Dynamic complex formation between HD-GYP, GGDEF and PilZ domain proteins regulates motility in Xanthomonas campestris

RpfG is a member of a class of wide spread bacterial two-component regulators with an HD-GYP cyclic di-GMP phosphodiesterase domain. In the plant pathogen Xanthomonas campestris, RpfG together with the sensor kinase RpfC regulates multiple factors as a response to the cell-to-cell Diffusible Signalling Factor (DSF). A dynamic physical interaction of RpfG with two diguanylate cyclase (GGDEF) domain proteins controls motility. Here we show that, contrary to expectation, regulation of motility by the GGDEF domain proteins does not depend upon their cyclic di-GMP synthetic activity. Furthermore we show that the complex of RpfG and GGDEF domain proteins recruits a specific PilZ domain adaptor protein, and this complex then interacts with the pilus motor proteins PilU and PiIT. The results support a model in which DSF signalling influences motility through the highly regulated dynamic interaction of proteins that affect pilus action. A specific motif that we identify to be required for HD-GYP domain interaction is conserved in a number of GGDEF domain proteins, suggesting that regulation via interdomain interactions is of broad relevance.

Ethanol induces vascular relaxation via redox-sensitive and nitric oxide-dependent pathways

We investigated the role of reactive oxygen species (ROS) and nitric oxide (NO) in ethanol-induced relaxation. Vascular reactivity experiments showed that ethanol (0.03-200 mmol/L) induced relaxation in endothelium-intact and denuded rat aortic rings isolated from male Wistar rats. Pre-incubation of intact or denuded rings with L-NAME (non selective NOS inhibitor, 100 mu mol/L), 7-nitroindazole (selective nNOS inhibitor, 100 mu mol/L), ODQ (selective inhibitor of guanylyl cyclase enzyme, I mu mol/L), glibenclamide (selective blocker of ATP-sensitive K+ channels, 3 mu mol/L) and 4-aminopyridine (selective blocker of voltage-dependent K+ channels, 4-AP, 1 mmol/L) reduced ethanol-induced relaxation. Similarly, tiron (superoxide anion (O-2(-)) scavenger, 1 mmol/L) and catalase (hydrogen peroxide (H2O2) scavenger, 300 U/mL) reduced ethanol-induced relaxation to a similar extent in both endothelium-intact and denuded rings. Finally, prodifen (non-selective cytochrome P450 enzymes inhibitor, 10 mu mol/L) and 4-methylpyrazole (selective alcohol dehydrogenase inhibitor, 10 mu mol/L) reduced ethanol-induced relaxation. In cultured aortic vascular smooth muscle cells (VSMCs), ethanol stimulated generation of NO, which was significantly inhibited by L-NAME. In endothelial cells, flow cytometry studies showed that ethanol increased cytosolic Ca2+ concentration ([Ca2+]c), O-2(-) and cytosolic NO concentration ([NO]c). Tiron inhibited ethanol-induced increase in [Ca-2]c and [NO]c. The major new finding of this work is that ethanol induces relaxation via redox-sensitive and NO-cGMP-dependent pathways through direct effects on ROS production and NO signaling. These findings identify putative molecular mechanisms whereby ethanol, at pharmacological concentrations, influences vascular reactivity. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Effects of 3 weeks GMP oral administration on glutamatergic parameters in mice neocortex

Overstimulation of the glutamatergic system (excitotoxicity) is involved in various acute and chronic brain diseases. Several studies support the hypothesis that guanosine-5'-monophosphate (GMP) can modulate glutamatergic neurotransmission. The aim of this study was to evaluate the effects of chronically administered GMP on brain cortical glutamatergic parameters in mice. Additionally, we investigated the neuroprotective potential of the GMP treatment submitting cortical brain slices to oxygen and glucose deprivation (OGD). Moreover, measurements of the cerebrospinal fluid (CSF) purine levels were performed after the treatment. Mice received an oral administration of saline or GMP during 3 weeks. GMP significantly decreases the cortical brain glutamate binding and uptake. Accordingly, GMP reduced the immunocontent of the glutamate receptors subunits, NR2A/B and GluR1 (NMDA and AMPA receptors, respectively) and glutamate transporters EAAC1 and GLT1. GMP treatment significantly reduced the immunocontent of PSD-95 while did not affect the content of Snap 25, GLAST and GFAP. Moreover, GMP treatment increased the resistance of neocortex to OGD insult. The chronic GMP administration increased the CSF levels of GMP and its metabolites. Altogether, these findings suggest a potential modulatory role of GMP on neocortex glutamatergic system by promoting functional and plastic changes associated to more resistance of mice neocortex against an in vitro excitotoxicity event.

Impaired beta-adrenoceptor-induced relaxation in small mesenteric arteries from DOCA-salt hypertensive rats is due to reduced K-Ca channel activity

beta-Adrenoceptor (beta-AR)-mediated relaxation plays an important role in the regulation of vascular tone. beta-AR-mediated vascular relaxation is reduced in various disease states and aging. We hypothesized that beta-AR-mediated vasodilatation is impaired in DOCA-salt hypertension due to alterations in the cAMP pathway. beta-AR-mediated relaxation was determined in small mesenteric arteries from DOCA-salt hypertensive and control uninephrectomized (Uni) rats. To exclude nitric oxide (NO) and cyclooxygenase (COX) pathways, relaxation responses were determined in the presence of L-NNA and indomethacin, NO synthase inhibitor and COX inhibitors, respectively. Isoprenaline (ISO)-induced relaxation was reduced in arteries from DOCA-salt compared to Uni rats. Protein kinase A (PKA) inhibitors (H89 or Rp-cAMPS) or adenylyl cyclase inhibitor (SQ22536) did not abolish the difference in ISO-induced relaxation between the groups. Forskolin (adenylyl cyclase activator)-induced relaxation was similar between the groups. The inhibition of IKCa/SKCa channels (TRAM-34 plus UCL1684) or BKCa channels (iberiotoxin) reduced ISO-induced relaxation only in Uni rats and abolished the relaxation differences between the groups. The expression of SKCa channel was decreased in DOCA-salt arteries. The expression of BKCa channel a subunit was increased whereas the expression of BKCa channel p subunit was decreased in DOCA-salt arteries. The expression of receptor for activated C kinase 1 (RACK1), which is a binding protein for BKG, channel and negatively modulates its activity, was increased in DOCA-salt arteries. These results suggest that the impairment of beta-AR-mediated relaxation in DOCA-salt mesenteric arteries may be attributable to altered IKCa/SKCa and/or BKCa channels activities rather than cAMP/PKA pathway. Impaired beta-AR-stimulated BKCa channel activity may be due to the imbalance between its subunit expressions and RACK1 upregulation. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Comparative study of beta-carotene and microencapsulated beta-carotene: Evaluation of their genotoxic and antigenotoxic effects

beta-Carotene (BC) is one of the natural pigments that is most commonly added to food; however, the utilization of BC is limited due to its instability. Microencapsulation techniques are commonly used because they can protect the microencapsulated material from oxidization. Nevertheless, the properties of the encapsulated compounds must be studied. We compared the antigenotoxic potential of pure and microencapsulated beta-carotene (mBC) in Wistar rats. Two doses of BC or mBC (2.5 or 5.0 mg/kg) were administered by gavage over a period of 14 days. The final gavage was followed by an injection of doxorubicin (DXR). After 24 h the animals were euthanized. The micronucleus test results showed that when both mBC and DXR were given, only the higher dose was antigenotoxic. The results of the comet assay show that when given in association with DXR, mBC had protective effects in the liver. The differences between the results obtained with BC and mBC suggest that possibly the carotenoid biodisponibility was modified by the process of microencapsulation. In conclusion, mBC does not lose its protective properties, but higher doses must be used to observe antigenotoxic effects. This is the first time that the genotoxicity and antigenotoxicity of a microencapsulated compound was evaluated in vivo. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Mechanisms underlying the inhibitory effects of uroguanylin on NHE3 transport activity in renal proximal tubule

Lessa LM, Carraro-Lacroix LR, Crajoinas RO, Bezerra CN, Dariolli R, Girardi AC, Fonteles MC, Malnic G. Mechanisms underlying the inhibitory effects of uroguanylin on NHE3 transport activity in renal proximal tubule. Am J Physiol Renal Physiol 303: F1399-F1408, 2012. First published September 5, 2012; doi: 10.1152/ajprenal.00385.2011.-We previously demonstrated that uroguanylin (UGN) significantly inhibits Na+/H+ exchanger (NHE)3-mediated bicarbonate reabsorption. In the present study, we aimed to elucidate the molecular mechanisms underlying the action of UGN on NHE3 in rat renal proximal tubules and in a proximal tubule cell line (LLC-PK1). The in vivo studies were performed by the stationary microperfusion technique, in which we measured H+ secretion in rat renal proximal segments, through a H+-sensitive microelectrode. UGN (1 mu M) significantly inhibited the net of proximal bicarbonate reabsorption. The inhibitory effect of UGN was completely abolished by either the protein kinase G (PKG) inhibitor KT5823 or by the protein kinase A (PKA) inhibitor H-89. The effects of UGN in vitro were found to be similar to those obtained by microperfusion. Indeed, we observed that incubation of LLC-PK1 cells with UGN induced an increase in the intracellular levels of cAMP and cGMP, as well as activation of both PKA and PKG. Furthermore, we found that UGN can increase the levels of NHE3 phosphorylation at the PKA consensus sites 552 and 605 in LLC-PK1 cells. Finally, treatment of LLC-PK1 cells with UGN reduced the amount of NHE3 at the cell surface. Overall, our data suggest that the inhibitory effect of UGN on NHE3 transport activity in proximal tubule is mediated by activation of both cGMP/PKG and cAMP/PKA signaling pathways which in turn leads to NHE3 phosphorylation and reduced NHE3 surface expression. Moreover, this study sheds light on mechanisms by which guanylin peptides

Hypotensive and vasorelaxing effects of the new NO-donor [Ru(terpy)(bdq)NO+](3+) in spontaneously hypertensive rats

Drugs that release nitric oxide (NO) usually have limitations due to their harmful effects. Sodium nitroprusside (SNP) induces a rapid hypotension that leads to reflex tachycardia, which could be an undesirable effect in patients with heart disease, a common feature of hypertension. The nitrosyl ruthenium complex [Ru(terpy)(bdq)NO+](3+) (TERPY) is a NO donor that is less potent than SNP in denuded aortic rings. This study evaluated the hypotension and vasorelaxation induced by this NO donor in Wistar (W) and spontaneously hypertensive rats (SHR) and compared to the results obtained with SNP. Differently from the hypotension induced by SNP, the action of TERPY was slow, long lasting and it did not lead to reflex tachycardia in both groups. The hypotension induced by the NO-donors was more potent in SHR than in W. TERPY induced relaxation with similar efficacy to SNP, although its potency is lower in both strains. The relaxation induced by TERPY is similar in W and SHR, but SNP is more potent and efficient in SHR. The relaxation induced by TERPY is partially dependent on guanylate cyclase in SHR aorta. The NO released from the NO donors measured with DAF-2 DA by confocal microscopy shows that TERPY releases similar amounts of NO in W and SHR, while SNP releases more NO in SHR aortic rings. (c) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Structure of the PilZ-FimXEAL-c-di-GMP complex responsible for the regulation of bacterial type IV pilus biogenesis

Signal transduction pathways mediated by cyclic-bis(3'→5')-dimeric GMP (c-di-GMP) control many important and complex behaviors in bacteria. C-di-GMP is synthesized through the action of GGDEF domains that possess diguanylate cyclase activity and is degraded by EAL or HD-GYP domains with phosphodiesterase activity. There is mounting evidence that some important c-di-GMP-mediated pathways require protein-protein interactions between members of the GGDEF, EAL, HD-GYP and PilZ protein domain families. For example, interactions have been observed between PilZ and the EAL domain from FimX of Xanthomonas citri (Xac). FimX and PilZ are involved in the regulation of type IV pilus biogenesis via interactions of the latter with the hexameric PilB ATPase associated with the bacterial inner membrane. Here, we present the crystal structure of the ternary complex made up of PilZ, the FimX EAL domain (FimXEAL) and c-di-GMP. PilZ interacts principally with the lobe region and the N-terminal linker helix of the FimXEAL. These interactions involve a hydrophobic surface made up of amino acids conserved in a non-canonical family of PilZ domains that lack intrinsic c-di-GMP binding ability and strand complementation that joins β-sheets from both proteins. Interestingly, the c-di-GMP binds to isolated FimXEAL and to the PilZ-FimXEAL complex in a novel conformation encountered in c-di-GMP-protein complexes in which one of the two glycosidic bonds is in a rare syn conformation while the other adopts the more common anti conformation. The structure points to a means by which c-di-GMP and PilZ binding could be coupled to FimX and PilB conformational states

Autophagic programmed cell death in the suspensor and endosperm of Vicia faba : An ultrastructural study

Programmed cell death (PCD) is a widely spread phenomenon among multi-cellular organisms. Without the deletion of cells no longer needed, the organism will not be able to develop in a predicted way. It is now belived that all cells have the capacity to self-destruct and that the survival of the cells is depending on the repression of this suicidal programme. PCD has turned out to show similarities in many different species and there are strong indications that the mechanisms running the programme might, at least in some parts, be evolutionarily conserced. PCD is a generic term for different programmes of cell destruction, such as apoptosis and autophagic PCD. An important tool to determine if a cell is undergoing PCD is the transmitting electron microscope. The aims of my study were to find out if, and in what way, the suspensor and endosperm in Vicia faba (Broad bean), which are short-lived structures, undergoes PCD. The endosperm degradation preceed the suspensor cell death and they differ to some extent ultrastructurally. The cell death occurs in both tissues about 13-14 days after pollination when the embryo proper is mature enough to support itself. It was found that both tissues are committed to autophagic PCD, a cell death characteristic of conspicuous formations of autophagic vacuoles. It was shown by histochemical staining that acid phosphatases are accumulated in these vacuoles but are also present in the cytoplasm. These vacuoles are similar to autophagic vacuoles formed in rat liver cells, indicating that autophagy is a widely spread phenomenon. DNA fragmentation is the first visible sign of PCD in both tissues and it is demonstrated by a labelling technique (TUNEL). In the endosperm nuclei the heterochromatin subsequently appears in the form of a network, while in the suspensor it is more conspicuous, with heterochromatin that forms large electron dense aggregates located close to the nuclear envelope. In the suspensor, the plastids develop into chromoplasts with lycopene crystals at the same time or shortly after DNA fragmentation. This is probably due to the fact that the suspensor plastids function as hormone producing organelles and support the embryo proper with indispensable growth factors. Later the embryo will be able to produce its own growth factors and the synthesis of these, in particular gibberelines, might be suppressed in the suspensor. The precursors can then be used for synthesis of lycopene instead. Both the suspensor and endosperm are going through autophagic PCD, but the process differs in some respects. This is probably due the the different function of the two tissues, and that the signals that trigger the process presumably are different. The embryo proper is probably the source of the death signal affecting the suspensor. The endosperm, which has a different origin and function, might be controlling the death signal within its own cell. The death might in this case be related to the age of the cell.

Astaxanthin determination in marine biological samples : an overview

Máster en Oceanografía

Der PAC1-Rezeptor

Zusammenfassung Im Rahmen dieser Arbeit wurde der PAC1-Rezeptor (Pituitary Adenylate Cyclase Activating-Polypeptide-Rezeptor), ein Mitglied der VIP-Glucagon-Rezeptorfamilie, aus Sf21-Insektenzellen angereichert. Zur Überexpression wurde das Baculovirussystem genutzt. Die Expression konnte um das 20fache gegenüber natürlichem Gewebe gesteigert werden (40 pmol/mg). Das Drosophila-Expressionssystem und die Expression in suspensionsadaptierten HEK-Zellen erwiesen sich dagegen als weniger effizient für die Überexpression des PAC1-Rezeptors. Der PAC1-Rezeptor wurde mit Digitonin aus den Sf21-Zellmembranen solubilisiert und mittels eines Rhodopsin-Epitops über Antikörperaffinitätschromatographie funktionell angereichert. Der funktionell angereicherte Rezeptor wurde mit einem photoreaktiven und radioaktiven PACAP-Liganden markiert. Anschließend erfolgte der proteolytische Verdau mit Kallikrein. Aufgrund der Zuordnung der radioaktiven Spaltfragmente konnte die Ligandenbindungsstelle im PAC1-Rezeptor auf den N-Terminus und den ersten extrazellulären Loop beschränkt werden. Dieses Ergebnis bestätigt Resultate, die für andere Mitglieder dieser Rezeptorfamilie vorliegen.Alternativ wurde der PAC1-Rezeptor unfunktionell in E.colis überexprimiert und in hohen Maße über ein C-terminales His6-Tag aus Inclusion bodies angereichert. Zudem wurde in dieser Arbeit erstmals ein Einfluss des PAC1-Rezeptors auf die APP-Prozessierung festgestellt. Dies äußerte sich in einem Anstieg der APPsa-Sekretion. Obwohl weitere Untersuchungen über genauere Mechanismen und Wechselwirkungen noch ausstehen, konnte hier gezeigt werden, dass der PAC1-Rezeptor einen positiv regulatorischen Einfluss auf die APPsa-Sekretion besaß. Der PAC1-Rezeptor ist wahrscheinlich ein Stimulator der a-Sekretasen und erstmals in direkten Zusammenhang mit der Alzheimerschen Erkrankung diskutierbar.

Sensibilisierung hitzeevozierter Ionenströme an nozizeptiven Spinalganglienneuronen der Ratte

Die freien Endigungen von Spinalganglienneuronen sind für die Detektion schmerzhafter Reize verantwortlich. Dabei rufen thermische, chemische oder mechanische Reize Ionenströme über die Membran und dadurch Membranpotentialänderungen hervor. Diese noxisch induzierten Ströme sind in großem Ausmaß durch chemische Substanzen und andere Reize modulierbar. Der Ionenkanal TRPV1 ist für die Detektion zahlreicher chemischer Reize und zumindest eines Teils der noxischen Hitzereize verantwortlich. Im Rahmen dieser Arbeit wurden einige der Mechanismen geklärt, die zur schnellen Sensibilisierung hitzeevozierter Ionenströme führen. Hierfür wurden akut dissoziierte Spinalganglienneurone der Ratte als Modell ihrer peripheren Endigung verwendet und mittels Ganzzellableitung in der patch-clamp-Technik untersucht. Die Verwendung von Trypsin während der Präparation von Spinalganglienneuronen hat keinen funktionellen Einfluss auf hitze- oder capsaicininduzierte Ströme, verbessert aber die Untersuchungsbedingungen für das patch-clamp-Verfahren. Bei 144 akut dissoziierten Spinalganglienneuronen wurden die Stromantworten auf drei im Abstand von 40 s durch Überspülen mit 45,3 bis 46,3°C heißer Extrazellularlösung applizierte einsekündige Hitzereize gemessen. Dabei ließen sich repetitiv reproduzierbare hitzeinduzierte Einwärtsströme von etwa 160 pA erzielen; es konnte keine Tachyphylaxie und nahezu keine Inaktivierung beobachtet werden. Direkt vor dem zweiten Hitzereiz wurden die Neurone für zwei Sekunden mit Extrazellularlösung überspült, die Kontrolllösung, 0,5 μM Capsaicin, 10 μM Natriumnitroprussid oder 10 μM YC-1 enthielt. Es fand sich kein Hinweis, dass Stickstoffmonoxid oder die Guanylatzyklase einen signifikanten Beitrag zur Sensibilisierung von hitzeinduzierten Strömen in Spinalganglienneuronen leisten, wobei ein durch den Versuchsaufbau bedingtes Auswaschen zytosolischer Faktoren, die für den Signalweg notwendig sind, nicht ausgeschlossen werden kann. Bei einer Konzentration von 0,5 μM löst Capsaicin für zwei Sekunden einen sehr kleinen Einwärtsstrom von etwa 33 pA aus und führt innerhalb von zwei Sekunden zu einer schnell reversiblen Sensibilisierung von hitzeinduzierten Einwärtsströmen in Spinalganglienneuronen (p<0,01). Das Ausmaß der Sensibilisierung ist proportional zur Größe des capsaicininduzierten Stromes (r=−0,7, p<0,001). Konstant halten der intrazellulären Calciumkonzentration mittels des Calciumchelators BAPTA verhindert die capsaicininduzierte Sensibilisierung hitzeinduzierter Ströme an Spinalganglienneuronen. Demzufolge beruht die capsaicininduzierte Sensibilisierung trotz der schnellen Kinetik nicht auf einer synergistischen Wirkung der beiden Agonisten Capsaicin und Hitze auf ihren gemeinsamen Rezeptor; vielmehr ist sie von einer Erhöhung der intrazellulären freien Calciumkonzentration abhängig. Funktionelle Änderungen der zellulären Funktion werden häufig durch Proteinkinasen vermittelt. Die zur Gruppe der MAP-Kinasen gehörende ERK (extracellular signal related kinase) wird bei Membrandepolarisation und Calciumeinstrom in die Zelle durch MEK (MAPK/extracellular signal related kinase kinase) aktiviert. Blockade der MEK/ERK-Kaskade durch den spezifischen MEK-Hemmstoff U0126 führt ebenfalls zu einer Aufhebung der Sensibilisierung der Hitzeantworten durch Capsaicin. Applikation von Capsaicin führt innerhalb von zwei Sekunden zu einer schnell reversiblen Sensibilisierung hitzeevozierter Ionenströme an nozizeptiven Spinalganglienneuronen. Diese Sensibilisierung wird durch einen Calciumeinstrom in die Zelle und die dadurch eintretende Aktivierung von Proteinkinasen hervorgerufen. Die MEK/ERK-Kaskade ist ein sehr schnell (deutlich unter 2 s) aktivierbares intrazelluläres Signalsystem, welches bei der Regulation der Empfindlichkeit nozizeptiver Spinalganglienneurone eine entscheidende Rolle spielt; die schnelle Kinetik ist dabei nur durch eine membranständige oder zumindest membrannahe Lokalisation dieser Proteinkinasen erklärbar. Durch Applikation zehnsekündiger Hitzereize lässt sich ebenfalls eine Sensibilisierung hitzeevozierter Ionenströme auslösen, die ebenso ausgeprägt ist, wie die Sensibilisierung durch 0,5 μM Capsaicin (p<0,005). Durch das immer größere Verständnis der Funktionsweise des nozizeptiven Systems ergeben sich ständig neue Ansätze für die Entwicklung neuer Analgetika. So könnte durch Modulation spezifischer intrazellulärer Proteinkinasen der Phosphorylierungszustand und damit die Aktivierbarkeit von Ionenkanälen, die der Transduktion noxischer Reize dienen, positiv beeinflusst werden. Neuere, noch spezifischere Inhibitoren der MEK können der Forschung und später auch der Therapie neue Möglichkeiten eröffnen.

Role of nitric oxide and endocannabinoids in synaptic plasticity in the perirhinal cortex and in visual recognition memory

Introduction and aims of the research Nitric oxide (NO) and endocannabinoids (eCBs) are major retrograde messengers, involved in synaptic plasticity (long-term potentiation, LTP, and long-term depression, LTD) in many brain areas (including hippocampus and neocortex), as well as in learning and memory processes. NO is synthesized by NO synthase (NOS) in response to increased cytosolic Ca2+ and mainly exerts its functions through soluble guanylate cyclase (sGC) and cGMP production. The main target of cGMP is the cGMP-dependent protein kinase (PKG). Activity-dependent release of eCBs in the CNS leads to the activation of the Gαi/o-coupled cannabinoid receptor 1 (CB1) at both glutamatergic and inhibitory synapses. The perirhinal cortex (Prh) is a multimodal associative cortex of the temporal lobe, critically involved in visual recognition memory. LTD is proposed to be the cellular correlate underlying this form of memory. Cholinergic neurotransmission has been shown to play a critical role in both visual recognition memory and LTD in Prh. Moreover, visual recognition memory is one of the main cognitive functions impaired in the early stages of Alzheimer’s disease. The main aim of my research was to investigate the role of NO and ECBs in synaptic plasticity in rat Prh and in visual recognition memory. Part of this research was dedicated to the study of synaptic transmission and plasticity in a murine model (Tg2576) of Alzheimer’s disease. Methods Field potential recordings. Extracellular field potential recordings were carried out in horizontal Prh slices from Sprague-Dawley or Dark Agouti juvenile (p21-35) rats. LTD was induced with a single train of 3000 pulses delivered at 5 Hz (10 min), or via bath application of carbachol (Cch; 50 μM) for 10 min. LTP was induced by theta-burst stimulation (TBS). In addition, input/output curves and 5Hz-LTD were carried out in Prh slices from 3 month-old Tg2576 mice and littermate controls. Behavioural experiments. The spontaneous novel object exploration task was performed in intra-Prh bilaterally cannulated adult Dark Agouti rats. Drugs or vehicle (saline) were directly infused into the Prh 15 min before training to verify the role of nNOS and CB1 in visual recognition memory acquisition. Object recognition memory was tested at 20 min and 24h after the end of the training phase. Results Electrophysiological experiments in Prh slices from juvenile rats showed that 5Hz-LTD is due to the activation of the NOS/sGC/PKG pathway, whereas Cch-LTD relies on NOS/sGC but not PKG activation. By contrast, NO does not appear to be involved in LTP in this preparation. Furthermore, I found that eCBs are involved in LTP induction, but not in basal synaptic transmission, 5Hz-LTD and Cch-LTD. Behavioural experiments demonstrated that the blockade of nNOS impairs rat visual recognition memory tested at 24 hours, but not at 20 min; however, the blockade of CB1 did not affect visual recognition memory acquisition tested at both time points specified. In three month-old Tg2576 mice, deficits in basal synaptic transmission and 5Hz-LTD were observed compared to littermate controls. Conclusions The results obtained in Prh slices from juvenile rats indicate that NO and CB1 play a role in the induction of LTD and LTP, respectively. These results are confirmed by the observation that nNOS, but not CB1, is involved in visual recognition memory acquisition. The preliminary results obtained in the murine model of Alzheimer’s disease indicate that deficits in synaptic transmission and plasticity occur very early in Prh; further investigations are required to characterize the molecular mechanisms underlying these deficits.

Entschlüsselung des Carotinoid-Metabolismus im marinen Schwamm Suberites domuncula

Die Enzyme des Carotinoidstoffwechsels spalten Provitamin A-Carotinoide in wichtige Retinoide (z.B. Vitamin A, Retinsäure), die Organismen während der Entwicklung und in visuellen Systemen benötigen. Die vorliegende Arbeit präsentiert erstmalig eine Carotinoxygenase (BCO) aus Schwämmen (S. domuncula), die einzigartig im Tierreich ist und nur einen orthologen Vertreter in Pflanzen (Crocus sativus) wieder findet. Das Enzym ist eine 7,8(7’,8’)-Carotinoxygenase, die C40-Carotinoide zu einem C10-Apocarotinoid und 8’-Apocarotinal spaltet. Mittels HPLC wurden sowohl die Primärspaltprodukte von β-Carotin, Lykopin und Zeaxanthin als auch das für alle identische innere Kettenstück (Crocetin) bei Doppelspaltung nachgewiesen. Der Nachweis der BCO-Transkripte (unter anderem in-situ) belegt eine Beteiligung des Enzyms während Entwicklungsprozessen und offenbart sowohl eine streng räumlich-zeitliche als auch eine über Rückkopplungsprozesse gesteuerte Regulierung des Enzyms. Ein weiteres hier identifiziertes Gen ähnelt einer bakteriellen Apocarotinoidoxygenase (ACO), welche das 8’-Apocarotinal der BCO erneut spaltet und so Retinal generiert. Letzteres dient als Chromophor zahlreicher visueller Systeme und kann über Enzyme des Retinoidstoffwechsels entweder gespeichert, oder in das wichtige Morphogen Retinsäure umgesetzt werden. Hier werden zwei potentielle Enzyme vorgestellt, die an dieser Interkonversion Retinal/Retinol (Speicher) beteiligt sein könnten als auch eines, das evtl. Retinal zu Retinsäure umsetzt. Die hier vorgestellten Ergebnisse unterstützen die Hypothese, dass Retinsäure kein autapomorphes Morphogen der Chordaten darstellt.

Molecular interaction of the human metalloprotease meprin beta with the amyloid precursor protein, ADAM10, and ADAM17 based on proteomics

Die Zinkendopeptidasen Meprin α und β sind Schlüsselkomponenten in patho(physiologischen) Prozessen wie Entzündung, Kollagenassemblierung und Angiogenese. Nach ihrer Entdeckung in murinen Bürstensaummembranen und humanen Darmepithelien, wurden weitere Expressionsorte identifiziert, z.B. Leukozyten, Krebszellen und die humane Haut. Tiermodelle, Zellkulturen und biochemische Analysen weisen auf Funktionen der Meprine in der Epithelialdifferenzierung, Zellmigration, Matrixmodellierung, Angiogenese, Bindegewebsausbildung und immunologische Prozesse hin. Dennoch sind ihre physiologischen Substrate weitgehend noch unbekannt. Massenspektrometrisch basierte Proteomics-Analysen enthüllten eine einzigartige Spaltspezifität für saure Aminosäurereste in der P1´ Position und identifizierten neue biologische Substratkandidaten. Unter den 269 extrazellulären Proteinen, die in einem Substratscreen identifiziert wurden, stellten sich das amyloid precursor protein (APP) and ADAM10 (a disintegrin and metalloprotease 10) als sehr vielversprechende Kandidaten heraus. Mehrere Schnittstellen innerhalb des APP Proteins, hervorgerufen durch verschiedenen Proteasen, haben unterschiedlichen Auswirkungen zur Folge. Die β-Sekretase BACE (β-site APP cleaving enzyme) prozessiert APP an einer Schnittstelle, welche als initialer Schritt in der Entwicklung der Alzheimer Erkrankung gilt. Toxische Aβ (Amyloid β)-Peptide werden in den extrazellulären Raum freigesetzt und aggregieren dort zu senilen Plaques. Membran verankertes Meprin β hat eine β-Sekretase Aktivität, die in einem Zellkultur-basierten System bestätigt werden konnte. Die proteolytische Effizienz von Meprin β wurde in FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer)-Analysen bestimmt und war um den Faktor 104 höher als die von BACE1. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Meprin β die ersten zwei Aminosäuren prozessiert und somit aminoterminal einen Glutamatrest freisetzt, welcher nachfolgend durch die Glutaminylzyklase in ein Pyroglutamat zykliert werden kann. Trunkierte Aβ-Peptide werden nur in Alzheimer Patienten generiert. Aufgrund einer erhöhten Hydrophobie weisen diese Peptide eine höhere Tendenz zur Aggregation auf und somit eine erhöhte Toxizität. Bis heute wurde keine Protease identifiziert, welche diese Schnittstelle prozessiert. Die Bildung der Meprin vermittelten N-terminalen APP Fragmenten wurde in vitro und in vivo detektiert. Diese N-APP Peptide hatten keine cytotoxischen Auswirkungen auf murine und humane Gehirnzellen, obwohl zuvor N-APP als Ligand für den death receptor (DR) 6 identifiziert wurde, der für axonale Degenerationsprozesse verantwortlich ist. rnIm nicht-amyloidogenen Weg prozessiert ADAM10 APP und entlässt die Ektodomäne von der Zellmembran. Wir konnten das ADAM10 Propeptid als Substrat von Meprin β identifizieren und in FRET Analysen, in vitro und in vivo zeigen, dass die Meprin vermittelte Prozessierung zu einer erhöhten ADAM10 Aktivität führt. Darüber hinaus wurde ADAM10 als Sheddase für Meprin β identifiziert. Shedding konnte durch Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) oder durch das Ionophor A23187 hervorgerufen werden, sowie durch ADAM10 Inhibitoren blockiert werden. rnDiese Arbeit konnte somit ein komplexes proteolytisches Netwerk innerhalb der Neurophysiologie aufdecken, welches für die Entwicklung der Alzheimer Demenz wichtig sein kann.rn