Caractérisation structurale et thermodynamique de la reconnaissance du substrat par le ribozyme VS de Neurospora

Les interactions ARN/ARN de type kissing-loop sont des éléments de structure tertiaire qui jouent souvent des rôles clés chez les ARN, tant au niveau fonctionnel que structural. En effet, ce type d’interaction est crucial pour plusieurs processus dépendant des ARN, notamment pour l’initiation de la traduction, la reconnaissance des ARN antisens et la dimérisation de génome rétroviral. Les interactions kissing-loop sont également importantes pour le repliement des ARN, puisqu’elles permettent d’établir des contacts à longue distance entre différents ARN ou encore entre les domaines éloignés d’un même ARN. Ce type d’interaction stabilise aussi les structures complexes des ARN fonctionnels tels que les ARNt, les riborégulateurs et les ribozymes. Comme d’autres ARN fonctionnels, le ribozyme VS de Neurospora contient une interaction kissing-loop importante. Celle-ci est impliquée dans la reconnaissance du substrat et se forme entre la tige-boucle I (stem-loop I, SLI) du substrat et la tige-boucle V (stem-loop V, SLV) du domaine catalytique. Des études biochimiques ont démontré que l’interaction kissing-loop I/V, dépendante du magnésium, implique trois paires de bases Watson-Crick (W-C). De plus, cette interaction est associée à un réarrangement de la structure du substrat, le faisant passer d’une conformation inactive dite unshifted à une conformation active dite shifted. Les travaux présentés dans cette thèse consistent en une caractérisation structurale et thermodynamique de l’interaction kissing-loop I/V du ribozyme VS, laquelle est formée de fragments d’ARN représentant les tige-boucles I et V dérivées du ribozyme VS (SLI et SLV). Cette caractérisation a été réalisée principalement par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) et par titrage calorimétrique isotherme (isothermal titration calorimetry, ITC) en utilisant différents complexes SLI/SLV dans lesquels l’ARN SLV est commun à tous les complexes, alors que différentes variations de l’ARN SLI ont été utilisées, soit en conformation shiftable ou preshifted. Les données d’ITC ont permis de démontrer qu’en présence d’une concentration saturante de magnésium, l’affinité d’un substrat SLI preshifted pour SLV est extrêmement élevée, rendant cette interaction plus stable que ce qui est prédit pour un duplexe d’ARN équivalent. De plus, l’étude effectuée par ITC montre que des ARN SLI preshifted présentent une meilleure affinité pour SLV que des ARN SLI shiftable, ce qui a permis de calculer le coût énergétique associé au réarrangement de structure du substrat. En plus de confirmer la formation des trois paires de bases W-C prédites à la jonction I/V, les études de RMN ont permis d’obtenir une preuve structurale directe du réarrangement structural des substrats SLI shiftable en présence de magnésium et de l’ARN SLV. La structure RMN d’un complexe SLI/SLV de grande affinité démontre que les boucles terminales de SLI et SLV forment chacune un motif U-turn, ce qui facilite l’appariement W-C intermoléculaire. Plusieurs autres interactions ont été définies à l’interface I/V, notamment des triplets de bases, ainsi que des empilements de bases. Ces interactions contribuent d’ailleurs à la création d’une structure présentant un empilement continu, c’est-à-dire qui se propage du centre de l’interaction jusqu’aux bouts des tiges de SLI et SLV. Ces études de RMN permettent donc de mieux comprendre la stabilité exceptionnelle de l’interaction kissing-loop I/V au niveau structural et mènent à l’élaboration d’un modèle cinétique de l’activation du substrat par le ribozyme VS. En considérant l’ensemble des données d’ITC et de RMN, l’étonnante stabilité de l’interaction I/V s’explique probablement par une combinaison de facteurs, dont les motifs U-turn, la présence d’un nucléotide exclu de la boucle de SLV (U700), la liaison de cations magnésium et l’empilement de bases continu à la jonction I/V.

Conception et évaluation d’un nouveau système de transfection ciblée, basé sur l’utilisation du système E/Kcoil

Actuellement le polyéthylènimine (PEI) est l’agent de transfection transitoire le plus utilisé par l’industrie pharmaceutique pour la production de protéines recombinantes à grande échelle par les cellules de mammifères. Il permet la condensation de l’ADN plasmidique (ADNp) en formant spontanément des nanoparticules positives appelées polyplexes, lui procurant la possibilité de s’attacher sur la membrane cellulaire afin d’être internalisé, ainsi qu’une protection face aux nucléases intracellulaires. Cependant, alors que les polyplexes s’attachent sur la quasi-totalité des cellules seulement 5 à 10 % de l’ADNp internalisé atteint leur noyau, ce qui indique que la majorité des polyplexes ne participent pas à l’expression du transgène. Ceci contraste avec l’efficacité des vecteurs viraux où une seule particule virale par cellule peut être suffisante. Les virus ont évolués afin d’exploiter les voies d’internalisation et de routage cellulaire pour exprimer efficacement leur matériel génétique. Nous avons donc supposé que l’exploitation des voies d’internalisation et de routage cellulaire d’un récepteur pourrait, de façon similaire à plusieurs virus, permettre d’optimiser le processus de transfection en réduisant les quantités d’ADNp et d’agent de transfection nécessaires. Une alternative au PEI pour transfecter les cellules de mammifèreest l’utilisation de protéines possédant un domaine de liaison à l’ADNp. Toutefois, leur utilisation reste marginale à cause de la grande quantité requise pour atteindre l’expression du transgène. Dans cette étude, nous avons utilisé le système E/Kcoil afin de cibler un récepteur membranaire dans le but de délivrer l’ADNp dans des cellules de mammifères. Le Ecoil et le Kcoil sont des heptapeptides répétés qui peuvent interagir ensemble avec une grande affinité et spécificité afin de former des structures coiled-coil. Nous avons fusionné le Ecoil avec des protéines capables d’interagir avec l’ADNp et le Kcoil avec un récepteur membranaire que nous avons surexprimé dans les cellules HEK293 de manière stable. Nous avons découvert que la réduction de la sulfatation de la surface cellulaire permettait l’attachement ciblé sur les cellules par l’intermédiaire du système E/Kcoil. Nous démontrons dans cette étude comment utiliser le système E/Kcoil et une protéine interagissant avec l’ADNp pour délivrer un transgène de manière ciblée. Cette nouvelle méthode de transfection permet de réduire les quantités de protéines nécessaires pour l’expression du transgène.

Mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans le développement des synapses GABAergiques périsomatiques et dans la plasticité corticale : rôle de l’activité neuronale et de proBDNF/p75NTR

Dans le cortex visuel des mammifères, une cellule à panier (BC) qui représente un sous-type majoritaire d’interneurones GABAergiques, innerve une centaine de neurones par une multitude de synapses localisées sur le soma et sur les dendrites proximales de chacune de ses cibles. De plus, ces cellules sont importantes pour la génération des rythmes gammas, qui régulent de nombreuses fonctions cognitives, et pour la régulation de la plasticité corticale. Bien que la fonction des BC au sein des réseaux corticaux est à l'étude, les mécanismes qui contrôlent le développement de leur arborisation complexe ainsi que de leurs nombreux contacts synaptiques n’ont pas été entièrement déterminés. En utilisant les récepteurs allatostatines couplés aux protéines G de la drosophile (AlstR), nous démontrons in vitro que la réduction de l'excitation ainsi que la réduction de la libération des neurotransmetteurs par les BCs corticales individuelles des souris, diminuent le nombre de cellules innervées sans modifier le patron d'innervation périsomatique, durant et après la phase de prolifération des synapses périsomatiques. Inversement, lors de la suppression complète de la libération des neurotransmetteurs par les BCs individuelles avec l’utilisation de la chaîne légère de la toxine tétanus, nous observons des effets contraires selon le stade de développement. Les BCs exprimant TeNT-Lc pendant la phase de prolifération sont caractérisées par des arborisations axonales plus denses et un nombre accru de petits boutons homogènes autour des somas innervés. Toutefois, les cellules transfectées avec TeNT-Lc après la phase de la prolifération forment une innervation périsomatique avec moins de branchements terminaux d’axones et un nombre réduit de boutons avec une taille irrégulière autour des somas innervés. Nos résultats révèlent le rôle spécifique des niveaux de l’activité neuronale et de la neurotransmission dans l'établissement du territoire synaptique des cellules GABAergiques corticaux. Le facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) est un modulateur puissant de la maturation activité-dépendante des synapses GABAergiques. Grâce à l'activation et à la signalisation de son récepteur tyrosine kinase B (TrkB), la liaison de mBDNF module fortement la prolifération des synapses périsomatiques GABAergiques formés par les BCs. Par contre, le rôle du récepteur neurotrophique de faible affinité, p75NTR, dans le développement du territoire synaptique des cellules reste encore inconnu. Dans ce projet, nous démontrons que la suppression de p75NTR au niveau des BCs individuelles in vitro provenant de souris p75NTRlox induit la formation d'une innervation périsomatique exubérante. BDNF est synthétisé sous une forme précurseur, proBDNF, qui est par la suite clivée par des enzymes, y compris la plasmine activée par tPA, pour produire une forme mature de BDNF (m)BDNF. mBDNF et proBDNF se lient avec une forte affinité à TrkB et p75NTR, respectivement. Nos résultats démontrent qu’un traitement des cultures organotypiques avec la forme résistante au clivage de proBDNF (mut-proBDNF) réduit fortement le territoire synaptique des BCs. Les cultures traitées avec le peptide PPACK, qui inactive tPA, ou avec tPA altèrent et favorisent respectivement la maturation de l’innervation synaptique des BCs. Nous démontrons aussi que l’innervation exubérante formée par les BCs p75NTR-/- n’est pas affectée par un traitement avec mut-proBDNF. L’ensemble de ces résultats suggère que l'activation de p75NTR via proBDNF régule négativement le territoire synaptique des BCs corticaux. Nous avons ensuite examiné si mut-proBDNF affecte l’innervation périsomatique formée par les BCs in vivo, chez la souris adulte. Nous avons constaté que les boutons GABAergiques périsomatiques sont significativement diminués dans le cortex infusé avec mut-proBDNF par rapport à l’hémisphère non-infusé ou traité avec de la saline. En outre, la plasticité de la dominance oculaire (OD) est rétablie par ce traitement chez la souris adulte. Enfin, en utilisant des souris qui ne possèdent pas le récepteur p75NTR dans leurs BCs spécifiquement, nous avons démontré que l'activation de p75NTR via proBDNF est nécessaire pour induire la plasticité de la OD chez les souris adultes. L’ensemble de ces résultats démontre un rôle critique de l'activation de p75NTR dans la régulation et le maintien de la connectivité des circuits GABAergiques, qui commencent lors du développement postnatal précoce jusqu’à l'âge adulte. De plus, nous suggérons que l'activation contrôlée de p75NTR pourrait être un outil utile pour restaurer la plasticité dans le cortex adulte.

Rôle de la PKC delta dans la fonction plaquettaire en réponse à la thrombine via le récepteur GPIb alpha

La famille des protéines kinases C (PKC) est essentielle pour la fonction plaquettaire en réponse à la thrombine qui signale et active les plaquettes via les proteases activated receptors (PAR-1 et PAR-4) et le GPIbα. Ces derniers constituent les récepteurs de moyenne/faible et de hautes affinités pour la thrombine, respectivement. L’isoforme PKCδ régule positivement ou négativement la fonction des plaquettes tout dépendamment de la nature du stimulus. Cependant, son importance dans la fonction plaquettaire en réponse à la thrombine en aval de la GPIbα reste inconnue. L’objectif principal de ce projet de doctorat était de déterminer l'implication de l'axe thrombine/GPIbα/PKCδ dans la fonction plaquettaire et d’évaluer le rôle de cet axe dans la régulation de la thrombose. Dans les plaquettes humaines, le prétraitement avec l'inhibiteur spécifique de la PKCδ δ(V1-1)TAT, a significativement potentialisé l'activation et l’agrégation des plaquettes en réponse à de faibles concentrations de α-thrombine, mais pas en réponse à la γ-thrombine ou aux agonistes des PARs. Ce phénomène de potentialisation a été associé à une sécrétion accrue de granules, de génération de thromboxane A2 (TXA2) et une phosphorylation de la PKCδ sur la Tyr311, qui ont toutes été prévenues par l’inhibition spécifique du GPIbα à l’aide d’un anticorps monoclonal bloquant. En outre, l'inhibition de la p38 MAPK, ERK1/2 et le TXA2 a inversé ce processus de potentialisation. Les plaquettes murines déficientes en PKCδ étaient aussi plus réactives à la thrombine et ont montré une augmentation significative de l'agrégation, alors qu’une étude menée in vivo chez la souris PKCδ- /- a montré, suite à une stimulation par α-thrombine, une réaction thrombotique accrue caractérisée par une diminution significative du temps de saignement ainsi qu’une formation de thrombo-embolies pulmonaires. En bloquant le GPIbα, ces effets ont été renversés. Cette étude ouvre de nouvelles perspectives quant au rôle de la PKCδ dans les plaquettes en aval de GPIbα, où elle régule négativement la fonction plaquettaire en réponse à la thrombine. Ainsi, l'axe thrombine/GPIbα/PKCδ dans les plaquettes pourrait représenter un régulateur critique de la fonction plaquettaire et l'hémostase, et le dysfonctionnement de cette voie pourrait conduire à des événements thrombotiques.

Enhanced /3-adrenergic receptors in the brain and pancreas during pancreatic regeneration in weanling rats

Adrenergic stimulation has an inyortant role in the pancreatic It-cell proliferation and insulin secretion. In the present study. we have investigaled how sympathetic system mgulales the panrrealic n I rnerui nr ht an:ilyiing I'pinephi inn 1111 ), Norepinephrinc (NE) and /1-adrenergic receptor changes in the brain as (%eli is in the I swirls. Fill and NII showed a significant decrease in the brain regions, pancreas and plasma :rt 72Ius iller partial prurcrealectonty. We observed an increase in the circulating insulin levels at 72 hrs. Scatchard analysis using I CHI propranolol showed a significant increase in the number of loth the low affinity and high affinity t-adrenergic receplors in cerebral cortex and hypothalamus of partially pancreatectornised rats during peak DNA synthesis. The affinity of the receptors decrea,ed significantly in the low and high affinity receptors of cerebral cortex and the high affinity hypothalamic receptors. In file brain stein, low affinity receptors were increased significantly during regeneration whereas there was no change in the high affinity receptors. The pancreatic ff-adrenergic receptors were also up regulated at 72 firs after partial panerealectony. In vitro studies showed that /i-adrenergic receptors are positive regulators of islet cell proliferation and insulin secretion. Thus our results suggest that the t-adrenergic receptors are functionally enhanced during pancreatic regeneration, which in turn increases pancreatic ft-cell proliferation an(hilisulin secretion in wean hug rats.

Alterations in the muscarinic M I and M3 receptor gene expression in the brain stem during pancreatic regeneration and insulin secretion in weanling rats

Muscarinic M1 and M3 receptor changes in the brain stem during pancreatic regeneration were investigated. Brain stem acetylcholine esterase activity decreased at the time of regeneration . Sympathetic activity also decreased as indicated by the norepinephrine (NE) and epinephrine (EPI) content of adrenals and also in the plasma. Muscarinic Ml and M3 receptors showed reciprocal changes in the brain stem during regeneration. Muscairnic M1 receptor number decreased at time of regeneration without any change in the affinity. High affinity M3 receptors showed an increase in the number. The affinity did not show any change . The number of low affinity receptors decreased with decreased Kd at 72 hours after partial pancreatectomy. The Kd reversed to control value with a reversal of the number of receptors to near control value . Gene expression studies also showed a similar change in the mRNA level of Ml and M3 receptors . These alterations in the muscarinic receptors regulate sympathetic activity and maintain glucose level during pancreatic regeneration. Central muscarinic M1 and M3 receptor subtypes functional balance is suggested to regulate sympathetic and parasympathetic activity, which in turn control the islet cell proliferation and glucose homeostasis.

Decreased GyBAA Receptor Function in the Brain Stem during Pancreatic Regeneration in Rats

Gamma amino outyric acid is a major inhibitory neurotrarsr titter in the central nervous system. In the preset study sv, Have investigate(' the alteration of GABA receptor, In t he hrain stem of rats during pancreatic regeneration. Three groups of rats were used for the study: sham operated, 72 It and 7 days partially pancreatectonnsea. GABA was (juan- (ified by [H]GABA receptor iispiacement method. GABA receptor kin: 10, pat at i et•ers were studied by using the binding of F'.](iAhA as ligand to the Triton X-100 treated me,i1,;-:mes a1,J displacement with unlabelled GABA. GhRA,v receptor activity was studied by using the [` -1 h3cuculline and displacement with unlabellecV euculline. ;.\13A content significantly decreased (1' < (1.(101 ) it, 0-e brain stern during the regeneration of pancreas. 'I hl, high affinity (IAI3A receptor binding sho?:ed it sigii'f cant decrease in 131„.,\ (P < 11.01) and K,I 1).05) n 72 h and 7 days after partial pancreatee 'timv. ";:flhicuculline hin(Iing showed it signih eat, 'le ( r(, :,e in /Jn1,s and K,I (P < 0.001) in 72 h pa^.rcreaw,, mised rats when compared with sham wt--tt' as P,n and K,I reversed to near sham after 7 da,s of pancreatectomv. The results sugge,) that GAB A throur,r; ('GABA receptors in brain Atcem has a regulatory uie during active regeneration of pancreas which will have inunense clinical significance in the treatment of cliahetcs.

Hepatic GABAA receptor functional regulation during rat liver cell proliferation

Gamma aminohutyric acid (GAB A.) receptor tunctionaI status was artaIV se(l in pa It ial hcpatcctoIn ised.II'II). lead nitrate (LN) induced hyperplastic and N-nifrosodiethylantinc INDEAI treated nctplastic rat Iivers during peak DNA synthesis. The high-affinity I'HJGALA binding significantly decreased in PII and NDEi\ rats and the receptor affinity decreased in NDEA and increased in LN rats compared with control . in NDEA. displacement analysis of I'I IIGABA with muscimol showed loss of low-allinity site and a shill of high-allinity cite towards low-allinity . ' 1 he affinity sites shifted towards high-affinity in LN rats. 'file number of low-allinity 1'I Ilhicuc)lline receptors decreased cignilic:uttly in NDEA and I'll whereas it increased in LN rats. (ir\Bi\t receptor :gunist. unrscinrul. disc dependcnllyinhihilcd epidermal growth factor IEGI--) induced DNA synthesis :uul enhanced the tr:utsfnrnting grmvth )actor (Il I I'(il (tlI mediated DNA synthesis suppression in prim:uy hepalucvte cultures . Our results suggest that GABA,t reccjhtor act as an inhibitory signal fur hepatic cell prolifctatiun.

Studies on Venom of the fish Scatophagus Argus from Cochin Estuary-A Biochemical Approach

Studies reveal the presence of enzymes and different proteins in the venom of S.argus. The present study detected the presence of phosphodiesterase in S. argus venom. S. argus venom has displayed the presence of micromolar concentration of acetylcholine. Phospholipase activity in S. argus venom shows values below the detection threshold indicating that the venom does not possess this enzyme. The proteolylic activity of S. argus venom on casein and gelatin were assayed due to the probable involvement of proteases in causing the instability of biological activities of the fish venom. Caseinase and gelatinase enzymes were detected in S. argus venom. Though exact relationships of these enzymes and proteins in envenomation are not traced, the involvement of enzymes in envenomation cannot be ruled out. Further studies are required to find the mechanism of action of these enzymes and proteins present in S. argus venom. The present study opens new dimensions for isolation of the lethal compound present in S. argus venom. The preliminary study carried out here shows the presence of a lethal factor between 6.5 KDa - 68 KDa. Studies conclude that fish venom possesses many bioactive substances, especially peptides, proteases and enzymes that bind with high affinity to physiological targets and can be trapped for therapeutic purposes in the near future. Even though this study reveals the conundrums of S. argus venom, it opens new vistas of research on the venom components and the application and design of the venom as a drug.

Extracellular β-glucosidase Production by a Marine Aspergillus sydowii BTMFS 55 under Solid State Fermentation Using Statistical Experimental Design

A potential fungal strain producing extracellular β-glucosidase enzyme was isolated from sea water and identified as ^ëéÉêJ Öáääìë=ëóÇçïáá BTMFS 55 by a molecular approach based on 28S rDNA sequence homology which showed 93% identity with already reported sequences of ^ëéÉêÖáääìë=ëóÇçïáá in the GenBank. A sequential optimization strategy was used to enhance the production of β-glucosidase under solid state fermentation (SSF) with wheat bran (WB) as the growth medium. The two-level Plackett-Burman (PB) design was implemented to screen medium components that influence β-glucosidase production and among the 11 variables, moisture content, inoculums, and peptone were identified as the most significant factors for β-glucosidase production. The enzyme was purified by (NH4)2SO4 precipitation followed by ion exchange chromatography on DEAE sepharose. The enzyme was a monomeric protein with a molecular weight of ~95 kDa as determined by SDS-PAGE. It was optimally active at pH 5.0 and 50°C. It showed high affinity towards éNPG and enzyme has a hã and sã~ñ of 0.67 mM and 83.3 U/mL, respectively. The enzyme was tolerant to glucose inhibition with a há of 17 mM. Low concentration of alcohols (10%), especially ethanol, could activate the enzyme. A considerable level of ethanol could produce from wheat bran and rice straw after 48 and 24 h, respectively, with the help of p~ÅÅÜ~êçãóÅÉë=ÅÉêÉîáëá~É in presence of cellulase and the purified β-glucosidase of ^ëéÉêÖáääìë=ëóÇçïáá BTMFS 55.

Untersuchungen zur Rolle von Isoformen katalytischer Untereinheiten der PKA

ZUSAMMENFASSUNG: Proteinkinasen übernehmen zentrale Aufgaben in der Signaltransduktion höherer Zellen. Dabei ist die cAMP-abhängige Proteinkinase (PKA) bezüglich ihrer Struktur und Funktion eine der am besten charakterisierten Proteinkinasen. Trotzdem ist wenig über direkte Interaktionspartner der katalytischen Untereinheiten (PKA-C) bekannt. In einem Split-Ubiquitin basiertem Yeast Two Hybrid- (Y2H-)System wurden potenzielle Interaktionspartner der PKA-C identifiziert. Als Bait wurden sowohl die humane Hauptisoform Cα (hCα) als auch die Proteinkinase X (PrKX) eingesetzt. Nach der Bestätigung der Funktionalität der PKA-C-Baitproteine, dem Nachweis der Expression und der Interaktion mit dem bekannten Interaktionspartner PKI wurde ein Y2H-Screen gegen eine Mausembryo-cDNA-Expressionsbibliothek durchgeführt. Von 2*10^6 Klonen wurden 76 Kolonien isoliert, die ein mit PrKX interagierendes Preyprotein exprimierten. Über die Sequenzierung der enthaltenen Prey-Vektoren wurden 25 unterschiedliche, potenzielle Interaktionspartner identifiziert. Für hCα wurden über 2*10^6 S. cerevisiae-Kolonien untersucht, von denen 1.959 positiv waren (1.663 unter erhöhter Stringenz). Über die Sequenzierung von ca. 10% der Klone (168) konnten Sequenzen für 67 verschiedene, potenzielle Interaktionspartner der hCα identifiziert werden. 15 der Preyproteine wurden in beiden Screens identifiziert. Die PKA-C-spezifische Wechselwirkung der insgesamt 77 Preyproteine wurde im Bait Dependency Test gegen largeT, ein Protein ohne Bezug zum PKA-System, untersucht. Aus den PKA-C-spezifischen Bindern wurden die löslichen Preyproteine AMY-1, Bax72-192, Fabp3, Gng11, MiF, Nm23-M1, Nm23-M2, Sssca1 und VASP256-375 für die weitere in vitro-Validierung ausgewählt. Die Interaktion von FLAG-Strep-Strep-hCα (FSS-hCα) mit den über Strep-Tactin aus der rekombinanten Expression in E. coli gereinigten One-STrEP-HA-Proteinen (SSHA-Proteine) wurde über Koimmunpräzipitation für SSHA-Fabp3, -Nm23-M1, -Nm23-M2, -Sssca1 und -VASP256-375 bestätigt. In SPR-Untersuchungen, für die hCα kovalent an die Oberfläche eines CM5-Sensorchips gekoppelt wurde, wurden die ATP/Mg2+-Abhängigkeit der Bindungen sowie differentielle Effekte der ATP-kompetitiven Inhibitoren H89 und HA-1077 untersucht. Freie hCα, die vor der Injektion zu den SSHA-Proteinen gegeben wurde, kompetierte im Gegensatz zu FSS-PrKX die Bindung an die hCα-Oberfläche. Erste kinetische Analysen lieferten Gleichgewichtsdissoziationskonstanten im µM- (SSHA-Fabp3, -Sssca1), nM- (SSHA-Nm23-M1, –M2) bzw. pM- (SSHA-VASP256-375) Bereich. In funktionellen Analysen konnte eine Phosphorylierung von SSHA-Sssca1 und VASP256-375 durch hCα und FSS-PrKX im Autoradiogramm nachgewiesen werden. SSHA-VASP256-375 zeigte zudem eine starke Inhibition von hCα im Mobility Shift-Assay. Dieser inhibitorische Effekt sowie die hohe Affinität konnten jedoch auf eine Kombination aus der Linkersequenz des Vektors und dem N-Terminus von VASP256-375 zurückgeführt werden. Über die Wechselwirkungen der hier identifizierten Interaktionspartner Fabp3, Nm23-M1 und Nm23-M2 mit hCα können in Folgeuntersuchungen neue PKA-Funktionen insbesondere im Herzen sowie während der Zellmigration aufgedeckt werden. Sssca1 stellt dagegen ein neues, näher zu charakterisierendes PKA-Substrat dar.

Neurochondrin und Rack1 vermitteln die Signalintegration der Proteinkinase A

Die Spezifität und Effizienz zellulärer Signalprozesse wird durch die intrazelluläre Kompartimentierung von Signalmolekülen erreicht. A-Kinase-Ankerproteine (AKAPs) bilden eine Familie aus Gerüstproteinen, die zeitliche und räumliche Lokalisation der cAMP-abhängigen Proteinkinase (PKA) übernehmen. Die direkte Interaktion wird dabei über die Dimerisierungs- und Dockingdomäne (DD-Domäne) der regulatorischen Untereinheiten von PKA vermittelt. Das charakteristische strukturelle Merkmal bei kanonischen AKAPs ist eine amphipathische Helix. Es existiert allerdings auch eine kleine Gruppe von nicht-kanonischen AKAPs, deren Bindung an die DD-Domäne nicht über eine amphipathische Helix vermittelt wird. In dieser Arbeit wurden die zwei potentiellen nicht-kanonischen AKAPs Neurochondrin (neurite-outgrowth promoting protein) und Rack1 (receptor of activated C-kinase 1) charakterisiert. Neurochondrin, dessen Expression mit dem Neuriten-Wachstum in jungen Neuronen korreliert ist und das vermutlich eine entscheidende Funktion bei der Langzeitpotenzierung im Hippocampus übernimmt, zeigt in SPR-Bindungsstudien eine hochaffine, nanomolare Interaktion mit der R-Untereinheit Typ IIalpha von PKA. Kompetitionsanalysen mit dem AKAP-Disruptor-Peptid Ht 31 und Untersuchungen mit der isolierten DD-Domäne von RIIalpha bestätigen eine spezifische Interaktion. Das nicht-kanonische RII-Bindemotiv von Neurochondrin ist aus zwei Domänen aufgebaut, die einen hohen alpha-helikalen Anteil besitzen, aber keine amphipathische Helix bilden. Peptidbasierte Interaktionsstudien der einzelnen Domänen zeigen dennoch ebenfalls nanomolare Affinitäten zu RIIalpha. Rack1 ist ein etabliertes Gerüstprotein mit einer propellerartigen beta-Faltblattstruktur, für das bereits über 100 verschiedene Interaktionspartner beschrieben werden konnten. Die Integration von Rack1 in unterschiedliche Signalprozesse ist äußerst vielfältig. Um dabei die Spezifität jeder einzelnen Interaktion zu gewährleisten, sind individuelle Bindungsstrategien nötig. Die niedrigaffine Interaktion zur RIbeta-Untereinheit von PKA wird daher über multiple Bindestellen vermittelt. Die DD-Domäne von RIbeta übernimmt dabei eine spezifische Funktion, wie unter anderem durch Kompetitionsanalysen mit dem RI-spezifischen AKAP-Disruptor-Peptid RIAD gezeigt werden konnte. Die einzigartige Struktur der DD-Domäne generiert zudem ein Bindemotiv für Rack1, das Ähnlichkeiten mit der „Rack1 interacting-Domäne“ (RAID) von PDE4D5 aufweist. Sowohl Neurochondrin als auch Rack1 besitzen essenzielle neuronale Funktionen. Daher erweitert die Identifizierung der beiden neuen nicht-kanonischen AKAPs nicht nur die strukturelle Diversität der AKAP-Familie, sondern trägt zudem zum Verständnis der neuronalen Signalintegration von PKA bei.

The four major N- and C-terminal splice variants of the excitatory amino acid transporter GLT-1 form cell surface homomeric and heteromeric assemblies

The L-glutamate transporter GLT-1 is an abundant CNS membrane protein of the excitatory amino acid transporter (EAAT) family which controls extracellular L-glutamate levels and is important in limiting excitotoxic neuronal death. Using RT-PCR, we have determined that four mRNAs encoding GLT-1 exist in mouse brain, with the potential to encode four GLT-1 isoforms that differ in their N- and C-termini. We expressed all four isoforms (termed MAST-KREK, MPK-KREK, MAST-DIETCI and MPK-DIETCI according to amino acid sequence) in a range of cell lines and primary astrocytes and show that each isoform can reach the cell surface. In transfected HEK-293 or COS-7 cells, all four isoforms support high-affinity sodium-dependent L-glutamate uptake with identical pharmacological and kinetic properties. Inserting a viral epitope (V5, HA or FLAG) into the second extracellular domain of each isoform allowed co-immunoprecipitation and tr-FRET studies using transfected HEK-293 cells. Here we show for the first time that each of the four isoforms are able to combine to form homomeric and heteromeric assemblies, each of which are expressed at the cell surface of primary astrocytes. After activation of protein kinase C by phorbol ester, V5-tagged GLT-1 is rapidly removed from the cell surface of HEK-293 cells and degraded. This study provides direct biochemical evidence for oligomeric assembly of GLT-1 and reports the development of novel tools to provide insight into the trafficking of GLT-1.

EfeO-cupredoxins: major new members of the cupredoxin superfamily with roles in bacterial iron transport

The EfeUOB system of Escherichia coli is a tripartite, low pH, ferrous iron transporter. It resembles the high-affinity iron transporter (Ftr1p-Fet3p) of yeast in that EfeU is homologous to Ftr1p, an integral-membrane iron-permease. However, EfeUOB lacks an equivalent of the Fet3p component—the multicopper oxidase with three cupredoxin-like domains. EfeO and EfeB are periplasmic but their precise roles are unclear. EfeO consists primarily of a C-terminal peptidase-M75 domain with a conserved ‘HxxE’ motif potentially involved in metal binding. The smaller N-terminal domain (EfeO-N) is predicted to be cupredoxin (Cup) like, suggesting a previously unrecognised similarity between EfeO and Fet3p. Our structural modelling of the E. coli EfeO Cup domain identifies two potential metal-binding sites. Site I is predicted to bind Cu2+ using three conserved residues (C41 and 103, and E66) and M101. Of these, only one (C103) is conserved in classical cupredoxins where it also acts as a Cu ligand. Site II most probably binds Fe3+ and consists of four well conserved surface Glu residues. Phylogenetic analysis indicates that the EfeO-Cup domains form a novel Cup family, designated the ‘EfeO-Cup’ family. Structural modelling of two other representative EfeO-Cup domains indicates that different subfamilies employ distinct ligand sets at their proposed metal-binding sites. The ~100 efeO homologues in the bacterial sequence databases are all associated with various iron-transport related genes indicating a common role for EfeO-Cup proteins in iron transport, supporting a new copper-iron connection in biology.

Characterization of the quaternary amine transporters of Rhizobium leguminosarum bv. viciae 3841

Rhizobium leguminosarum bv. viciae 3841 contains six putative quaternary ammonium transporters (Qat), of the ABC family. Qat6 was strongly induced by hyperosmosis although the solute transported was not identified. All six systems were induced by the quaternary amines choline and glycine betaine. It was confirmed by microarray analysis of the genome that pRL100079-83 (qat6) is the most strongly upregulated transport system under osmotic stress, although other transporters and 104 genes are more than threefold upregulated. A range of quaternary ammonium compounds were tested but all failed to improve growth of strain 3841 under hyperosmotic stress. One Qat system (gbcXWV) was induced 20-fold by glycine betaine and choline and a Tn5::gbcW mutant was severely impaired for both transport and growth on these compounds, demonstrating that it is the principal system for their use as carbon and nitrogen sources. It transports glycine betaine and choline with a high affinity (apparent K-m, 168 and 294 nM, respectively).