MyD88 signaling is directly involved in the development of murine placental Malaria

Malaria is a widespread infectious disease caused by the parasite Plasmodium. During pregnancy, malaria infection leads to a range of complications that can affect both the mother and fetus, including stillbirth, infant mortality, and low birth weight. In this study, we utilized a mouse model of placental malaria (PM) infection to determine the importance of the protein MyD88 in the host immune response to Plasmodium during pregnancy. Initially, we demonstrated that Plasmodium berghei NK65GFP adhered to placental tissue via chondroitin sulfate A and induced PM in mice with a C57BL/6 genetic background. To evaluate the involvement of MyD88 in the pathology of PM, we performed a histopathological analysis of placentas obtained from MyD88(-/-) and wild-type (WT) mice following infection on the 19th gestational day. Our data demonstrated that the detrimental placental alterations observed in the infected mice were correlated with the expression of MyD88. Moreover, in the absence of this protein, production of interleukin 6 (IL-6) and tumor necrosis factor alpha (TNF-α) was significantly reduced in the infected mice. More importantly, in contrast to fetuses from infected WT mice, which exhibited a reduction in body weight, the fetuses from infected MyD88(-/-) mice did not display significant weight loss compared to their noninfected littermates. In addition, we observed a decrement of maternal care associated with malaria infection, which was attenuated in the MyD88-deficient mice. Collectively, the results of this study illustrate the pivotal importance of the MyD88 signaling pathway in the pathogenesis of placental malaria, thus presenting new possibilities for targeting MyD88 in therapeutic interventions.

Charakterisierung der Vinorin-Synthase aus Rauvolfia serpentina durch Reinigung, Expression, Mutation und Kristallisation

ABSTRACTDie vorliegende Arbeit befasste sich mit der Reinigung,heterologen Expression, Charakterisierung, molekularenAnalyse, Mutation und Kristallisation des EnzymsVinorin-Synthase. Das Enzym spielt eine wichtige Rolle inder Ajmalin-Biosynthese, da es in einerAcetyl-CoA-abhängigen Reaktion die Umwandlung desSarpagan-Alkaloids 16-epi-Vellosimin zu Vinorin unterBildung des Ajmalan-Grundgerüstes katalysiert. Nach der Reinigung der Vinorin-Synthase ausHybrid-Zellkulturen von Rauvolfia serpentina/Rhazya strictamit den fünf chromatographischen TrennmethodenAnionenaustauschchromatographie an SOURCE 30Q, HydrophobeInteraktionen Chromatographie an SOURCE 15PHE,Chromatographie an MacroPrep Ceramic Hydroxyapatit,Anionenaustauschchromatographie an Mono Q undGrößenausschlußchromatographie an Superdex 75 konnte dieVinorin-Synthase aus 2 kg Zellkulturgewebe 991fachangereichert werden.Das nach der Reinigung angefertigte SDS-Gel ermöglichte eineklare Zuordnung der Protein-Bande als Vinorin-Synthase.Der Verdau der Enzymbande mit der Endoproteinase LysC unddie darauffolgende Sequenzierung der Spaltpeptide führte zuvier Peptidsequenzen. Der Datenbankvergleich (SwissProt)zeigte keinerlei Homologien zu Sequenzen bekannterPflanzenenzyme. Mit degenerierten Primern, abgeleitet voneinem der erhaltenen Peptidfragmente und einer konserviertenRegion bekannter Acetyltransferasen gelang es, ein erstescDNA-Fragment der Vinorin-Synthase zu amplifizieren. Mit derMethode der RACE-PCR wurde die Nukleoidsequenzvervollständigt, was zu einem cDNA-Vollängenklon mit einerGröße von 1263 bp führte, der für ein Protein mit 421Aminosäuren (46 kDa) codiert.Das Vinorin-Synthase-Gen wurde in den pQE2-Expressionsvektorligiert, der für einen N-terminalen 6-fachen His-tagcodiert. Anschließend wurde sie erstmals erfolgreich in E.coli im mg-Maßstab exprimiert und bis zur Homogenitätgereinigt. Durch die erfolgreiche Überexpression konnte dieVinorin-Synthase eingehend charakterisiert werden. DerKM-Wert für das Substrat Gardneral wurde mit 20 µM, bzw.41.2 µM bestimmt und Vmax betrug 1 pkat, bzw. 1.71 pkat.Nach erfolgreicher Abspaltung des His-tags wurden diekinetischen Parameter erneut bestimmt (KM- Wert 7.5 µM, bzw.27.52 µM, Vmax 0.7 pkat, bzw. 1.21 pkat). Das Co-Substratzeigt einen KM- Wert von 60.5 µM (Vmax 0.6 pkat). DieVinorin-Synthase besitzt ein Temperatur-Optimum von 35 °Cund ein pH-Optimum bei 7.8.Homologievergleiche mit anderen Enzymen zeigten, dass dieVinorin-Synthase zu einer noch kleinen Familie von bisher 10Acetyltransferasen gehört. Alle Enzyme der Familie haben einHxxxD und ein DFGWG-Motiv zu 100 % konserviert. Basierendauf diesen Homologievergleichen und Inhibitorstudien wurden11 in dieser Proteinfamilie konservierte Aminosäuren gegenAlanin ausgetauscht, um so die Aminosäuren einer in derLiteratur postulierten katalytischen Triade(Ser/Cys-His-Asp) zu identifizieren.Die Mutation aller vorhandenen konservierten Serine undCysteine resultierte in keiner Mutante, die zumvollständigen Aktivitätsverlust des Enzyms führte. Nur dieMutationen H160A und D164A resultierten in einemvollständigen Aktivitätsverlust des Enzyms. Dieses Ergebniswiderlegt die Theorie einer katalytischen Triade und zeigte,dass die Aminosäuren H160A und D164A exklusiv an derkatalytischen Reaktion beteiligt sind.Zur Überprüfung dieser Ergebnisse und zur vollständigenAufklärung des Reaktionsmechanismus wurde dieVinorin-Synthase kristallisiert. Die bis jetzt erhaltenenKristalle (Kristallgröße in µm x: 150, y: 200, z: 200)gehören der Raumgruppe P212121 (orthorhombisch primitiv) anund beugen bis 3.3 Å. Da es bis jetzt keine Kristallstruktureines zur Vinorin-Synthase homologen Proteins gibt, konntedie Struktur noch nicht vollständig aufgeklärt werden. ZurLösung des Phasenproblems wird mit der Methode der multiplenanomalen Dispersion (MAD) jetzt versucht, die ersteKristallstruktur in dieser Enzymfamilie aufzuklären.

Neuronal differentiation and epithelial integrity: the role of Drosophila Short stop

The nervous system is the most complex organ in animals and the ordered interconnection of neurons is an essential prerequisite for normal behaviour. Neuronal connectivity requires controlled neuronal growth and differentiation. Neuronal growth essentially depends on the actin and microtubule cytoskeleton, and it has become increasingly clear, that crosslinking of these cytoskeletal fractions is a crucial regulatory process. The Drosophila Spectraplakin family member Short stop (Shot) is such a crosslinker and is crucial for several aspects of neuronal growth. Shot comprises various domains: An actin binding domain, a plakin-like domain, a rod domain, calcium responsive EF-hand motifs, a microtubule binding Gas2 domain, a GSR motif and a C-terminal EB1aff domain. Amongst other phenotypes, shot mutant animals exhibit severely reduced dendrites and neuromuscular junctions, the subcellular compartmentalisation of the transmembrane protein Fasciclin2 is affected, but it is also crucially required in other tissues, for example for the integrity of tendon cells, specialised epidermal cells which anchor muscles to the body wall. Despite these striking phenotypes, Shot function is little understood, and especially we do not understand how it can carry out functions as diverse as those described above. To bridge this gap, I capitalised on the genetic possibilities of the model system Drosophila melanogaster and carried out a structure-function analysis in different neurodevelopmental contexts and in tendon cells. To this end, I used targeted gene expression of existing and newly generated Shot deletion constructs in Drosophila embryos and larvae, analyses of different shot mutant alleles, and transfection of Shot constructs into S2 cells or cultured fibroblasts. My analyses reveal that a part of the Shot C-terminus is not essential in the nervous system but in tendon cells where it stabilises microtubules. The precise molecular mechanism underlying this activity is not yet elucidated but, based on the findings presented here, I have developed three alternative testable hypothesis. Thus, either binding of the microtubule plus-end tracking molecule EB1 through an EB1aff domain, microtubulebundling through a GSR rich motif or a combination of both may explain a context-specific requirement of the Shot C-terminus for tendon cell integrity. Furthermore, I find that the calcium binding EF-hand motif in Shot is exclusively required for a subset of neuronal functions of Shot but not in the epidermal tendon cells. These findings pave the way for complementary studies studying the impact of [Ca2+] on Shot function. Besides these differential requirements of Shot domains I find, that most Shot domains are required in the nervous system and tendon cells alike. Thus the microtubule Gas2 domain shows no context specific requirements and is equally essential in all analysed cellular contexts. Furthermore, I could demonstrate a partial requirement of the large spectrin-repeat rod domain of Shot in neuronal and epidermal contexts. I demonstrate that this domain is partially required in processes involving growth and/or tissue stability but dispensable for cellular processes where no mechanical stress resistance is required. In addition, I demonstrate that the CH1 domain a part of the N-terminal actin binding domain of Shot is only partially required for all analysed contexts. Thus, I conclude that Shot domains are functioning different in various cellular environments. In addition my study lays the base for future projects, such as the elucidation of Shot function in growth cones. Given the high degree of conservation between Shot and its mammalian orthologues MACF1/ACF7 and BPAG1, I believe that the findings presented in this study will contribute to the general understanding of spectraplakins across species borders.

Expressions- und Funktionsanalysen von Neuroglobin und Cytoglobin

Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden Untersuchungen zur Expression und Funktion der respiratorischen Proteine Neuroglobin (Ngb) und Cytoglobin (Cygb) in Vertebraten durchgeführt. Beide Globine wurden erst kürzlich entdeckt, und ihre Funktionen konnten trotz vorliegender Daten zur Struktur und biochemischen Eigenschaften dieser Proteine bisher nicht eindeutig geklärt werden. Im ersten Abschnitt der vorliegenden Arbeit wurde die zelluläre und subzelluläre Lokalisation von Neuroglobin und Cytoglobin in murinen Gewebeschnitten untersucht. Die Expression von Ngb in neuronalen und endokrinen Geweben hängt offensichtlich mit den hohen metabolischen Aktivitäten dieser Organe zusammen. Insbesondere im Gehirn konnten regionale Unterschiede in der Ngb-Expression beobachtet werden. Dabei korrelierte eine besonders starke Neuroglobin-Expression mit Gehirnbereichen, die bekanntermaßen die höchsten Grundaktivitäten aufweisen. In Anbetracht dessen liegt die Funktion des Neuroglobins möglicherweise im basalen O2-Metabolismus dieser Gewebe, wobei Ngb als O2-Lieferant und kurzfristiger O2-Speicher den vergleichsweise hohen Sauerstoffbedarf vor Ort sicherstellen könnte. Weitere Funktionen in der Entgiftung von ROS bzw. RNS oder die kürzlich publizierte mögliche Rolle des Ngb bei der Verhinderung der Mitochondrien-vermittelten Apoptose durch eine Reduktion des freigesetzten Cytochrom c wären darüber hinaus denkbar. Die Cygb-Expression im Gehirn beschränkte sich auf relativ wenige Neurone in verschiedenen Gehirnbereichen und zeigte dort vorwiegend eine Co-Lokalisation mit der neuronalen NO-Synthase. Dieser Befund legt eine Funktion des Cytoglobins im NO-Metabolismus nahe. Quantitative RT-PCR-Experimente zur mRNA-Expression von Ngb und Cygb in alternden Säugern am Bsp. der Hamsterspezies Phodopus sungorus zeigten keine signifikanten Änderungen der mRNA-Mengen beider Globine in alten im Vergleich zu jungen Tieren. Dies widerspricht publizierten Daten, in denen bei der Maus anhand von Western Blot-Analysen eine Abnahme der Neuroglobin-Menge im Alter gezeigt wurde. Möglicherweise handelt es sich hierbei um speziesspezifische Differenzen. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführte vergleichende Sequenzanalyse der humanen und murinen NGB/Ngb-Genregion liefert zum einen Hinweise auf die mögliche Regulation der Ngb-Expression und zum anderen eine wichtige Grundlage für die funktionellen Analysen dieses Gens. Es konnte ein minimaler Promotorbereich definiert werden, der zusammen mit einigen konservierten regulatorischen Elementen als Basis für experimentelle Untersuchungen der Promotoraktivität in Abhängigkeit von äußeren Einflüssen dienen wird. Bioinformatische Analysen führten zur Identifizierung des sog. „neuron restrictive silencer element“ (NRSE) im Ngb-Promotor, welches vermutlich für die vorwiegend neuronale Expression des Proteins verantwortlich ist. Die kontrovers diskutierte O2-abhängige Regulation der Ngb-Expression konnte hingegen anhand der durchgeführten komparativen Sequenzanalysen nicht bestätigt werden. Es wurden keine zwischen Mensch und Maus konservierten Bindestellen für den Transkriptionsfaktor HIF-1 identifiziert, der die Expression zahlreicher hypoxieregulierter Gene, z.B. Epo und VEGF, vermittelt. Zusammen mit den in vivo-Daten spricht dies eher gegen eine Regulation der Ngb-Expression bei verminderter Verfügbarkeit von Sauerstoff. Die Komplexität der Funktionen von Ngb und Cygb im O2-Stoffwechsel der Vertebraten macht den Einsatz muriner Modellsysteme unerlässlich, die eine sukzessive Aufklärung der Funktionen beider Proteine erlauben. Die vorliegende Arbeit liefert auch dazu einen wichtigen Beitrag. Die hergestellten „gene-targeting“-Vektorkonstrukte liefern in Verbindung mit den etablierten Nachweisverfahren zur Genotypisierung von embryonalen Stammzellen die Grundlage zur erfolgreichen Generierung von Ngb-knock out sowie Ngb- und Cygb-überexprimierenden transgenen Tieren. Diese werden für die endgültige Entschlüsselung funktionell relevanter Fragestellungen von enormer Bedeutung sein.

Untersuchung der Struktur und Assemblierung des Lichtsammelkomplexes II höherer Pflanzen mittels elektronenparamagnetischer Resonanz (EPR)

Der Haupt-Lichtsammelkomplex (LHCII) des Photosyntheseapparates höherer Pflanzen gehört zu den häufigsten Membranproteinen der Erde. Seine Kristallstruktur ist bekannt. Das Apoprotein kann rekombinant in Escherichia coli überexprimiert und somit molekularbiologisch vielfältig verändert werden. In Detergenzlösung besitzt das denaturierte Protein die erstaunliche Fähigkeit, sich spontan zu funktionalen Protein-Pigment-Komplexen zu organisieren, welche strukturell nahezu identisch sind mit nativem LHCII. Der Faltungsprozess findet in vitro im Zeitbereich von Sekunden bis Minuten statt und ist abhängig von der Bindung der Cofaktoren Chlorophyll a und b sowie verschiedenen Carotinoiden.rn Diese Eigenschaften machen LHCII besonders geeignet für Strukturuntersuchungen mittels der elektronenparamagnetischen Resonanz (EPR)-Spektrokopie. Diese setzt eine punktspezifische Spinmarkierung des LHCII voraus, die in dieser Arbeit zunächst optimiert wurde. Einschließlich der Beiträge Anderer stand eine breite Auswahl von über 40 spinmarkierten Mutanten des LHCII bereit, einen N-terminalen „Cys walk“ eingeschlossen. Weder der hierfür notwendige Austausch einzelner Aminosäuren noch die Anknüpfung des Spinmarkers beeinträchtigten die Funktion des LHCII. Zudem konnte ein Protokoll zur Präparation heterogen spinmarkierter LHCII-Trimere entwickelt werden, also von Trimeren, die jeweils nur ein Monomer mit einer Spinmarkierung enthalten.rn Spinmarkierte Proben des Detergenz-solubilisierten LHCII wurden unter Verwendung verschiedener EPR-Techniken strukturell analysiert. Als besonders aussagekräftig erwies sich die Messung der Wasserzugänglichkeit einzelner Aminosäurepositionen anhand der Electron Spin Echo Envelope Modulation (ESEEM). In Kombination mit der etablierten Double Electron-Electron Resonance (DEER)-Technik zur Detektion von Abständen zwischen zwei Spinmarkern wurde der membranständige Kernbereich des LHCII in Lösung eingehend untersucht und strukturell der Kristallstruktur für sehr ähnlich befunden. Die Vermessung kristallographisch nicht erfasster Bereiche nahe dem N-Terminus offenbarte die schon früher detektierte Strukturdynamik der Domäne in Abhängigkeit des Oligomerisierungsgrades. Der neue, noch zu vervollständigende Datensatz aus Abstandsverteilungen und ESEEM-Wasserzugänglichkeiten monomerer wie trimerer Proben sollte in naher Zukunft die sehr genaue Modellierung der N-terminalen Domäne des LHCII ermöglichen.rn In einem weiteren Abschnitt der Arbeit wurde die Faltung des LHCII-Apoproteins bei der LHCII-Assemblierung in vitro untersucht. Vorausgegangene fluoreszenzspektroskopi-sche Arbeiten hatten gezeigt, dass die Bindung von Chlorophyll a und b in aufeinanderfolgenden Schritten im Zeitbereich von weniger als einer Minute bzw. mehreren Minuten erfolgten. Sowohl die Wasserzugänglichkeit einzelner Aminosäurepositionen als auch Spin-Spin-Abstände änderten sich in ähnlichen Zeitbereichen. Die Daten deuten darauf hin, dass die Ausbildung der mittleren Transmembran-Helix mit der schnelleren Chlorophyll-a-Bindung einhergeht, während sich die Superhelix aus den beiden anderen Transmembranhelices erst im langsameren Schritt, zusammen mit der Chlorophyll-b-Bindung, ausbildet.rn

Komparative Analyse der humanen Chromosomenregion 11p15.3 um die Gene LMO1,TUB und der orthologen Region in der Maus

Ziel der vorliegenden Arbeit war die vergleichende Sequenzierung und nachfolgende Analyse des syntänen chromosomalen Abschnitts auf dem kurzen Arm des humanen Chromosoms 11 in der Region 11p15.3 mit den Genen LMO1, TUB und dem orthologen Genomabschnitt der Maus auf Chromosom 7 F2. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführte Kartierung dieser beiden chromosomalen Bereiche ermöglichte die Komplettierung einer genomischen Karte auf insgesamt über eine Megabase, die im Kooperationssequenzierprojekt der Universitäts-Kinderklinik und dem Institut für Molekulargenetik in Mainz erstellt wurde. Mit Hilfe von 28 PAC- und Cosmid-Klonen konnten in dieser Arbeit 383 kb an genomischer DNA des Menschen und mit sechs BAC- und PAC-Klonen 412 kb an genomischer DNA der Maus dargestellt werden. Dies ermöglichte erstmals die exakte Festlegung der Reihenfolge der in diesem chromosomalen Abschnitt enthaltenen Gene und die genaue Kartierung von acht STS-Markern des Menschen, bzw. vier STS-Sonden der Maus. Es zeigte sich dabei, dass die chromosomale Orientierung telomer-/centromerwärts des orthologen Bereichs in der Maus im Vergleich zum Menschen in invertierter Ausrichtung vorliegt. Die Sequenzierung von drei humanen Klonen ermöglichte die Bestimmung von 319.119 bp an zusammenhängender genomischer DNA. Dadurch konnte die genaue Lokalisation und Strukturaufklärung der Gene LMO1, ein putatives Tumorsuppressorgen, das mit der Entstehung von Leukämien assoziiert ist, und TUB, ein Transkriptionsmodulator, der in die Fettstoffwechselregulation involviert ist, vorgenommen werden. Für das murine Genom wurden 412.827 bp an neuer DNA-Sequenz durch Sequenzierung von ebenfalls drei Klonen generiert. Der im Vergleich zum Menschen ca. 100 kb größere Genombereich beinhaltete zudem die neuen Gene Stk33 und Eif3. Es handelte sich dabei um zwei Gene, die erst im Rahmen dieser Arbeit entdeckt und charakterisiert wurden. Die parallele Bearbeitung beider Genombereiche ermöglichte eine umfassende komparative Analyse nach kodierenden, funktionellen und strukturgebenden Sequenzabschnitten in beiden Spezies. Es konnten dabei für beide Organismen die Exon-Intron-Strukturen der Gene LMO1/Lmo1 und TUB/Tub geklärt. Zudem konnten vier neue Exons und zwei neue speziesspezifischer Spleißvarianten für TUB/Tub beschrieben werden. Die Identifizierung dieser neuen Spleißvarianten offenbart neue Möglichkeiten für alternative Regulation und Funktion, oder für eine veränderte Proteinstruktur, die weitere Erklärungsansätze für die Entstehung der mit diesen Genen assoziierten Erkrankungen zulässt. In der sequenzierten, größeren Genomsequenz der Maus konnte in den flankierenden, nicht mit der sequenzierten Humansequenz überlappenden Bereich das neue Gen Eif3 in seiner Exon-Intron-Struktur und die beiden letzten Exons 11 und 12 des Gens Stk33 kartiert und charakterisiert werden. Die umfangreiche Sequenzanalyse beider sequenzierter Genombereiche ergab für den Abschnitt des Menschen insgesamt 229 potentielle Exonsequenzen und für den Bereich der Maus 527 mögliche Exonbereiche. Davon konnten beim Menschen explizit 21 Exons und bei der Maus 31 Exons als exprimierte Bereiche identifiziert und experimentell mittels RT-PCR, bzw. durch cDNA-Sequenzierung verifiziert werden. Diese Abschnitte beschrieben nicht nur die Exonbereiche der oben genannten vier Gene, sondern konnten auch neuen nicht weiter definierten EST-Sequenzen zugeordnet werden. Mittels des Interspeziesvergleiches war darüber hinaus auch die Analyse der nichtkodierenden Intergen-Bereiche möglich. So konnten beispielsweise im ersten Intron des LMO1/Lmo1 sieben Sequenzbereiche mit Konservierungen von ca. 90% bestimmt werden. Auch die Charakterisierung von Promotor- und putativ regulatorischen Sequenzabschnitten konnte mit Hilfe unterschiedlicher bioinformatischer Analyse-Tools durchgeführt werden. Die konservierten Sequenzbereiche der DNA zeigen im Durchschnitt eine Homologie von mehr als 65% auf. Auch die Betrachtung der Genomorganisation zeigte Gemeinsamkeiten, die sich meist nur in ihrer graduellen Ausprägung unterschieden. So weist ein knapp 80 kb großer Bereich proximal zum humanen TUB-Gen einen deutlich erhöhten AT-Gehalt auf, der ebenso im murinen Genom nur in verkürzter Version und schwächer ausgeprägt in Erscheinung tritt. Die zusätzliche Vergleichsanalyse mit einer weiteren Spezies, den orthologen Genomabschnitten von Fugu, zeigte, dass es sich bei den untersuchten Genen LMO1 und TUB um sehr konservierte und evolutiv alte Gene handelt, deren genomisches Organisationsmuster sich auch bei den paralogen Genfamilienmitglieder innerhalb derselben Spezies wiederfindet. Insgesamt konnte durch die Kartierung, Sequenzierung und Analyse eine umfassende Datenbasis für die betrachtete Genomregion und die beschriebenen Gene generiert werden, die für zukünftige Untersuchungen und Fragestellungen wertvolle Informationen bereithält.

Biofunktionalisierung oxidischer Titanoberflächen über eine spezifische Anbindung von biotinyliertem Fibronektin für die medizinische Anwendung

In der hier vorliegenden Dissertation wird die Entwicklung und Charakterisierung einer biomimetischen Beschichtung für Titanimplantatoberflächen, insbesondere Dentalimplantate, beschrieben. Ziel war es, die Adhäsion und Aktivität von Osteoblasten auf Titanoberflächen zu steigern und so eine Beschleunigung der Implantatintegration in das Knochengewebe zu erreichen. Hierfür wurde eine spezielle Art der biomimetischen Beschichtung entwickelt, bei der biotinyliertes Fibronektin (bFn) über Streptavidin auf eine biotinylierte TiOX-Modelloberfläche immobilisiert wurde. Die Biotinmodifizierung der TiOX-Oberfläche erfolgte hierbei über einen „Self-Assembly-Prozess“ durch sequenzielle Chemiesorption von N-(6-aminohexyl)aminopropyltrimethoxysilan sowie verschiedenen Sulfo-NHS-Biotin-Derivaten, welche den Aufbau einer Streptavidin-Monolage ermöglichten. Als ein wichtiges Resultat zeigte sich, dass die Streptavidin-Monolage effektiv die unspezifische Adsorption von Proteinen an die TiOX-Oberfläche unterbindet und hierdurch die Adhäsion von Osteoblasten auf dieser unterdrückt. Dies hat den Vorteil, dass auf eine antiadhäsive Basisbeschichtung, welche für eine spezifische Zellreaktion wichtig ist, verzichtet werden kann. Dieses osteoblastere Adhäsionsverhalten änderte sich signifikant nach Anbindung von bFn an die Streptavidin-Monolage, mit dem Ergebnis, einer drastischen Steigerung der Osteoblastenadhäsion. Weiterhin besaßen Osteoblasten auf diesen Oberflächen ein Proteinexpressionsmuster, das auf eine erhöhte Osteoinduktion schließen lässt. Es zeigte sich darüber hinaus eine verstärkte Zelladhäsion sowie eine Steigerung des osteoinduktiven Effekts auf Substraten, bei denen bFn über eine Streptavidin-Monolage immobilisiert wurde, gegenüber mit nativem Fibronektin (Fn) modifizierten TiOX-Oberflächen. Ein wesentlicher Schwerpunkt bestand daher in der Analyse der Zusammensetzung und Struktur der biomimetischen Beschichtung über „Surface Plasmon Spectroscopy“ und „Atomic Force Microscopy“. Diese ergab, dass bFn und natives Fn auf den jeweiligen Oberflächen eine unterschiedliche Konformation einnimmt. Im Gegensatz zu nativem Fn, das bei der Adsorption unter physiologischen Bedingungen auf TiOX-Oberflächen eine kompakte Konformation besitzt, nimmt bFn auf einer Streptavidin-Monolage eine entfaltete Konformation ein. Bei letzterer handelt es sich um dieselbe, welche Fn in vivo innerhalb der extrazellulären Matrix besitzt. Sie unterscheidet sich von der kompakten Fn-Konformation dahingehend, dass entlang der Fn-Achse weitere Proteinbindestellen zugänglich werden und hierdurch die Zellaffinität von Fn gesteigert wird. Die nachgewiesene Konformationsänderung kann somit als Grund für die gesteigerte Osteoblasten-Adhäsion und Aktivität auf Oberflächen mit bFn angenommen werden. Diese Kenntnisse konnten weiterhin für die Optimierung des biomimetischen Schichtsystems genutzt werden. So war es möglich, durch alternierendes Inkubieren der Biotin-aktivierten Oberfläche mit Streptavidin und bFn, ein Multilayersystem gezielt aufzubauen. Der Vorteil dieses Multilayersystems gegenüber einer einfachen Monolage aus bFn besteht in einer erhöhten Stabilität der biomimetischen Beschichtung, wodurch eine Anwendung in der Praxis erleichtert würde.

German Validation of the Conners Adult ADHD Rating Scale-Self-Report: Confirmation of Factor Structure in a Large Sample of Participants With ADHD

Objective: The Conners Adult ADHD Rating Scales (CAARS) assess symptoms specific to adults that are frequently used and have been translated into German. The current study tests the factor structure of the CAARS in a large sample of German adults with ADHD and compares the means of the CAARS subscales with those of healthy German controls. Method: CAARS were completed by 466 participants with ADHD and 851 healthy control participants. Confirmatory factor analysis was used to establish model fit with the American original. Comparisons between participants with ADHD and healthy controls and influences of gender, age, and degree of education were analyzed. Results: Confirmatory factor analysis showed a very good fit with the model for the American original. Differences between ADHD participants and healthy controls on all Conners Adult ADHD Rating Scales-Self-Report (CAARS-S) subscales were substantial and significant. Conclusion: The factor structure of the original American model was successfully replicated in this sample of adult German ADHD participants. (J. of Att. Dis. 2012; XX(X) 1-XX).

Flavor-phenomenology of two-Higgs-doublet models with generic Yukawa structure

In this article, we perform an extensive study of flavor observables in a two-Higgs-doublet model with generic Yukawa structure (of type III). This model is interesting not only because it is the decoupling limit of the minimal supersymmetric standard model but also because of its rich flavor phenomenology which also allows for sizable effects not only in flavor-changing neutral-current (FCNC) processes but also in tauonic B decays. We examine the possible effects in flavor physics and constrain the model both from tree-level processes and from loop observables. The free parameters of the model are the heavy Higgs mass, tanβ (the ratio of vacuum expectation values) and the “nonholomorphic” Yukawa couplings ϵfij(f=u,d,ℓ). In our analysis we constrain the elements ϵfij in various ways: In a first step we give order of magnitude constraints on ϵfij from ’t Hooft’s naturalness criterion, finding that all ϵfij must be rather small unless the third generation is involved. In a second step, we constrain the Yukawa structure of the type-III two-Higgs-doublet model from tree-level FCNC processes (Bs,d→μ+μ−, KL→μ+μ−, D¯¯¯0→μ+μ−, ΔF=2 processes, τ−→μ−μ+μ−, τ−→e−μ+μ− and μ−→e−e+e−) and observe that all flavor off-diagonal elements of these couplings, except ϵu32,31 and ϵu23,13, must be very small in order to satisfy the current experimental bounds. In a third step, we consider Higgs mediated loop contributions to FCNC processes [b→s(d)γ, Bs,d mixing, K−K¯¯¯ mixing and μ→eγ] finding that also ϵu13 and ϵu23 must be very small, while the bounds on ϵu31 and ϵu32 are especially weak. Furthermore, considering the constraints from electric dipole moments we obtain constrains on some parameters ϵu,ℓij. Taking into account the constraints from FCNC processes we study the size of possible effects in the tauonic B decays (B→τν, B→Dτν and B→D∗τν) as well as in D(s)→τν, D(s)→μν, K(π)→eν, K(π)→μν and τ→K(π)ν which are all sensitive to tree-level charged Higgs exchange. Interestingly, the unconstrained ϵu32,31 are just the elements which directly enter the branching ratios for B→τν, B→Dτν and B→D∗τν. We show that they can explain the deviations from the SM predictions in these processes without fine-tuning. Furthermore, B→τν, B→Dτν and B→D∗τν can even be explained simultaneously. Finally, we give upper limits on the branching ratios of the lepton flavor-violating neutral B meson decays (Bs,d→μe, Bs,d→τe and Bs,d→τμ) and correlate the radiative lepton decays (τ→μγ, τ→eγ and μ→eγ) to the corresponding neutral current lepton decays (τ−→μ−μ+μ−, τ−→e−μ+μ− and μ−→e−e+e−). A detailed Appendix contains all relevant information for the considered processes for general scalar-fermion-fermion couplings.

Expression, purification, and projection structure by single particle electron microscopy of functional human TRPM4 heterologously expressed in Xenopus laevis oocytes

Despite efforts implicating the cationic channel transient receptor potential melastatin member 4 (TRPM4) to cardiac, nervous, and immunological pathologies, little is known about its structure and function. In this study, we optimized the requirements for purification and extraction of functional human TRPM4 protein and investigated its supra-molecular assembly. We selected the Xenopus laevis oocyte expression system because it lacks endogenous TRPM4 expression, it is known to overexpress functional human membrane channels, can be used for structure-function analysis within the same system, and is easily scaled to improve yield and develop moderate throughput capabilities through the use of robotics. Negative-stain electron microscopy (EM) revealed various sized low-resolution particles. Single particle analysis identified the majority of the projections represented the monomeric form with additional oligomeric structures potentially characterized as tetramers. Two-electrode voltage clamp electrophysiology demonstrated that human TRPM4 is functionally expressed at the oocyte plasma membrane. This study opens the door for medium-throughput screening and structure-function determination of this important therapeutically relevant target.

Simulation of Drosophila circadian oscillations, mutations, and light responses by a model with VRI, PDP-1, and CLK.

A model of Drosophila circadian rhythm generation was developed to represent feedback loops based on transcriptional regulation of per, Clk (dclock), Pdp-1, and vri (vrille). The model postulates that histone acetylation kinetics make transcriptional activation a nonlinear function of [CLK]. Such a nonlinearity is essential to simulate robust circadian oscillations of transcription in our model and in previous models. Simulations suggest that two positive feedback loops involving Clk are not essential for oscillations, because oscillations of [PER] were preserved when Clk, vri, or Pdp-1 expression was fixed. However, eliminating positive feedback by fixing vri expression altered the oscillation period. Eliminating the negative feedback loop in which PER represses per expression abolished oscillations. Simulations of per or Clk null mutations, of per overexpression, and of vri, Clk, or Pdp-1 heterozygous null mutations altered model behavior in ways similar to experimental data. The model simulated a photic phase-response curve resembling experimental curves, and oscillations entrained to simulated light-dark cycles. Temperature compensation of oscillation period could be simulated if temperature elevation slowed PER nuclear entry or PER phosphorylation. The model makes experimental predictions, some of which could be tested in transgenic Drosophila.

Identification and phenotypic characterization of a second collagen adhesin, Scm, and genome-based identification and analysis of 13 other predicted MSCRAMMs, including four distinct pilus loci, in Enterococcus faecium.

Attention has recently been drawn to Enterococcus faecium because of an increasing number of nosocomial infections caused by this species and its resistance to multiple antibacterial agents. However, relatively little is known about the pathogenic determinants of this organism. We have previously identified a cell-wall-anchored collagen adhesin, Acm, produced by some isolates of E. faecium, and a secreted antigen, SagA, exhibiting broad-spectrum binding to extracellular matrix proteins. Here, we analysed the draft genome of strain TX0016 for potential microbial surface components recognizing adhesive matrix molecules (MSCRAMMs). Genome-based bioinformatics identified 22 predicted cell-wall-anchored E. faecium surface proteins (Fms), of which 15 (including Acm) had characteristics typical of MSCRAMMs, including predicted folding into a modular architecture with multiple immunoglobulin-like domains. Functional characterization of one [Fms10; redesignated second collagen adhesin of E. faecium (Scm)] revealed that recombinant Scm(65) (A- and B-domains) and Scm(36) (A-domain) bound to collagen type V efficiently in a concentration-dependent manner, bound considerably less to collagen type I and fibrinogen, and differed from Acm in their binding specificities to collagen types IV and V. Results from far-UV circular dichroism measurements of recombinant Scm(36) and of Acm(37) indicated that these proteins were rich in beta-sheets, supporting our folding predictions. Whole-cell ELISA and FACS analyses unambiguously demonstrated surface expression of Scm in most E. faecium isolates. Strikingly, 11 of the 15 predicted MSCRAMMs clustered in four loci, each with a class C sortase gene; nine of these showed similarity to Enterococcus faecalis Ebp pilus subunits and also contained motifs essential for pilus assembly. Antibodies against one of the predicted major pilus proteins, Fms9 (redesignated EbpC(fm)), detected a 'ladder' pattern of high-molecular-mass protein bands in a Western blot analysis of cell surface extracts from E. faecium, suggesting that EbpC(fm) is polymerized into a pilus structure. Further analysis of the transcripts of the corresponding gene cluster indicated that fms1 (ebpA(fm)), fms5 (ebpB(fm)) and ebpC(fm) are co-transcribed, a result consistent with those for pilus-encoding gene clusters of other Gram-positive bacteria. All 15 genes occurred frequently in 30 clinically derived diverse E. faecium isolates tested. The common occurrence of MSCRAMM- and pilus-encoding genes and the presence of a second collagen-binding protein may have important implications for our understanding of this emerging pathogen.

Rubisco in complex with Rubisco large subunit methyltransferase.

SET domain protein lysine methyltransferases (PKMT) are a structurally unique class of enzymes that catalyze the specific methylation of lysine residues in a number of different substrates. Especially histone-specific SET domain PKMTs have received widespread attention because of their roles in the regulation of epigenetic gene expression and the development of some cancers. Rubisco large subunit methyltransferase (RLSMT) is a chloroplast-localized SET domain PKMT responsible for the formation of trimethyl-lysine-14 in the large subunit of Rubisco, an essential photosynthetic enzyme. Here, we have used cryoelectron microscopy to produce an 11-A density map of the Rubisco-RLSMT complex. The atomic model of the complex, obtained by fitting crystal structures of Rubisco and RLSMT into the density map, shows that the extensive contact regions between the 2 proteins are mainly mediated by hydrophobic residues and leucine-rich repeats. It further provides insights into potential conformational changes that may occur during substrate binding and catalysis. This study presents the first structural analysis of a SET domain PKMT in complex with its intact polypeptide substrate.

Structure of the Hsp110:Hsc70 nucleotide exchange machine.

Hsp70s mediate protein folding, translocation, and macromolecular complex remodeling reactions. Their activities are regulated by proteins that exchange ADP for ATP from the nucleotide-binding domain (NBD) of the Hsp70. These nucleotide exchange factors (NEFs) include the Hsp110s, which are themselves members of the Hsp70 family. We report the structure of an Hsp110:Hsc70 nucleotide exchange complex. The complex is characterized by extensive protein:protein interactions and symmetric bridging interactions between the nucleotides bound in each partner protein's NBD. An electropositive pore allows nucleotides to enter and exit the complex. The role of nucleotides in complex formation and dissociation, and the effects of the protein:protein interactions on nucleotide exchange, can be understood in terms of the coupled effects of the nucleotides and protein:protein interactions on the open-closed isomerization of the NBDs. The symmetrical interactions in the complex may model other Hsp70 family heterodimers in which two Hsp70s reciprocally act as NEFs.

Insights into transcription enhancer factor 1 (TEF-1) activity from the solution structure of the TEA domain.

Transcription enhancer factor 1 is essential for cardiac, skeletal, and smooth muscle development and uses its N-terminal TEA domain (TEAD) to bind M-CAT elements. Here, we present the first structure of TEAD and show that it is a three-helix bundle with a homeodomain fold. Structural data reveal how TEAD binds DNA. Using structure-function correlations, we find that the L1 loop is essential for cooperative loading of TEAD molecules on to tandemly duplicated M-CAT sites. Furthermore, using a microarray chip-based assay, we establish that known binding sites of the full-length protein are only a subset of DNA elements recognized by TEAD. Our results provide a model for understanding the regulation of genome-wide gene expression during development by TEA/ATTS family of transcription factors.