Strukturelle, chemische und isotopische Analysen nanoskaliger präsolarer und früher solarer Kondensate

Neben astronomischen Beobachtungen mittels boden- und satellitengestützer Instrumente existiert ein weiterer experimenteller Zugang zu astrophysikalischen Fragestellungen in Form einer Auswahl extraterrestrischen Materials, das für Laboruntersuchungen zur Verfügung steht. Hierzu zählen interplanetare Staubpartikel, Proben, die von Raumfahrzeugen zur Erde zurückgebracht wurden und primitive Meteorite. Von besonderem Interesse sind sog. primitive kohlige Chondrite, eine Klasse von Meteoriten, die seit ihrer Entstehung im frühen Sonnensystem kaum verändert wurden. Sie enthalten neben frühem solarem Material präsolare Minerale, die in Sternwinden von Supernovae und roten Riesensternen kondensiert sind und die Bildung unseres Sonnensystems weitgehend unverändert überstanden haben. Strukturelle, chemische und isotopische Analysen dieser Proben besitzen demnach eine große Relevanz für eine Vielzahl astrophysikalischer Forschungsgebiete. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Laboranalysen mittels modernster physikalischer Methoden an Bestandteilen primitiver Meteorite durchgeführt. Aufgrund der Vielfalt der zu untersuchenden Eigenschaften und der geringen Größen der analysierten Partikel zwischen wenigen Nanometern und einigen Mikrometern mussten hierbei hohe Anforderungen an Nachweiseffizienz und Ortsauflösung gestellt werden. Durch die Kombination verschiedener Methoden wurde ein neuer methodologischer Ansatz zur Analyse präsolarer Minerale (beispielsweise SiC) entwickelt. Aufgrund geringer Mengen verfügbaren Materials basiert dieses Konzept auf der parallelen nichtdestruktiven Vorcharakterisierung einer Vielzahl präsolarer Partikel im Hinblick auf ihren Gehalt diagnostischer Spurenelemente. Eine anschließende massenspektrometrische Untersuchung identifizierter Partikel mit hohen Konzentrationen interessanter Elemente ist in der Lage, Informationen zu nukleosynthetischen Bedingungen in ihren stellaren Quellen zu liefern. Weiterhin wurden Analysen meteoritischer Nanodiamanten durchgeführt, deren geringe Größen von wenigen Nanometern zu stark modifizierten Festkörpereigenschaften führen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine quantitative Beschreibung von Quanteneinschluss-Effekten entwickelt, wie sie in diesen größenverteilten Halbleiter-Nanopartikeln auftreten. Die abgeleiteten Ergebnisse besitzen Relevanz für nanotechnologische Forschungen. Den Kern der vorliegenden Arbeit bilden Untersuchungen an frühen solaren Partikeln, sog. refraktären Metall Nuggets (RMN). Mit Hilfe struktureller, chemischer und isotopischer Analysen, sowie dem Vergleich der Ergebnisse mit thermodynamischen Rechnungen, konnte zum ersten Mal ein direkter Nachweis von Kondensationsprozessen im frühen solaren Nebel erbracht werden. Die analysierten RMN gehören zu den ersten Festkörperkondensaten, die im frühen Sonnensystem gebildet wurden und scheinen seit ihrer Entstehung nicht durch sekundäre Prozesse verändert worden zu sein. Weiterhin konnte erstmals die Abkühlrate des Gases des lokalen solaren Nebels, in dem die ersten Kondensationsprozesse stattfanden, zu 0.5 K/Jahr bestimmt werden, wodurch ein detaillierter Blick in die thermodynamische Geschichte des frühen Sonnensystems möglich wird. Die extrahierten Parameter haben weitreichende Auswirkungen auf die Modelle der Entstehung erster solarer Festkörper, welche die Grundbausteine der Planetenbildung darstellen.

The development and deployment of FOTOS: a fast observation of trace organics system

Flüchtige organische Bestandteile (engl.: VOC) sind in der Atmosphäre in Spuren vorhanden, spielen aber trotzdem eine wichtige Rolle in der Luftchemie: sie beeinflussen das Ozon der Troposphäre, städtischen Smog, Oxidationskapazität und haben direkte und indirekte Auswirkungen auf die globale Klimaveränderung. Eine wichtige Klasse der VOC sind die Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffe (engl.: NMHC), die überwiegend von anthropogenen Quellen kommen. Aus diesem Grund ist für Luftchemiker ein Messinstrument nötig, das die VOC, die NMHC eingeschlossen, mit einer höheren Zeitauflösung misst, besonders für Echtzeitmessungen an Bord eines Forschungsflugzeuges. Dafür wurde das System zur schnellen Beobachtung von organischen Spuren (engl.: FOTOS) entworfen, gebaut für den Einsatz in einem neuen Wissenschaftlichen Flugzeug, das in großen Höhen und über weite Strecken fliegt, genannt HALO. In der Folge wurde FOTOS in zwei Messkampagnen am Boden getestet. FOTOS wurde entworfen und gebaut mit einem speziell angefertigten, automatisierten, kryogenen Probensystem mit drei Fallen und einem angepassten, erworbenen schnellen GC-MS. Ziel dieses Aufbaus war es, die Vielseitigkeit zu vergrößern und das Störungspotential zu verringern, deshalb wurden keine chemischen Trocknungsmittel oder adsorbierenden Stoffe verwendet. FOTOS erreichte eine Probenfrequenz von 5.5 Minuten, während es mindestens 13 verschiedene C2- bis C5-NMHC maß. Die Drei-Sigma-Detektionsgrenze für n- und iso-Pentan wurde als 2.6 und 2.0 pptv ermittelt, in dieser Reihenfolge. Labortests bestätigten, dass FOTOS ein vielseitiges, robustes, hochautomatisiertes, präzises, genaues, empfindliches Instrument ist, geeignet für Echtzeitmessungen von VOC in Probenfrequenzen, die angemessen sind für ein Forschungsflugzeug wie HALO. Um die Leistung von FOTOS zu bestätigen, wurde vom 26. Januar bis 4. Februar 2010 ein Zwischenvergleich gemacht mit dem GC-FID-System am Meteorologischen Observatorium Hohenpeißenberg, einer WMO-GAW-globalen Station. Dreizehn verschiedene NMHC wurden innerhalb des Rahmens der GWA Data Quality Objectives (DQO) analysiert und verglichen. Mehr als 80% der Messungen von sechs C3- bis C5-NMHC erfüllten diese DQO. Diese erste Messkampagne im Feld hob die Robustheit und Messgenauigkeit von FOTOS hervor, zusätzlich zu dem Vorteil der höheren Probenfrequenz, sogar in einer Messung am Boden. Um die Möglichkeiten dieses Instrumentes im Feld zu zeigen, maß FOTOS ausgewählte leichte NMHC während einer Messkampagne im Borealen Waldgebiet, HUMPPA-COPEC 2010. Vom 12. Juli bis zum 12. August 2010 beteiligte sich eine internationale Gruppe von Instituten und Instrumenten an Messungen physikalischer und chemischer Größen der Gas- und Partikelphasen der Luft über dem Borealen Wald an der SMEAR II-Station nahe Hyyttiälä, Finnland. Es wurden mehrere Hauptpunkte von Interesse im Mischungsverhältnis der Alkane und im Isomerenverhätnis von Pentan identifiziert, insbesondere sehr unterschiedliche Perioden niedriger und hoher Variabilität, drei Rauchschwaden von Biomassen-Verbrennung von russischen Waldbränden und zwei Tage mit extrem sauberer Luft aus der Polarregion. Vergleiche der NMHC mit anderen anthropogenen Indikatoren zeigten mehrere Quellen anthropogener Einflüsse am Ort auf und erlaubten eine Unterscheidung zwischen lokalen und weiter entfernten Quellen. Auf einen minimalen natürlichen Beitrag zum 24h-Kreislauf von NOx wurde geschlussfolgert aus der Korrelation von NOx mit Alkanen. Altersschätzungen der Luftmassen durch das Isomerenverhältnis von Pentan wurden erschwert durch sich verändernde Verhältnisse der Quellen und durch Besonderheiten der Photochemie während des Sommers im hohen Norden. Diese Messungen zeigten den Wert des Messens leichter NMHC, selbst in abgelegenen Regionen, als einen zusätzlichen spezifischen Marker von anthropogenem Einfluss.

Isolierung und Charakterisierung der ER-residenten Aminopeptidase ERMP1 und Untersuchung ihrer Funktion in der Prozessierung MHC I restringierter CTL Epitope

Die effiziente Generierung von Peptid-Epitopen aus zelleigenen oder viralen Proteinen für die Präsentation auf „Major Histocompatibility Complex I“ (MHC I) Molekülen ist essentiell für die Aktivierung des adaptiven Immunsystems und die Effektorfunktion der CD8+ zytotoxischen T-Zellen (CTLs). CTLs erkennen diese Peptide in Kontext mit MHC I Molekülen über ihren spezifischen T-Zellrezeptor (TCR). Die Generierung dieser Epitope ist das Resultat eines komplexen proteolytischen Prozesses, der im Zytosol und im endoplasmatischen Retikulum (ER) stattfindet. Im Zytosol generiert das Proteasom N-terminal verlängerte Epitop-Vorläufer. Diese werden durch weitere zytosolische Proteasen abgebaut, es sei denn, sie werden durch den „transporter associated with antigen processing“ (TAP) in das ER transportiert. Dort werden sie durch Aminopeptidasen getrimmt, um den Bindungsvoraussetzungen der MHC I Moleküle zu genügen. Im murinen System ist die „ER aminopeptidase associated with antigen processing“ (ERAAP) die bislang einzige beschriebene Aminopeptidase, die dieses N-terminale Trimming von CTL Epitopen vermitteln kann. Das Profil der proteolytischen Aktivität in angereichertem murinen ER kann jedoch nicht allein durch die Aktivität von ERAAP erklärt werden, was auf die Anwesenheit weiterer Aminopeptidasen mit einer potentiellen Funktion in der Antigenprozessierung hinweist. In dieser Arbeit konnte die immunologisch bislang noch nicht beschriebene Aminopeptidase ERMP1 (endoplasmic reticulum metallopeptidase 1) im murinen ER identifiziert werden. Nach Aufreinigung muriner Mikrosomen und anschließender Anionenaustausch-Chromatographie wurden die gesammelten Fraktionen mit fluorogenen Substraten auf Aminopeptidase-Aktivität getestet. Durch massenspektrometrische Analyse konnten in den beobachteten Peaks die schon beschriebenen Aminopeptidasen ERAAP, die „insulin regulated aminopeptidase“ IRAP und die immunologisch bislang nicht beschriebene Aminopeptidase ERMP1 identifiziert werden. Durch Fluoreszenzmikroskopie konnte die intrazelluläre Lokalisation von ERMP1 im ER durch Kolokalisation mit TAP verifiziert werden. Wie viele Komponenten des MHC I Prozessierungsweges wird auch die Expression von ERMP1 durch IFN-γ stimuliert. Dies macht ERMP1 zu einer potentiellen zweiten trimmenden Aminopeptidase im murinen ER. Überexpression von ERMP1 hat einen allelspezifischen Einfluss auf die globale MHC I Präsentation auf der Zelloberfläche und durch Überexpression und shRNA vermitteltes gene silencing konnte außerdem ein epitopspezifischer Effekt nachgewiesen werden. Da N-terminales Trimming durch ERAAP mit der Evasion von Tumoren und veränderter Immundominanz assoziiert wird, ist die detaillierte Charakterisierung der Aminopeptidase ERMP1 ein wichtiger Schritt zum Verständnis der MHC I Antigen-Prozessierung und der Generierung von CTL Epitopen im ER.

Charakterisierung einer pflanzlichen Variante des Cytoskelettproteins gamma-Tubulin durch Strukturmodellierung, Überexpression und Analyse der Interaktionspartner

Wie alle Eukaryoten besitzen auch höhere Pflanzen ein mikrotubuläres Cytoskelett. Einige Funktionen dieses Cytoskeletts sind relativ stark konserviert, andere dagegen scheinen sehr pflanzenspezifisch zu sein. Dies betrifft insbesondere charakteristische mikrotubuläre Netzwerke, die bei der Neubildung und der Verstärkung der Zellwände wichtige Rollen übernehmen. Wie der Aufbau dieser Netzwerke kontrolliert wird, ist bisher relativ unklar. Typische Mikrotubuli organisierende Zentren (MTOC), insbesondere Centrosomen oder Spindelpolkörper, sind bei höheren Pflanzen nicht beobachtet worden. Von pilzlichen und tierischen Organismen weiß man, dass gamma-Tubulin (gTUB) mit seinen assoziierten Proteinen in den MTOC bei der Nukleation von Mikrotubuli eine Schlüsselfunktion hat. Dieses Mitglied der Tubulin-Superfamilie wird aber auch in Pflanzen gefunden, dessen genaue Funktion bisher unbekannt ist. Zu Beginn der Arbeit wurden mittels in silico Berechnungen Strukturmodelle des pflanzlichen gTUBs aus Nicotiana tabacum erarbeitet, da die Struktur, die zu einem Verständnis der pflanzlichen Wachstumsregulation beitragen könnte, bisher unbekannt ist. Auf Grundlage der bioinformatischen Daten konnte für weitere Studien eine notwendige gTUB-Deletionsmutante entwickelt werden. Für Röntgendiffraktionsstudien und gTUB-Interaktionspartneranalysen war die Verfügbarkeit verhältnismäßig großer Proteinmengen notwendig. Die Expression der gTUB-Volllängensequenz in gelöster und aktiver Form stellte einen immanent wichtigen Zwischenschritt dar. Das Escherichia coli T7/lacO-Expressionssystem lieferte, trotz vielversprechender Erfolge in der Vergangenheit, kein gelöstes rekombinantes gTUB. So wurden zwar verhältnismäßig hohe Expressionsraten erzielt, aber das rekombinante gTUB lag quantitativ als Inclusion bodies vor. Eine Variationen der Expressionsparameter sowie umfangreiche Versuche mittels verschiedenster Konstrukte sowie potentiell die Löslichkeit erhöhenden Tags gTUB in gelöster Form in E. coli zu exprimieren blieben erfolglos. Eine Denaturierung der Inclusion bodies und Rückfaltung wurde aufgrund der wohl bei der Tubulinfaltung notwendigen komplexeren Chaperone sowie thermodynamischer Überlegungen ausgeschlossen. Die höher evolvierte Chaperonausstattung war ein Hauptgrund für die Verwendung der eukaryotischen Hefe-Expressionssysteme K. lactis und des S. cerevisiae-Stammes FGY217 zur gTUB-Expression. So konnten nach der Selektion nur transgene Hefe-Zellen dokumentiert werden, die die gTUB-Expressionskassette nachweislich an der vorgesehenen Zielposition in ihrem Genom integrierten, aber keine dokumentierbare Expression zeigten. Die wahrscheinlichste Begründung hierfür ist, dass ein erhöhter intrazellulärer gTUB-Titer mit dem Zellwachstum und der Zellteilung dieser eukaryotischen Organismen interferierte und durch Rückkopplungen die rekombinante gTUB-CDS aus N. tabacum ausgeschaltet wurde. Der Versuch einer transienten gTUB-Überexpression in differenzierten Blattgeweben höherer Pflanzen war eine logische Konsequenz aus den vorherigen Ergebnissen und lieferte, wenn auch nicht die für eine Proteinkristallisation notwendigen Mengen, gelöstes gTUB. Bestrebungen einer stabilen Transfektion von A. thaliana oder BY-2-Zellkulturen mit einer gTUB-CDS lieferten keine transgenen Organismen, was starke Interferenzen der rekombinanten gTUB-CDS in den Zellen vermuten lies. Transfektionsversuche mit nur GFP tragenden Konstrukten ergaben hingegen eine hohe Anzahl an transgenen Organismen, die auch verhältnismäßig starke Expressionsraten zeigten. Die erzielten Proteinmengen bei der transienten gTUB-Überexpression in N. benthamiana Blattgeweben, in Co-Expression mit dem Posttransriptional Gene Silencing-Suppressorprotein p19, waren für einen Pull-Down sowie eine massenspektroskopische Analyse der Interaktionspartner ausreichend und ergaben Befunde. Eine abschließende Auswertung des erarbeiteten massenspektroskopischen Datensatzes wird jedoch erst dann möglich sein, wenn das Tabak-Proteom vollständig sequenziert ist. Die Erweiterung der bestehenden pflanzlichen Vergleichsdatenbanken um das bisher bekannte Tabak-Proteom vervielfachte die Anzahl der in dieser Studie identifizierten gTUB-Interaktionspartner. Interaktionen mit dem TCP1-Chaperon untermauern die Hypothese der zur Faltung pflanzlichen gTUBs notwendigen Chaperone. Beobachtete gTUB-Degradationsmuster in Verbindung mit Interaktionen des 26S-Proteasoms deuten auf eine Gegenregulationen bei erhöhtem gTUB-Titer auf Proteinebene hin. Da Blattgewebe selbst nur noch über eine sehr geringe und inhomogene Teilungsaktivität verfügen ist diese Regulation hoch spannend. Auch konnte durch Co-Expression des PTGS-Suppressorproteins p19 gezeigt werden, dass bei der gTUB-Expression eine Regulation auf RNA-Ebene erfolgt.

Laboratory and field measurements of enantiomeric and non-enantiomeric biogenic VOCs and anthropogenic BTEX compounds

This doctoral thesis was focused on the investigation of enantiomeric and non-enantiomeric biogenic organic compound (BVOC) emissions from both leaf and canopy scales in different environments. In addition, the anthropogenic compounds benzene, toluene, ethylbenzene, and xylenes (BTEX) were studied. BVOCs are emitted into the lower troposphere in large quantities (ca. 1150 Tg C ·yr-1), approximately an order of magnitude greater than the anthropogenic VOCs. BVOCs are particularly important in tropospheric chemistry because of their impact on ozone production and secondary organic aerosol formation or growth. The BVOCs examined in this study were: isoprene, (-)/ (+)-α-pinene, (-)/ (+)-ß-pinene, Δ-3-carene, (-)/ (+)-limonene, myrcene, eucalyptol and camphor, as these were the most abundant BVOCs observed both in the leaf cuvette study and the ambient measurements. In the laboratory cuvette studies, the sensitivity of enantiomeric enrichment change from the leaf emission has been examined as a function of light (0-1600 PAR) and temperature (20-45°C). Three typical Mediterranean plant species (Quercus ilex L., Rosmarinus officinalis L., Pinus halepensis Mill.) with more than three individuals of each have been investigated using a dynamic enclosure cuvette. The terpenoid compound emission rates were found to be directly linked to either light and temperature (e.g. Quercus ilex L.) or mainly to temperature (e.g. Rosmarinus officinalis L., Pinus halepensis Mill.). However, the enantiomeric signature showed no clear trend in response to either the light or temperature; moreover a large variation of enantiomeric enrichment was found during the experiment. This enantiomeric signature was also used to distinguish chemotypes beyond the normal achiral chemical composition method. The results of nineteen Quercus ilex L. individuals, screened under standard conditions (30°C and 1000 PAR) showed four different chemotypes, whereas the traditional classification showed only two. An enclosure branch cuvette set-up was applied in the natural boreal forest environment from four chemotypes of Scots pine (Pinus sylvestris) and one chemotype of Norway spruce (Picea abies) and the direct emissions compared with ambient air measurements above the canopy during the HUMPPA-COPEC 2010 summer campaign. The chirality of a-pinene was dominated by (+)-enantiomers from Scots pine while for Norway spruce the chirality was found to be opposite (i.e. Abstract II (-)-enantiomer enriched) becoming increasingly enriched in the (-)-enantiomer with light. Field measurements over a Spanish stone pine forest were performed to examine the extent of seasonal changes in enantiomeric enrichment (DOMINO 2008). These showed clear differences in chirality of monoterpene emissions. In wintertime the monoterpene (-)-a-pinene was found to be in slight enantiomeric excess over (+)-a-pinene at night but by day the measured ratio was closer to one i.e. racemic. Samples taken the following summer in the same location showed much higher monoterpene mixing ratios and revealed a strong enantiomeric excess of (-)-a-pinene. This indicated a strong seasonal variance in the enantiomeric emission ratio which was not manifested in the day/night temperature cycles in wintertime. A clear diurnal cycle of enantiomeric enrichment in a-pinene was also found over a French oak forest and the boreal forest. However, while in the boreal forest (-)-a-pinene enrichment increased around the time of maximum light and temperature, the French forest showed the opposite tendency with (+)-a-pinene being favored. For the two field campaigns (DOMINO 2008 and HUMPPA-COPEC 2010), the BTEX were also investigated. For the DOMINO campaign, mixing ratios of the xylene isomers (meta- and para-) and ethylbenzene, which are all well resolved on the ß-cyclodextrin column, were exploited to estimate average OH radical exposures to VOCs from the Huelva industrial area. These were compared to empirical estimates of OH based on JNO2 measured at the site. The deficiencies of each estimation method are discussed. For HUMPPA-COPEC campaign, benzene and toluene mixing ratios can clearly define the air mass influenced by the biomass burning pollution plume from Russia.

Die Isolierung und Aufreinigung der Metalloendopeptidase LysN und die Evaluierung der Spezifität der LysN E157D-Mutante und ihr Einsatz in der Proteomik und die Mechanismen der Bildung von “dendritic cell aggresome- like induced structures“ (DALIS)

Der proteolytische Verdau von Proteinen in Peptide ist ein wichtiger Schritt in der Tandem-Massenspektrometrie. Dabei werden Peptide fragmentiert und die sich ergebenden Fragmentionen geben Aufschluss über die Aminosäuresequenz des zu untersuchenden Proteins. Dabei sind für die Fragmentierung sowohl Länge und Sequenz, als auch der Ladungszustand des Peptids ungemein wichtig. Diese Parameter bedingen sich durch Endoproteasen, die für den proteolytischen Verdau eingesetzt werden. Eine Voraussetzung hierfür ist die Spezifität der Protease. Trypsin ist bei weitem die gebräuchlichste Protease zur massenspektrometrischen Probenvorbereitung. Allerdings bietet Trypsin keine Komplettlösung. Je nach Fragestellung und Applikation müssen weitere Proteasen eingesetzt werden, um eine komplette Sequenzabdeckung zu gewährleisten und möglichst alle posttranslationalen Modifikationen nachzuweisen, oder bestimmte Proteomklassen (z.B Phosphoproteom

PBDEs in the atmosphere over the Asian marginal seas, and the Indian and Atlantic oceans

Air samples were collected from Jan 16 to Mar 14, 2008 onboard the Oceanic II- The Scholar Ship which navigated an east–west transect from Shanghai to Cape Verde, and polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) were analyzed in these samples. PBDE concentrations in the atmosphere over the open seas were influenced by proximity to source areas and land, and air mass origins. The concentrations of Σ21PBDEs over the East and South China Seas, the Bay of Bengal and the Andaman Sea, the Indian Ocean, and the Atlantic Ocean were 10.8 ± 6.13, 3.22 ± 1.57, 5.12 ± 3.56, and 2.87 ± 1.81 pg m−3, respectively. BDE-47 and -99 were the dominant congeners in all the samples, suggesting that the widely used commercial penta-BDE products were the original sources. Over some parts of Atlantic and Indian Ocean, daytime concentrations of BDE-47 and BDE-99 were higher than the concentrations at night. The strong atmospheric variability does not always coincide with a diurnal cycle, but the variability in air concentrations in such remote areas of the ocean remains strong. No significant trends were found for each of PBDE congener with latitude.

Identification of a host cell target for the thiazolide class of broad-spectrum anti-parasitic drugs

The thiazolide nitazoxanide (NTZ) and some derivatives exhibit considerable in vitro activities against a broad range of parasites, including the apicomplexans Neospora caninum and Toxoplasma gondii tachyzoites. In order to identify potential molecular targets for this compound in both parasites, RM4847 was coupled to epoxy-agarose and affinity chromatography was performed. A protein of approximately 35 kDa was eluted upon RM4847-affinity-chromatography from extracts of N. caninum-infected human foreskin fibroblasts (HFF) and non-infected HFF, but no protein was eluted when affinity chromatography was performed with T. gondii or N. caninum tachyzoite extracts. Mass spectrometry analysis identified the 35 kDa protein as human quinone reductase NQO1 (P15559; QR). Within 8h after infection of HFF with N. caninum tachyzoites, QR transcript expression levels were notably increased, but no such increase was observed upon infection with T. gondii tachyzoites. Treatment of non-infected HFF with RM4847 did also lead to an increase of QR transcript levels. The enzymatic activity of 6-histidine-tagged recombinant QR (recQR) was assayed using menadione as a substrate. The thiazolides NTZ, tizoxanide and RM4847 inhibited recQR activity on menadione in a concentration-dependent manner. Moreover, a small residual reducing activity was observed when these thiazolides were offered as substrates.

The Synthesis of Macrocyclic Polystyrene by Sequential Atom Transfer Radical Reactions

A method for the production of macrocyclic polystyrene via ring closing of a linear !,"-dibrominated polystyrene by an Atom Transfer Radical Coupling (ATRC) reaction is described. The dibrominated polystyrene chain was produced from two simultaneous atom transfer radical polymerizations (ATRPs) originating from a dibrominated benzal bromide initiator. To ensure the retention of the halogen end groups polymerization was allowed to proceed to less than 50% conversion. Using this precursor in an intramolecular ATRC (ring closing) reaction was found to yield in excess of 90% cyclic product based on refractive index-gel permeation chromatography (GPC) analysis. The cyclic architecture of the polymer was verified by GPC, Nuclear Magnetic Resonance (NMR), and mass spectrometry analysis. The utility of this method has been expanded by the addition of 2-methyl-2-nitrosopropane to the coupling reaction, which allows for the coupling to proceed at a faster rate and to yield macrocycles with incorporated alkoxyamine functionality. The alkoxyamine functionality allows for degradation of the cycles at high temperatures (>125° C) and we hypothesize that it may allow the macrocycles to act as a macroinitiator for a ring expansion polymerization in future studies.

Angiotensin Ii As A General Growth Factor

Angiotensin II (Ang II), a key protein in the renin-angiotensin system, can induce cardiac hypertrophy through an intracrine system as well as affect gene transcription. The receptor to Ang II responsible for this effect, AT1, has been localized to the nucleus of cell types in addition to cardiomyocytes. In this study, we induced expression of Ang II in MC3T3 osteoblasts and K7M2 osteosarcomas and measured changes in protein expression of Annexin V and matrix metalloproteinase 2 (MMP2), proteins identified previously through mass spectrometry analysis as being regulated by Ang II. Annexin V is downregulated in both immortalized murine bone (MC3T3) cells and in cancerous immortalized murine (K7M2) cells induced to express Ang II. MC3T3 cells which express Ang II show a downregulation of MMP2 expression, but Ang II-expressing K7M2 cells show an upregulation of MMP2. The differential regulation of MMP2 between the cancerous cells and noncancerous cells implicates a role for Ang in in tumor metastasis, as MMP2 is a metastatic protein. Annexin V is used as a marker for apoptosis, but nothing is known of the function of the endogenous protein. That Annexin V is potentially regulated by Ang II provides more information with which to characterize the protein and could suggest a function for Annexin V as part of a signal transduction pathway inside of the cell.

A metabolomic approach to the metabolism of the areca nut alkaloids arecoline and arecaidine in the mouse

The areca alkaloids comprise arecoline, arecaidine, guvacoline, and guvacine. Approximately 600 million users of areca nut products, for example, betel quid chewers, are exposed to these alkaloids, principally arecoline and arecaidine. Metabolism of arecoline (20 mg/kg p.o. and i.p.) and arecaidine (20 mg/kg p.o. and i.p.) was investigated in the mouse using a metabolomic approach employing ultra-performance liquid chromatography-time-of-flight mass spectrometric analysis of urines. Eleven metabolites of arecoline were identified, including arecaidine, arecoline N-oxide, arecaidine N-oxide, N-methylnipecotic acid, N-methylnipecotylglycine, arecaidinylglycine, arecaidinylglycerol, arecaidine mercapturic acid, arecoline mercapturic acid, and arecoline N-oxide mercapturic acid, together with nine unidentified metabolites. Arecaidine shared six of these metabolites with arecoline. Unchanged arecoline comprised 0.3-0.4%, arecaidine 7.1-13.1%, arecoline N-oxide 7.4-19.0%, and N-methylnipecotic acid 13.5-30.3% of the dose excreted in 0-12 h urine after arecoline administration. Unchanged arecaidine comprised 15.1-23.0%, and N-methylnipecotic acid 14.8%-37.7% of the dose excreted in 0-12 h urine after arecaidine administration. The major metabolite of both arecoline and arecaidine, N-methylnipecotic acid, is a novel metabolite arising from carbon-carbon double-bond reduction. Another unusual metabolite found was the monoacylglyceride of arecaidine. What role, if any, that is played by these uncommon metabolites in the toxicology of arecoline and arecaidine is not known. However, the enhanced understanding of the metabolic transformation of arecoline and arecaidine should contribute to further research into the clinical toxicology of the areca alkaloids.

Monoclonal antibody directed against Neospora caninum tachyzoite carbohydrate epitope reacts specifically with apical complex-associated sialylated beta tubulin

Monoclonal antibodies (mabs) were generated against whole sonicated Neospora caninum tachyzoites as immunogen. Initial ELISA screening of the reactivity of hybridoma culture supernatants using the same antigen and antigen treated with sodium periodate prior to antibody binding resulted in the identification of 8 supernatants with reactivity against putative carbohydrate epitopes. Following immunoblotting, mab6D12 (IgG1), binding a 52/48-kDa doublet, and mab6C6 (IgM), binding a 190/180-kDa doublet, were selected for further studies. Immunofluorescence of tachyzoite-infected cultures localized the corresponding epitopes not to the surface, but to interior epitopes at the apical part of N. caninum tachyzoites. During in vitro tachyzoite to bradyzoite stage conversion, mab6C6 labeling translocated toward the cyst periphery, while for mab6D12 no changes in localization were noted. Upon extraction of tachyzoites with the nonionic detergent Triton-X-100, the 52-kDa band recognized by mab6D12 was present exclusively in the insoluble, cytoskeletal fraction of both N. caninum and Toxoplasma gondii tachyzoites. Tandem mass spectrometry analysis identified this protein as N. caninum beta tubulin. The 48-kDa band labeled by mab6D12 was a Vero cell protein contamination. The protein(s) reacting with mab6C6 could not be conclusively identified by mass spectrometry. Immunofluorescence consistently failed to label T. gondii tachyzoites, indicating that beta tubulin in T. gondii and N. caninum could be differentially modified or that the reactive epitope in T. gondii is masked. Immunogold TEM of isolated apical cytoskeletal preparations and dual immunofluorescence with antibody to tubulin confirmed that mab6D12 binds to the anterior part of apical complex-associated microtubules. The sodium periodate sensitivity of the beta tubulin associated epitope was confirmed by immunoblotting and ELISA, and treatment of N. caninum cytoskeletal proteins with sialidase prior to mab6D12 labeling resulted in a profound loss of antibody binding, suggesting that mab6D12 reacts with sialylated beta tubulin.

Translocation and potential neurological effects of fine and ultrafine particles a critical update

ABSTRACT: Particulate air pollution has been associated with respiratory and cardiovascular disease. Evidence for cardiovascular and neurodegenerative effects of ambient particles was reviewed as part of a workshop. The purpose of this critical update is to summarize the evidence presented for the mechanisms involved in the translocation of particles from the lung to other organs and to highlight the potential of particles to cause neurodegenerative effects.Fine and ultrafine particles, after deposition on the surfactant film at the air-liquid interface, are displaced by surface forces exerted on them by surfactant film and may then interact with primary target cells upon this displacement. Ultrafine and fine particles can then penetrate through the different tissue compartments of the lungs and eventually reach the capillaries and circulating cells or constituents, e.g. erythrocytes. These particles are then translocated by the circulation to other organs including the liver, the spleen, the kidneys, the heart and the brain, where they may be deposited. It remains to be shown by which mechanisms ultrafine particles penetrate through pulmonary tissue and enter capillaries. In addition to translocation of ultrafine particles through the tissue, fine and coarse particles may be phagocytized by macrophages and dendritic cells which may carry the particles to lymph nodes in the lung or to those closely associated with the lungs. There is the potential for neurodegenerative consequence of particle entry to the brain. Histological evidence of neurodegeneration has been reported in both canine and human brains exposed to high ambient PM levels, suggesting the potential for neurotoxic consequences of PM-CNS entry. PM mediated damage may be caused by the oxidative stress pathway. Thus, oxidative stress due to nutrition, age, genetics among others may increase the susceptibility for neurodegenerative diseases. The relationship between PM exposure and CNS degeneration can also be detected under controlled experimental conditions. Transgenic mice (Apo E -/-), known to have high base line levels of oxidative stress, were exposed by inhalation to well characterized, concentrated ambient air pollution. Morphometric analysis of the CNS indicated unequivocally that the brain is a critical target for PM exposure and implicated oxidative stress as a predisposing factor that links PM exposure and susceptibility to neurodegeneration.Together, these data present evidence for potential translocation of ambient particles on organs distant from the lung and the neurodegenerative consequences of exposure to air pollutants.

Cathepsin D specifically cleaves the chemokines macrophage inflammatory protein-1 alpha, macrophage inflammatory protein-1 beta, and SLC that are expressed in human breast cancer

Cathepsin D (Cath-D) expression in human primary breast cancer has been associated with a poor prognosis. In search of a better understanding of the Cath-D substrates possibly involved in cancer invasiveness and metastasis, we investigated the potential interactions between this protease and chemokines. Here we report that purified Cath-D, as well as culture supernatants from the human breast carcinoma cell lines MCF-7 and T47D, selectively degrade macrophage inflammatory protein (MIP)-1 alpha (CCL3), MIP-1 beta (CCL4), and SLC (CCL21). Proteolysis was totally blocked by the protease inhibitor pepstatin A, and specificity of Cath-D cleavage was demonstrated using a large chemokine panel. Whereas MIP-1 alpha and MIP-1 beta degradation was rapid and complete, cleavage of SLC was slow and not complete. Mass spectrometry analysis showed that Cath-D cleaves the Leu(58) to Trp(59) bond of SLC producing two functionally inactive fragments. Analysis of Cath-D proteolysis of a series of monocyte chemoattractant protein-3/MIP-1 beta hybrids indicated that processing of MIP-1 beta might start by cleaving off amino acids located in the C-terminal domain. In situ hybridization studies revealed MIP-1 alpha, MIP-1 beta, and Cath-D gene expression mainly in the stromal compartment of breast cancers whereas SLC transcripts were found in endothelial cells of capillaries and venules within the neoplastic tissues. Cath-D production in the breast carcinoma cell lines MCF-7 and T47D, as assessed by enzyme-linked immunosorbent assay of culture supernatants and cell lysates, was not affected by stimulation with chemokines such as interleukin-8 (CXCL8), SDF-1 (CXCL12), and SLC. These data suggest that inactivation of chemokines by Cath-D possibly influences regulatory mechanisms in the tumoral extracellular microenvironment that in turn may affect the generation of the antitumoral immune response, the migration of cancer cells, or both processes.

Mesenteric lymphangitis and sepsis due to RTX toxin-producing Actinobacillus spp in 2 foals with hypothyroidism-dysmaturity syndrome

Actinobacillus suis-like organisms (ASLOs) have been isolated from the genital, respiratory, and digestive tracts of healthy adult horses, horses with respiratory disease, and septic foals. Two foals with congenital hypothyroidism-dysmaturity syndrome from separate farms developed ASLO infection. At necropsy, both had contracted carpal flexor tendons, thyroid hyperplasia, and thrombotic and necrotizing mesenteric lymphangitis and lymphadenitis; one foal also had mandibular prognathism. Numerous ASLOs were isolated from tissues from both foals, including intestine. Biochemical testing and mass spectrometric analysis of the two Actinobacillus isolates did not allow unequivocal identification. Comparative genetic analysis was done on these and similar isolates, including phylogeny based on 16S rRNA, rpoB and recN genes, as well as RTX (repeat in toxin) toxin typing of apxIA-apxIVA and aqxA genes. One isolate was identified as Actinobacillus suis sensu stricto, based on the presence of apxIA and apxIIA but not aqxA, whereas the other isolate had aqxA but neither apxIA nor apxIIA, consistent with A equuli ssp haemolyticus. Based on genotypic analysis of the isolates included for comparison, 3 of 3 equine ASLOs and 2 of 5 A equuli isolates were reclassified as A equuli subsp haemolyticus, emphasizing the importance of toxin genotyping in accurate classification of actinobacilli.