. Les neurones du cortex visuel ont cependant la capacité de changer leur sélectivité en réponse à une exposition prolongée d’un stimulus approprié appelée apprentissage visuel ou adaptation visuelle à un stimulus non préférentiel. De ce fait, l’objectif principal de cette thèse est d’investiguer les mécanismes neuronaux qui régissent le traitement visuel durant une plasticité induite par adaptation chez des animaux adultes. Ces mécanismes sont traités sous différents aspects : la connectivité neuronale, la sélectivité neuronale, les propriétés électrophysiologiques des neurones et les effets des drogues (sérotonine et fluoxétine). Le modèle testé se base sur les colonnes d’orientation du cortex visuel primaire. La présente thèse est subdivisée en quatre principaux chapitres. Le premier chapitre (A) traite de la réorganisation du cortex visuel primaire suite à une plasticité induite par adaptation visuelle. Le second chapitre (B) examine la connectivité neuronale fonctionnelle en se basant sur des corrélations croisées entre paires neuronales ainsi que sur des corrélations d’activités de populations neuronales. Le troisième chapitre (C) met en liaison les aspects cités précédemment (les effets de l’adaptation visuelle et la connectivité fonctionnelle) aux propriétés électrophysiologiques des neurones (deux classes de neurones sont traitées : les neurones à décharge régulière et les neurones à décharge rapide ou burst). Enfin, le dernier chapitre (D) a pour objectif l’étude de l’effet du couplage de l’adaptation visuelle à l’administration de certaines drogues, notamment la sérotonine et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Méthodes En utilisant des enregistrements extracellulaires d’activités neuronales dans le cortex visuel primaire (V1) combinés à un processus d’imagerie cérébrale optique intrinsèque, nous enregistrons l’activité de décharge de populations neuronales et nous examinons l’activité de neurones individuels extraite des signaux multi-unitaires. L’analyse de l’activité cérébrale se base sur différents algorithmes : la distinction des propriétés électrophysiologiques des neurones se fait par calcul de l’intervalle de temps entre la vallée et le pic maximal du potentiel d’action (largeur du potentiel d’action), la sélectivité des neurones est basée sur leur taux de décharge à différents stimuli, et la connectivité fonctionnelle utilise des calculs de corrélations croisées. L’utilisation des drogues se fait par administration locale sur la surface du cortex (après une craniotomie et une durotomie). Résultats et conclusions Dans le premier chapitre, nous démontrons la capacité des neurones à modifier leur sélectivité après une période d’adaptation visuelle à un stimulus particulier, ces changements aboutissent à une réorganisation des cartes corticales suivant un patron spécifique. Nous attribuons ce résultat à la flexibilité de groupes fonctionnels de neurones qui étaient longtemps considérés comme des unités anatomiques rigides. En effet, nous observons une restructuration extensive des domaines d’orientation dans le but de remodeler les colonnes d’orientation où chaque stimulus est représenté de façon égale. Ceci est d’autant plus confirmé dans le second chapitre où dans ce cas, les cartes de connectivité fonctionnelle sont investiguées. En accord avec les résultats énumérés précédemment, les cartes de connectivité montrent également une restructuration massive mais de façon intéressante, les neurones utilisent une stratégie de sommation afin de stabiliser leurs poids de connectivité totaux. Ces dynamiques de connectivité sont examinées dans le troisième chapitre en relation avec les propriétés électrophysiologiques des neurones. En effet, deux modes de décharge neuronale permettent la distinction entre deux classes neuronales. Leurs dynamiques de corrélations distinctes suggèrent que ces deux classes jouent des rôles clés différents dans l’encodage et l’intégration des stimuli visuels au sein d’une population neuronale. Enfin, dans le dernier chapitre, l’adaptation visuelle est combinée avec l’administration de certaines substances, notamment la sérotonine (neurotransmetteur) et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Ces deux substances produisent un effet similaire en facilitant l’acquisition des stimuli imposés par adaptation. Lorsqu’un stimulus non optimal est présenté en présence de l’une des deux substances, nous observons une augmentation du taux de décharge des neurones en présentant ce stimulus. Nous présentons un modèle neuronal basé sur cette recherche afin d’expliquer les fluctuations du taux de décharge neuronale en présence ou en absence des drogues. Cette thèse présente de nouvelles perspectives quant à la compréhension de l’adaptation des neurones du cortex visuel primaire adulte dans le but de changer leur sélectivité dans un environnement d’apprentissage. Nous montrons qu’il y a un parfait équilibre entre leurs habiletés plastiques et leur dynamique d’homéostasie.

The law relating to the duties on land values and mineral rights and to the valuation of the same , being part I of the Finance (1909-1910) act, 1910, with the incorporated enactments, full explanatory notes and a practical introduction

Half-title: Konstam's law of land values.

The effects of age, spatial ability, and navigational information on navigation performance.

Federal Highway Administration, Washington, D.C.

Full scale demonstration of lime stabilization /

Mode of access: Internet.