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.

Die Regulation der Ubiquitinligase CHIP durch das Cochaperon BAG2 im zellulären System und im Kontext der replikativen Seneszenz

Eine funktionierende Proteinqualitätskontrolle ist essenziell für die Vitalität einer Zelle. Das dynamische Gleichgewicht zwischen Proteinfaltung und -degradation wird von molekularen Chaperonen aufrechterhalten, deren Aktivität wiederum durch die Interaktion mit zahlreichen Cochaperonen moduliert wird. Das Cochaperon CHIP ist ein zentraler Faktor in Proteintriage-Entscheidungsprozessen, da es als Ubiquitinligase Chaperonsubstrate dem Abbau zuführt und somit die Chaperonmaschinerie direkt mit den Systemen der Proteindegradation verbindet. Um Polypeptide vor einem vorzeitigen Abbau zu schützen, wird die destruktive Aktivität von CHIP durch weitere Cochaperone reguliert. rnIn dieser Arbeit konnte die Hemmung der Ligaseaktivität von CHIP durch das Cochaperon BAG2 mechanistisch erstmals in einem zellulären System nachgewiesen werden. Dazu wurde die humane IMR-90 Fibroblasten Zelllinie verwendet. Die Ubiquitinierungsaktivität von CHIP wurde anhand von HSP72 als Modell-CHIP-Substrat untersucht. Durch die verringerte Ubiquitinierung, und damit dem reduzierten Abbau von HSP72, regulierte BAG2 dessen intrazelluläre Proteinspiegel, ohne dabei selbst eine Hitzeschockantwort zu induzieren. Überexprimiertes BAG2 wirkte sich trotz stabilisierter HSP72-Spiegel bei einem appliziertem Hitzestresses negativ auf die Zellvitalität aus, vermutlich da BAG2 durch die Inhibition von CHIP-vermittelter Ubiquitinierung massiv in das Gleichgewicht zwischen Substratfaltung und -degradation eingreift.rnDa sich die Mechanismen der Proteinqualitätskontrolle in der Alterung stark verändern und sich den wandelnden Bedingungen in der Zelle anpassen, wurde in einem zweiten Teil dieser Arbeit mit Hilfe des IMR-90 Zellsystems als etabliertes Modell zellulärer Seneszenz analysiert, inwieweit sich die Aktivität und die Regulation von CHIP durch BAG2 in der zellulären Alterung ändern. In seneszenten Zellen war HSP72 erheblich weniger ubiquitiniert als in jungen Fibroblasten, was auf eine reduzierte CHIP-Aktivität hinweist. Diese blieb jedoch durch BAG2 weiterhin modulierbar. Die Funktion von BAG2 als Inhibitor der Ubiquitinligase CHIP blieb demnach in seneszenten Zellen bestehen. In gealterten Fibroblasten regulierte BAG2 außerdem die Proteinspiegel des CHIP-Substrates und Seneszenzinitiators p53, was BAG2 eine mögliche Rolle in der Etablierung des Seneszenz-Phänotyps zuspricht. Weiterhin unterlagen die Proteinspiegel der beiden funktionell redundanten CHIP-Modulatoren BAG2 und HSPBP1 in der zellulären Alterung einer reziproken Regulation. In gealterten Mäusen trat die gegenläufige Veränderung der beiden Cochaperone gewebsspezifisch in der Lunge auf. Außerdem waren die BAG2-Proteinspiegel im Hippocampus gealterter Tiere signifikant erhöht.rnZusammenfassend konnte anhand der erzielten Ergebnisse die Funktion von BAG2 als Inhibitor von CHIP im zellulären System bestätigt werden. Außerdem durchlaufen die Aktivität und die Regulation von CHIP einen seneszenzspezifischen Adaptationsprozess, welcher für die Erhaltung der Proteostase in der Alterung relevant sein könnte und in welchem die Funktion von BAG2 als CHIP-Modulator möglicherweise eine wichtige Rolle spielt.rnZukünftige Studien könnten die komplexen Mechanismen weiterführend aufklären, mit denen CHIP-Aktivität reguliert wird. Dies kann helfen, der altersbedingten Abnahme an proteostatischer Kontrolle entgegenzuwirken und aberrante Proteinaggregation in altersassoziierten Erkrankungen vorzubeugen.rn

RAB3GAP1 und RAB3GAP2 (RAB3 GTPase-activating Protein 1/2) beeinflussen die Autophagie in C. elegans und humanen Zellen

Die Proteinhomöostase wird in der Zelle von drei Stoffwechselwegen reguliert: den molekularen Chaperonen, dem Ubiquitin-Proteasom-System und dem autophagosomalen Abbauweg. Die (Makro)Autophagie verpackt und transportiert zytosolische Komponenten in Autophagosomen zu den Lysosomen, wo sie abgebaut werden. Eine Störung dieses Abbauwegs wirkt auf die Proteostase.rnIn dieser Dissertation wurde C. elegans als Modellorganismus zur Erforschung von Proteinstabilität genutzt. In einer RNAi-vermittelten Proteostase-Analyse von Chromosom I und ausgewählter zusätzlicher Gene wurde ein Wurmstamm, der ein Luc::GFP-Konstrukt im Muskel exprimiert, genutzt. Dieses Reporterprotein aggregiert unter Hitzestressbedingungen und diese Aggregation kann durch Modulatoren der Proteostase beeinflusst werden. Dabei wurden mögliche neue Faktoren der Proteinhomöostase entdeckt. Durch weitere Experimente bei denen die Aggregation von PolyQ35::YFP im AM140-System, der Paralyse-Phänotyp und die Akkumulation Thioflavin S-gefärbter Aggregate von Aβ42 im CL2006-Wurmstamm und die Effekte auf die Autophagie mittels eines GFP::LGG1-Konstrukt analysiert wurden, konnten rbg-1 und rbg-2 als neue Modulatoren der Proteinhomöostase, insbesondere der Autophagie, identifiziert werden.rnIm Säuger bilden beide Orthologe dieser Gene, RAB3GAP1 und RAB3GAP2 den heterodimeren RAB3GAP-Komplex, der bisher nur bekannt war für die Stimulation der Umwandlung der GTP-gebundenen aktiven Form zur GDP-gebundenen inaktiven Form der RAB GTPase RAB3. In Immunoblot-Analysen und mikroskopischen Darstellungen im Säugersystem konnte gezeigt werden, dass die Effekte auf die Proteostase über den autophagosomalen Abbauweg wirken. RAB3GAP1/2 wirken als positive Stimulatoren, wenn die Lipidierung von LC3-I und der autophagische Flux von LC3-II und p62/SQSTM1 betrachtet werden. Diese Effekte werden aber nicht über die RAB GTPase RAB3 vermittelt. Die Proteine FEZ1 und FEZ2 haben einen antagonistischen Effekt auf die Autophagie und wenn alle vier Komponenten RAB3GAP1, RAB3GAP2, FEZ1 und FEZ2 zusammen herunter- oder hochreguliert werden, heben sich diese Effekte auf. In Co-Immunopräzipitationen und proteomischen Analysen konnte keine direkte Interaktion zwischen dem RAB3GAP-Komplex und FEZ1/2 oder zu anderen Autophagie-Genen nachgewiesen werden.rnHier konnte der RAB3GAP-Komplex funktionell mit Proteostase und Autophagie in C. elegans und Säugerzellen assoziiert werden. Dieser Komplex zeigt Einflüsse auf die autophagosomale Biogenese indem sie die Proteostase und die Bildung von (prä)autophagosomalen Strukturen in C. elegans und die Lipidierung von LC3 und damit den autophagischen Flux der Autophagiesubstrate LC3-II und p62/SQSTM1 in Säugerzellen beeinflusst. Darüber hinaus wirkt RAB3GAP der komplexen Autophagie-Unterdrückung durch FEZ1 und FEZ2 entgegen. Somit konnte gezeigt werden, dass RAB3GAP als neuartiger Faktor auf die autophagosomale Biogenese und somit auf die Proteostase wirkt.rn

Unfolded protein response suppresses CEBPA by induction of calreticulin in acute myeloid leukaemia

The unfolded protein response (UPR) is triggered by the accumulation of misfolded proteins within the endoplasmic reticulum (ER). The role of the UPR during leukemogenesis is unknown so far. Here, we studied the induction of mediators of the UPR in leukaemic cells of AML patients. Increased expression of the spliced variant of the X-box binding protein 1 (XBP1s) was detected in 17.4% (16 of 92) of AML patients. Consistent with activated UPR, this group also had increased expression of ER-resident chaperones such as the 78 kD glucose-regulated protein (GRP78) and of calreticulin. Conditional expression of calreticulin in leukaemic U937 cells was found to increase calreticulin binding to the CEBPA mRNA thereby efficiently blocking translation of the myeloid key transcription factor CEBPA and ultimately affecting myeloid differentiation. Consequently, leukaemic cells from AML patients with activated UPR and thus increased calreticulin levels showed in fact suppressed CEBPA protein expression. We identified two functional ER stress response elements (ERSE) in the calreticulin promoter. The presence of NFY and ATF6, as well as an intact binding site for YY1 within these ERSE motifs were essential for mediating sensitivity to ER stress and activation of calreticulin. Thus, we propose a model of the UPR being activated in a considerable subset of AML patients through induction of calreticulin along the ATF6 pathway, thereby ultimately suppressing CEBPA translation and contributing to the block in myeloid differentiation.

Evidence of prognostic relevant expression profiles of heat-shock proteins and glucose-regulated proteins in oesophageal adenocarcinomas

A high percentage of oesophageal adenocarcinomas show an aggressive clinical behaviour with a significant resistance to chemotherapy. Heat-shock proteins (HSPs) and glucose-regulated proteins (GRPs) are molecular chaperones that play an important role in tumour biology. Recently, novel therapeutic approaches targeting HSP90/GRP94 have been introduced for treating cancer. We performed a comprehensive investigation of HSP and GRP expression including HSP27, phosphorylated (p)-HSP27((Ser15)), p-HSP27((Ser78)), p-HSP27((Ser82)), HSP60, HSP70, HSP90, GRP78 and GRP94 in 92 primary resected oesophageal adenocarcinomas by using reverse phase protein arrays (RPPA), immunohistochemistry (IHC) and real-time quantitative RT-PCR (qPCR). Results were correlated with pathologic features and survival. HSP/GRP protein and mRNA expression was detected in all tumours at various levels. Unsupervised hierarchical clustering showed two distinct groups of tumours with specific protein expression patterns: The hallmark of the first group was a high expression of p-HSP27((Ser15, Ser78, Ser82)) and low expression of GRP78, GRP94 and HSP60. The second group showed the inverse pattern with low p-HSP27 and high GRP78, GRP94 and HSP60 expression. The clinical outcome for patients from the first group was significantly improved compared to patients from the second group, both in univariate analysis (p = 0.015) and multivariate analysis (p = 0.029). Interestingly, these two groups could not be distinguished by immunohistochemistry or qPCR analysis. In summary, two distinct and prognostic relevant HSP/GRP protein expression patterns in adenocarcinomas of the oesophagus were detected by RPPA. Our approach may be helpful for identifying candidates for specific HSP/GRP-targeted therapies.

Impaired protein stability of 11beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 2: a novel mechanism of apparent mineralocorticoid excess

Apparent mineralocorticoid excess (AME) is a severe form of hypertension that is caused by impaired activity of 11beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 (11beta-HSD2), which converts biologically active cortisol into inactive cortisone. Mutations in HSD11B2 result in cortisol-induced activation of mineralocorticoid receptors and cause hypertension with hypokalemia, metabolic alkalosis, and suppressed circulating renin and aldosterone concentrations. This study uncovered the first patient with AME who was described in the literature, identified the genetic defect in HSD11B2, and provided evidence for a novel mechanism of reduced 11beta-HSD2 activity. This study identified a cluster of amino acids (335 to 339) in the C-terminus of 11beta-HSD2 that are essential for protein stability. The cluster includes Tyr(338), which is mutated in the index patient, and Arg(335) and Arg(337), previously reported to be mutated in hypertensive patients. It was found that wild-type 11beta-HSD2 is a relatively stable enzyme with a half-life of 21 h, whereas that of Tyr(338)His and Arg(337)His was 3 and 4 h, respectively. Enzymatic activity of Tyr(338)His was partially retained at 26 degrees C or in the presence of the chemical chaperones glycerol and dexamethasone, indicating thermodynamic instability and misfolding. The results provide evidence that the degradation of both misfolded mutant Tyr(338)His and wild-type 11beta-HSD2 occurs through the proteasome pathway. Therefore, impaired 11beta-HSD2 protein stability rather than reduced gene expression or loss of catalytic activity seems to be responsible for the development of hypertension in some individuals with AME.

Cis-retinoids and the chemistry of vision

We discuss here principal biochemical transformations of retinoid molecules in the visual cycle. We focus our analysis on the accumulating evidence of alternate pathways and functional redundancies in the cycle. The efficiency of the visual cycle depends, on one hand, on fast regeneration of the photo-bleached chromophores. On the other hand, it is crucial that the cyclic process should be highly selective to avoid accumulation of byproducts. The state-of-the-art knowledge indicates that single enzymatically active components of the cycle are not strictly selective and may require chaperones to enhance their rates. It appears that protein–protein interactions significantly improve the biological stability of the visual cycle. In particular, synthesis of thermodynamically less stable 11-cis-retinoid conformers is favored by physical interactions of the isomerases present in the retina with cellular retinaldehyde binding protein

Association between HSP90 and Her2 in gastric and gastroesophageal carcinomas

BACKGROUND Her2 expression and amplification occurs in a significant subset of gastro-esophageal carcinomas. Her2 is a client protein of molecular chaperones, e.g. heat shock protein (HSP) 90, rendering targeted therapies against Her2/HSP90 an interesting approach. This study aimed to investigate the role and relationship of Her2 and HSP90 in gastric and gastro-esophageal adenocarcinomas. MATERIAL AND METHODS Immunohistochemical determination of HSP90 and Her2 expression was performed on 347 primary resected tumors. Her2 amplification was additionally determined by fluorescence in situ hybridization for all cases. Expression and amplification results were correlated with pathologic parameters (UICC pTNM category, tumor grading) and survival. RESULTS Elevated Her2 copy numbers were observed in 87 tumors, 21 of them showing amplification. 174 tumors showed Her2 immunoreactivity/expression. HSP 90 immunoreactivity was found in 125 tumors. There was no difference between gastric carcinomas and carcinomas of the gastroesophageal junction regarding Her2 or HSP90. Both high HSP90 and Her2 expression/amplification were associated with earlier tumor stages (p<0.01), absence of lymph node metastases (p<0.02) and Laurens intestinal type (p<0.001). HSP90 correlated with Her2 expression and amplification (p<0.001 each). Expressions of HSP90 and Her2, but not Her2 amplification were associated with better prognosis (p=0.02; p=0.004; p=0.802). Moreover, Her2 expression was an independent prognostic factor for overall survival in the subgroup of gastric carcinoma patients (p=0.014) besides pT category, pN category and distant metastases. CONCLUSION Her2 expression and gene amplification occurred in a significant subset of cases. Our results suggest a favorable prognostic impact of Her2 expression. This warrants further investigations regarding the significance of Her2 non-amplified tumors showing Her2 immunoreactivity and the definition of Her2 status in gastric cancers. Moreover, the correlation of Her2 expression with the expression of Her2 chaperoning HSP90 may indicate a synergistic regulation. Targeting HSP90 with or without Her2 may offer additional therapeutic options for gastric carcinoma treatment.

Activation of DegP chaperone-protease via formation of large cage-like oligomers upon binding to substrate proteins.

Cells use molecular chaperones and proteases to implement the essential quality control mechanism of proteins. The DegP (HtrA) protein, essential for the survival of Escherichia coli cells at elevated temperatures with homologues found in almost all organisms uniquely has both functions. Here we report a mechanism for DegP to activate both functions via formation of large cage-like 12- and 24-mers after binding to substrate proteins. Cryo-electron microscopic and biochemical studies revealed that both oligomers are consistently assembled by blocks of DegP trimers, via pairwise PDZ1-PDZ2 interactions between neighboring trimers. Such interactions simultaneously eliminate the inhibitory effects of the PDZ2 domain. Additionally, both DegP oligomers were also observed in extracts of E. coli cells, strongly implicating their physiological importance.

Characterization of Hsp70 binding and nucleotide exchange by the yeast Hsp110 chaperone Sse1.

SSE1 and SSE2 encode the essential yeast members of the Hsp70-related Hsp110 molecular chaperone family. Both mammalian Hsp110 and the Sse proteins functionally interact with cognate cytosolic Hsp70s as nucleotide exchange factors. We demonstrate here that Sse1 forms high-affinity (Kd approximately 10-8 M) heterodimeric complexes with both yeast Ssa and mammalian Hsp70 chaperones and that binding of ATP to Sse1 is required for binding to Hsp70s. Sse1.Hsp70 heterodimerization confers resistance to exogenously added protease, indicative of conformational changes in Sse1 resulting in a more compact structure. The nucleotide binding domains of both Sse1/2 and the Hsp70s dictate interaction specificity and are sufficient for mediating heterodimerization with no discernible contribution from the peptide binding domains. In support of a strongly conserved functional interaction between Hsp110 and Hsp70, Sse1 is shown to associate with and promote nucleotide exchange on human Hsp70. Nucleotide exchange activity by Sse1 is physiologically significant, as deletion of both SSE1 and the Ssa ATPase stimulatory protein YDJ1 is synthetically lethal. The Hsp110 family must therefore be considered an essential component of Hsp70 chaperone biology in the eukaryotic cell.

Hsp90 nuclear accumulation in quiescence is linked to chaperone function and spore development in yeast.

The 90-kDa heat-shock protein (Hsp90) operates in the context of a multichaperone complex to promote maturation of nuclear and cytoplasmic clients. We have discovered that Hsp90 and the cochaperone Sba1/p23 accumulate in the nucleus of quiescent Saccharomyces cerevisiae cells. Hsp90 nuclear accumulation was unaffected in sba1Delta cells, demonstrating that Hsp82 translocates independently of Sba1. Translocation of both chaperones was dependent on the alpha/beta importin SRP1/KAP95. Hsp90 nuclear retention was coincident with glucose exhaustion and seems to be a starvation-specific response, as heat shock or 10% ethanol stress failed to elicit translocation. We generated nuclear accumulation-defective HSP82 mutants to probe the nature of this targeting event and identified a mutant with a single amino acid substitution (I578F) sufficient to retain Hsp90 in the cytoplasm in quiescent cells. Diploid hsp82-I578F cells exhibited pronounced defects in spore wall construction and maturation, resulting in catastrophic sporulation. The mislocalization and sporulation phenotypes were shared by another previously identified HSP82 mutant allele. Pharmacological inhibition of Hsp90 with macbecin in sporulating diploid cells also blocked spore formation, underscoring the importance of this chaperone in this developmental program.

Extreme climatic events: impacts of drought and high temperature on physiological processes in agronomically important plants

Climate models predict more frequent and more severe extreme events (e.g., heat waves, extended drought periods, flooding) in many regions for the next decades. The impact of adverse environmental conditions on crop plants is ecologically and economically relevant. This review is focused on drought and heat effects on physiological status and productivity of agronomically important plants. Stomatal opening represents an important regulatory mechanism during drought and heat stress since it influences simultaneously water loss via transpiration and CO2 diffusion into the leaf apoplast which further is utilized in photosynthesis. Along with the reversible short-term control of stomatal opening, stomata and leaf epidermis may produce waxy deposits and irreversibly down-regulate the stomatal conductance and non-stomatal transpiration. As a consequence photosynthesis will be negatively affected. Rubisco activase—a key enzyme in keeping the Calvin cycle functional—is heat-sensitive and may become a limiting factor at elevated temperature. The accumulated reactive oxygen species (ROS) during stress represent an additional challenge under unfavorable conditions. Drought and heat cause accumulation of free amino acids which are partially converted into compatible solutes such as proline. This is accompanied by lower rates of both nitrate reduction and de novo amino acid biosynthesis. Protective proteins (e.g., dehydrins, chaperones, antioxidant enzymes or the key enzyme for proline biosynthesis) play an important role in leaves and may be present at higher levels under water deprivation or high temperatures. On the whole plant level, effects on long-distance translocation of solutes via xylem and phloem and on leaf senescence (e.g., anticipated, accelerated or delayed senescence) are important. The factors mentioned above are relevant for the overall performance of crops under drought and heat and must be considered for genotype selection and breeding programs.

Heat Shock Protein 90 (HSP90) and Her2 in Adenocarcinomas of the Esophagus.

Her2 overexpression and amplification can be found in a significant subset of esophageal adenocarcinomas. The activity of Her2 has been shown to be modulated by molecular chaperones such as HSP90. We analyzed expression/amplification data for HSP90 and Her2 on 127 primary resected esophageal adenocarcinomas in order to evaluate a possible relationship between these two molecules. HSP90 expression determined by immunohistochemistry was observed in various levels. Thirty nine (39) tumors (30.7%) were classified as Her2-positive according to their immunoreactivity and amplification status. There was a significant correlation between HSP90 expression and Her2-status (p = 0.008). This could also be demonstrated by quantitative protein expression analysis with reverse phase protein arrays (r = 0.9; p < 0.001). Her2-status was associated withpT-category (p = 0.041), lymph node metastases (p = 0.049) and tumor differentiation (p = 0.036) with a higher percentage of cases with negative Her2 status in lower tumor stagesA negative Her2-status was also associated with better survival in univariate and multivariate analysis (p = 0.001 and p = 0.014). For HSP90, no associations between clinical and pathological parameters were found. The observed association between HSP90 expression and Her2 suggests a co-regulation of these molecules in at least a subset of esophageal adenocarcinomas. Anti-HSP90 drugs, which recently have been introduced in cancer treatment, may also be an option for these tumors by targeting HSP90 alone or in combination with Her2.

Marinesco-Sjögren syndrome protein SIL1 regulates motor neuron subtype-selective ER stress in ALS.

Mechanisms underlying motor neuron subtype-selective endoplasmic reticulum (ER) stress and associated axonal pathology in amyotrophic lateral sclerosis (ALS) remain unclear. Here we show that the molecular environment of the ER between motor neuron subtypes is distinct, with characteristic signatures. We identify cochaperone SIL1, mutated in Marinesco-Sjögren syndrome (MSS), as being robustly expressed in disease-resistant slow motor neurons but not in ER stress-prone fast-fatigable motor neurons. In a mouse model of MSS, we demonstrate impaired ER homeostasis in motor neurons in response to loss of SIL1 function. Loss of a single functional Sil1 allele in an ALS mouse model (SOD1-G93A) enhanced ER stress and exacerbated ALS pathology. In SOD1-G93A mice, SIL1 levels were progressively and selectively reduced in vulnerable fast-fatigable motor neurons. Mechanistically, reduction in SIL1 levels was associated with lowered excitability of fast-fatigable motor neurons, further influencing expression of specific ER chaperones. Adeno-associated virus-mediated delivery of SIL1 to familial ALS motor neurons restored ER homeostasis, delayed muscle denervation and prolonged survival.

Heat stress effects on ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, Rubisco binding protein and Rubisco activase in wheat leaves

Changes in chlorophyll content, ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco) binding protein (RBP), Rubisco activase (RA), Rubisco large (LS) and small (SS) subunits, and electrolyte leakage were investigated in wheat leaf segments during heat stress (HS) for 1 h and for 24 h at 40 °C in darkness or in light, as well as after recovery from heat stress (HSR) for 24 h at 25 °C in light. The 24-h HS treatment in darkness decreased irreversibly photosynthetic pigments, soluble proteins, RBP, RA, Rubisco LS and SS. An increase in RA and RBP protein contents was observed under 24-h HS and HSR in light. This increase was in accordance with their role as chaperones and the function of RBP as a heat shock protein.