Guanylin peptides: cyclic GMP signaling mechanisms

Guanylate cyclases (GC) serve in two different signaling pathways involving cytosolic and membrane enzymes. Membrane GCs are receptors for guanylin and atriopeptin peptides, two families of cGMP-regulating peptides. Three subclasses of guanylin peptides contain one intramolecular disulfide (lymphoguanylin), two disulfides (guanylin and uroguanylin) and three disulfides (E. coli stable toxin, ST). The peptides activate membrane receptor-GCs and regulate intestinal Cl- and HCO3- secretion via cGMP in target enterocytes. Uroguanylin and ST also elicit diuretic and natriuretic responses in the kidney. GC-C is an intestinal receptor-GC for guanylin and uroguanylin, but GC-C may not be involved in renal cGMP pathways. A novel receptor-GC expressed in the opossum kidney (OK-GC) has been identified by molecular cloning. OK-GC cDNAs encode receptor-GCs in renal tubules that are activated by guanylins. Lymphoguanylin is highly expressed in the kidney and heart where it may influence cGMP pathways. Guanylin and uroguanylin are highly expressed in intestinal mucosa to regulate intestinal salt and water transport via paracrine actions on GC-C. Uroguanylin and guanylin are also secreted from intestinal mucosa into plasma where uroguanylin serves as an intestinal natriuretic hormone to influence body Na+ homeostasis by endocrine mechanisms. Thus, guanylin peptides control salt and water transport in the kidney and intestine mediated by cGMP via membrane receptors with intrinsic guanylate cyclase activity.

Novel donors of nitric oxide derived of S-nitrosocysteine possessing antioxidant activities

Novel S-nitrosothiols possessing a phenolic function were investigated as nitric oxide (NO) donors. A study of NO release from these derivatives was carried out by electron spin resonance (ESR). All compounds gave rise to a characteristic three-line ESR signal in the presence of the complex [Fe(II)(MGD)2], revealing the formation of the complex [Fe(II)(MGD)2(NO)]. Furthermore, tests based on cytochrome c reduction were performed in order to study the ability of each phenolic disulfide, the final organic decomposition product of S-nitrosothiols, to trap superoxide radical anion (O2-). This study revealed a high reactivity of 1b and 3b towards O2-. For these two compounds, the respective inhibitory concentration (IC) 50 values were 92 µM and 43 µM.

New families of highly efficient, halogen-free flame retardants for polypropylene (PP)

The driving forces for current research of flame retardants are increased fire safety in combination with flame retardant formulations that fulfill the criteria of sustainable production and products. In recent years, important questions about the environmental safety of antimony, and in particular, brominated flame retardants have been raised. As a consequence of this, the current doctoral thesis work describes efforts to develop new halogen-free flame retardants that are based on various radical generators and phosphorous compounds. The investigation was first focused on compounds that are capable of generating alkyl radicals in order to study their role on flame retardancy of polypropylene. The family of azoalkanes was selected as the cleanest and most convenient source of free alkyl radicals. Therefore, a number of symmetrical and unsymmetrical azoalkanes of the general formula R-N=N-R’ were prepared. The experimental results show that in the series of different sized azocycloalkanes the flame retardant efficacy decreased in the following order: R = R´= cyclohexyl > cyclopentyl > cyclobutyl > cyclooctanyl > cyclododecanyl. However, in the series of aliphatic azoalkanes compounds, the efficacy decreased as followed: R = R´= n-alkyl > tert-butyl > tert-octyl. The most striking difference in flame retardant efficacy was observed in thick polypropylene plaques of 1 mm, e.g. azocyclohexane (AZO) had a much better flame retardant performance than did the commercial reference FR (Flamestab® NOR116) in thick PP sections. In addition, some of the prepared azoalkane flame retardants e.g. 4’4- bis(cyclohexylazocyclohexyl) methane (BISAZO) exhibited non-burning dripping behavior. Extrusion coating experiments of flame retarded low density polyethylene (LDPE) onto a standard machine finished Kraft paper were carried out in order to investigate the potential of azoalkanes in multilayer facings. The results show that azocyclohexane (AZO) and 4’4-bis (cyclohexylazocyclohexyl) methane (BISAZO) can significantly improve the flame retardant properties of low density polyethylene coated paper already at 0.5 wt.% loadings, provided that the maximum extrusion temperature of 260 oC is not exceeded and coating weight is kept low at 13 g/m2. In addition, various triazene-based flame retardants (RN1=N2-N3R’R’’) were prepared. For example, polypropylene samples containing a very low concentration of only 0.5 wt.% of bis- 4’4’-(3’3’-dimethyltriazene) diphenyl ether and other triazenes passed the DIN 4102-1 test with B2 classification. It is noteworthy that no burning dripping could be detected and the average burning times were very short with exceptionally low weight losses. Therefore, triazene compounds constitute a new and interesting family of radical generators for flame retarding of polymeric materials. The high flame retardant potential of triazenes can be attributed to their ability to generate various types of radicals during their thermal decomposition. According to thermogravimetric analysis/Fourier transform infrared spectroscopy/MS analysis, triazene units are homolytically cleaved into various aminyl, resonance-stabilized aryl radicals, and different CH fragments with simultaneous evolution of elemental nitrogen. Furthermore, the potential of thirteen aliphatic, aromatic, thiuram and heterocyclic substituted organic disulfide derivatives of the general formula R-S-S-R’ as a new group of halogen-free flame retardants for polypropylene films have been investigated. According to the DIN 4102- 1 standard ignitibility test, for the first time it has been demonstrated that many of the disulfides alone can effectively provide flame retardancy and self-extinguishing properties to polypropylene films at already very low concentrations of 0.5 wt.%. For the disulfide family, the highest FR activity was recorded for 5’5’-dithiobis (2-nitrobenzoic acid). Very low values for burning length (53 mm) and burning time (10 s) reflect significantly increased fire retardant performance of this disulfide compared to other compounds in this series as well as to Flamestab® NOR116. Finally, two new, phosphorus-based flame retardants were synthesized: P’P-diphenyl phosphinic hydrazide (PAH) and melamine phenyl phosphonate (MPhP). The DIN 4102-1 test and the more stringent UL94 vertical burning test (UL94 V) were used to assess the formulations ability to extinguish a flame once ignited. A very strong synergistic effect with azoalkanes was found, i.e. in combination with these radical generators even UL94 V0 rate could be obtained.

Protein folding: a perspective for biology, medicine and biotechnology

At the present time, protein folding is an extremely active field of research including aspects of biology, chemistry, biochemistry, computer science and physics. The fundamental principles have practical applications in the exploitation of the advances in genome research, in the understanding of different pathologies and in the design of novel proteins with special functions. Although the detailed mechanisms of folding are not completely known, significant advances have been made in the understanding of this complex process through both experimental and theoretical approaches. In this review, the evolution of concepts from Anfinsen's postulate to the "new view" emphasizing the concept of the energy landscape of folding is presented. The main rules of protein folding have been established from in vitro experiments. It has been long accepted that the in vitro refolding process is a good model for understanding the mechanisms by which a nascent polypeptide chain reaches its native conformation in the cellular environment. Indeed, many denatured proteins, even those whose disulfide bridges have been disrupted, are able to refold spontaneously. Although this assumption was challenged by the discovery of molecular chaperones, from the amount of both structural and functional information now available, it has been clearly established that the main rules of protein folding deduced from in vitro experiments are also valid in the cellular environment. This modern view of protein folding permits a better understanding of the aggregation processes that play a role in several pathologies, including those induced by prions and Alzheimer's disease. Drug design and de novo protein design with the aim of creating proteins with novel functions by application of protein folding rules are making significant progress and offer perspectives for practical applications in the development of pharmaceuticals and medical diagnostics.

Genomics and X-ray microanalysis indicate that Ca2+ and thiols mediate the aggregation and adhesion of Xylella fastidiosa

The availability of the genome sequence of the bacterial plant pathogen Xylella fastidiosa, the causal agent of citrus variegated chlorosis, is accelerating important investigations concerning its pathogenicity. Plant vessel occlusion is critical for symptom development. The objective of the present study was to search for information that would help to explain the adhesion of X. fastidiosa cells to the xylem. Scanning electron microscopy revealed that adhesion may occur without the fastidium gum, an exopolysaccharide produced by X. fastidiosa, and X-ray microanalysis demonstrated the presence of elemental sulfur both in cells grown in vitro and in cells found inside plant vessels, indicating that the sulfur signal is generated by the pathogen surface. Calcium and magnesium peaks were detected in association with sulfur in occluded vessels. We propose an explanation for the adhesion and aggregation process. Thiol groups, maintained by the enzyme peptide methionine sulfoxide reductase, could be active on the surface of the bacteria and appear to promote cell-cell aggregation by forming disulfide bonds with thiol groups on the surface of adjacent cells. The enzyme methionine sulfoxide reductase has been shown to be an auxiliary component in the adhesiveness of some human pathogens. The negative charge conferred by the ionized thiol group could of itself constitute a mechanism of adhesion by allowing the formation of divalent cation bridges between the negatively charged bacteria and predominantly negatively charged xylem walls.

Characterization of ß-trypsin at acid pH by differential scanning calorimetry

Trypsin is a serino-protease with a polypeptide chain of 223 amino acid residues and contains six disulfide bridges. It is a globular protein with a predominance of antiparallel ß-sheet and helix in its secondary structure and has two domains with similar structures. We assessed the stability of ß-trypsin in the acid pH range using microcalorimetric (differential scanning calorimetry) techniques. Protein concentrations varied in the range of 0.05 to 2.30 mg/ml. Buffer solutions of 50.0 mM ß-alanine and 20.0 mM CaCl2 at different pH values (from 2.0 to 4.2) and concentrations of sorbitol (1.0 and 2.0 M), urea (0.5 M) or guanidinium hydrochloride (0.5 and 1.0 M) were used. The data suggest that we are studying the same conformational transition of the protein in all experimental situations using pH, sorbitol, urea and guanidinium hydrochloride as perturbing agents. The observed van't Hoff ratios (deltaHcal/deltaHvH) of 1.0 to 0.5 in the pH range of 3.2 to 4.2 suggest protein aggregation. In contrast, deltaHcal/deltaHvH ratios equal to one in the pH range of 2.0 to 3.2 suggest that the protein unfolds as a monomer. At pH 3.00, ß-trypsin unfolded with Tm = 54ºC and deltaH = 101.8 kcal/mol, and the change in heat capacity between the native and unfolded forms of the protein (deltaCp) was estimated to be 2.50 ± 0.07 kcal mol-1 K-1. The stability of ß-trypsin calculated at 298 K was deltaG D = 5.7 kcal/mol at pH 3.00 and deltaG D = 15.2 kcal/mol at pH 7.00, values in the range expected for a small globular protein.

Secretion of Streptomyces tendae antifungal protein 1 by Lactococcus lactis

Lactococcus lactis, the model lactic acid bacterium, is a good candidate for heterologous protein production in both foodstuffs and the digestive tract. We attempted to produce Streptomyces tendae antifungal protein 1 (Afp1) in L. lactis with the objective of constructing a strain able to limit fungal growth. Since Afp1 activity requires disulfide bond (DSB) formation and since intracellular redox conditions are reportedly unfavorable for DSB formation in prokaryotes, Afp1 was produced as a secreted form. An inducible expression-secretion system was used to drive Afp1 secretion by L. lactis; Afp1 was fused or not with LEISSTCDA, a synthetic propeptide (LEISS) that has been described to be a secretion enhancer. Production of Afp1 alone was not achieved, but production of LEISS-Afp1 was confirmed by Western blot and immunodetection with anti-Afp1 antibodies. This protein (molecular mass: 9.8 kDa) is the smallest non-bacteriocin heterologous protein ever reported to be secreted in L. lactis via the Sec-dependent pathway. However, no anti-fungal activity was detected, even in concentrated samples of induced supernatant. This could be due to a too low secretion yield of Afp1 in L. lactis, to the absence of DSB formation, or to an improper DSB formation involving the additional cysteine residue included in LEISS propeptide. This raises questions about size limits, conformation problems, and protein secretion yields in L. lactis.

Protein 3-nitrotyrosine formation during Trypanosoma cruzi infection in mice

Nitric oxide (·NO) is a diffusible messenger implicated in Trypanosoma cruzi resistance. Excess production of ·NO and oxidants leads to the generation of nitrogen dioxide (·NO2), a strong nitrating agent. Tyrosine nitration is a post-translational modification resulting from the addition of a nitro (-NO2) group to the ortho-position of tyrosine residues. Detection of protein 3-nitrotyrosine is regarded as a marker of nitro-oxidative stress and is observed in inflammatory processes. The formation and role of nitrating species in the control and myocardiopathy of T. cruzi infection remain to be studied. We investigated the levels of ·NO and protein 3-nitrotyrosine in the plasma of C3H and BALB/c mice and pharmacologically modulated their production during the acute phase of T. cruzi infection. We also looked for protein 3-nitrotyrosine in the hearts of infected animals. Our results demonstrated that C3H animals produced higher amounts of ·NO than BALB/c mice, but their generation of peroxynitrite was not proportionally enhanced and they had higher parasitemias. While N G-nitro-arginine methyl ester treatment abolished ·NO production and drastically augmented the parasitism, mercaptoethylguanidine and guanido-ethyl disulfide, at doses that moderately reduced the ·NO and 3-nitrotyrosine levels, paradoxically diminished the parasitemia in both strains. Nitrated proteins were also demonstrated in myocardial cells of infected mice. These data suggest that the control of T. cruzi infection depends not only on the capacity to produce ·NO, but also on its metabolic fate, including the generation of nitrating species that may constitute an important element in parasite resistance and collateral myocardial damage.

Participation of the endoplasmic reticulum protein chaperone thio-oxidoreductase in gonadotropin-releasing hormone receptor expression at the plasma membrane

Chaperone members of the protein disulfide isomerase family can catalyze the thiol-disulfide exchange reaction with pairs of cysteines. There are 14 protein disulfide isomerase family members, but the ability to catalyze a thiol disulfide exchange reaction has not been demonstrated for all of them. Human endoplasmic reticulum protein chaperone thio-oxidoreductase (ERp18) shows partial oxidative activity as a protein disulfide isomerase. The aim of the present study was to evaluate the participation of ERp18 in gonadotropin-releasing hormone receptor (GnRHR) expression at the plasma membrane. Cos-7 cells were cultured, plated, and transfected with 25 ng (unless indicated) wild-type human GnRHR (hGnRHR) or mutant GnRHR (Cys14Ala and Cys200Ala) and pcDNA3.1 without insert (empty vector) or ERp18 cDNA (75 ng/well), pre-loaded for 18 h with 1 µCi myo-[2-3H(N)]-inositol in 0.25 mL DMEM and treated for 2 h with buserelin. We observed a decrease in maximal inositol phosphate (IP) production in response to buserelin in the cells co-transfected with hGnRHR, and a decrease from 20 to 75 ng of ERp18 compared with cells co-transfected with hGnRHR and empty vector. The decrease in maximal IP was proportional to the amount of ERp18 DNA over the range examined. Mutants (Cys14Ala and Cys200Ala) that could not form the Cys14-Cys200 bridge essential for plasma membrane routing of the hGnRHR did not modify maximal IP production when they were co-transfected with ERp18. These results suggest that ERp18 has a reduction role on disulfide bonds in wild-type hGnRHR folding.

cDNA and deduced primary structure of basic phospholipase A2 with neurotoxic activity from the venom secretion of the Crotalus durissus collilineatus rattlesnake

To illustrate the construction of precursor complementary DNAs, we isolated mRNAs from whole venom samples. After reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR), we amplified the cDNA coding for a neurotoxic protein, phospholipase A2 D49 (PLA2 D49), from the venom of Crotalus durissus collilineatus (Cdc PLA2). The cDNA encoding Cdc PLA2 from whole venom was sequenced. The deduced amino acid sequence of this cDNA has high overall sequence identity with the group II PLA2 protein family. Cdc PLA2 has 14 cysteine residues capable of forming seven disulfide bonds that characterize this group of PLA2 enzymes. Cdc PLA2 was isolated using conventional Sephadex G75 column chromatography and reverse-phase high performance liquid chromatography (RP-HPLC). The molecular mass was estimated using matrix-assisted laser desorption ionization-time-of-flight (MALDI-TOF) mass spectrometry. We tested the neuromuscular blocking activities on chick biventer cervicis neuromuscular tissue. Phylogenetic analysis of Cdc PLA2 showed the existence of two lines of N6-PLA2, denominated F24 and S24. Apparently, the sequences of the New World’s N6-F24-PLA2 are similar to those of the agkistrodotoxin from the Asian genus Gloydius. The sequences of N6-S24-PLA2 are similar to the sequence of trimucrotoxin from the genus Protobothrops, found in the Old World.

Jätteiden kemiallisten ominaisuuksien spektrometriset online-mittausmenetelmät

Tässä diplomityössä käsiteltiin spektrometrisia online-mittausmenetelmiä jätteiden kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien määrittämiseksi. Tavoitteena oli selvittää, mitä ominaisuuksia menetelmillä voidaan mitata ja kuinka luotettavia tuloksia mittauksilla saadaan. Diplomityössä suoritettiin kirjallisuuskatsaus, jossa käsiteltiin kolmen spektrometrisen menetelmän soveltuvuutta reaaliaikaisiin jätemittauksiin. Työn empiirisessä osassa FPXRFanalysaattorilla mitattiin neljän eri jätenäytteen alkuainepitoisuuksia. Mittauksen tarkoituksena oli selvittää, mitä alkuaineita menetelmällä voidaan mitata. FPXRF-analysaattorilla saatuja tuloksia verrattiin ICP-MS-menetelmällä saatuihin tuloksiin regressioanalyysin avulla. Työssä todettiin, että FPXRF-analysaattori sopii parhaiten kaliumin, kalsiumin, ja raudan pitoisuuksien määrittämiseen. Lisäksi lyijyn, sinkin, kromin, kloorin, kuparin, kadmiumin, arseenin, fosforin, molybdeenin ja vanadiinin määrittäminen on mahdollista, mutta tarkan pitoisuuden saamiseksi laboratoriomenetelmien käyttö voi olla tarpeen. Tutkituista jätenäytteistä menetelmä soveltui parhaiten tuhkalle ja kompostille niiden fyysisten ominaisuuksien, kuten homogeenisuuden ja kosteuspitoisuuden takia. Biojätteelle menetelmä soveltui huonosti. FPXRF-analysaattorin luotettavuuteen vaikuttaa näytteen kosteuspitoisuus, homogeenisuus, partikkelikoko, mittaustapa ja laitteen kalibrointi. Työssä tarkastelluilla menetelmillä ei voida tällä hetkellä täysin korvata laboratorioanalyyseja. FPXRF-analysaattoria voidaan kuitenkin käyttää kvalitatiiviseen tai semikvantitatiiviseen haitta-aineiden analysointiin, millä voidaan vähentää kalliiden laboratorioanalyysien tarvetta.

Kinetic and product studies for the oxidtion of organic sulfides and sulfoxides in the presence of transition metal complexes

Rates and products of the oxidation of diphenyl sulfide, phenyl methyl sulfide, p-chlorophenyl methyl sulfide and diphenyl sulfoxide have been determined. Oxidants included t-Bu02H alone, t-Bu02H plus molybdenum or vanadium catalysts and the molybdenum peroxo complex Mo0(02)2*HMPT. Reactions were chiefly carried out in ethanol at temperatures ranging from 20° to 65°C. Oxidation of diphenyl sulfide by t-Bu02H in absolute ethanol at 65°C followed second-order kinetics with k2 = 5.61 x 10 G M~1s"1, and yielded only diphenyl sulfoxide. The Mo(C0)g-catalyzed reaction gave both the sulfoxide and the sulfone with consecutive third-order kinetics. Rate = k3[Mo][t-Bu02H][Ph2S] + k^[Mo][t-Bu02H][Ph2S0], where log k3 = 12.62 - 18500/RT, and log k^ = 10.73 - 17400/RT. In the absence of diphenyl sulfide, diphenyl sulfoxide did not react with t-Bu02H plus molybdenum catalysts, but was oxidized by t-Bu02H-V0(acac)2. The uncatalyzed oxidation of phenyl methyl sulfide by t-Bu02H in absolute ethanol at 65°C gave a second-order rate constant, k = 3.48 x 10~"5 M^s""1. With added Mo(C0)g, the product was mainly phenyl methyl sulfoxide; Rate = k3[Mo][t-Bu02H][PhSCH3] where log k3 = 22.0 - 44500/RT. Both diphenyl sulfide and diphenyl sulfoxide react readily with the molybdenum peroxy complex, Mo0(02)2'HMPT in absolute ethanol at 35°C, yielding diphenyl sulfone. The observed features are mainly in agreement with the literature on metal ion-catalyzed oxidations of organic compounds by hydroperoxides. These indicate the formation of an active catalyst and the complexation of t-Bu02H with the catalyst. However, the relatively large difference between the activation energies for diphenyl sulfide and phenyl methyl sulfide, and the non-reactivity of diphenyl sulfoxide suggest the involvement of sulfide in the production of an active species.

Caractérisation structurale de la molécule HLA-DO

Les molécules classiques du CMH de classe II présentent des peptides antigéniques aux lymphocytes T CD4+. Cette présentation est régulée par deux molécules non classiques : HLA-DM catalyse la relâche de CLIP et le chargement de peptides et HLA-DO module l’activité de DM. Une expression insuffisante en cellules d’insectes empêche les expériences de cristallisation de DO, probablement en raison de sa conformation, rendant DO instable et inapte à sortir du réticulum endoplasmique (RE). DM corrige la conformation de DO et permet sa sortie du RE. Aussi, par ses ponts disulfures uniques, DM adopte une conformation stable et peut sortir du RE sans lier d’autre molécule. Nous avons tenté de corriger la conformation de DO en introduisant des cystéines pour établir des ponts homologues à ceux de DM. La conformation de DO ne fut pas corrigée. Par ailleurs, nous avons augmenté l’expression de DO en introduisant une séquence partielle de Kozak. Nous avons aussi étudié l’effet de DM sur l’expression de DO. DM a favorisé l’expression de DO, probablement en diminuant sa dégradation. Chaque chaîne du dimère DMαβ est impliquée dans l’oxydation de sa chaîne partenaire. La conformation non-optimale de DO pourrait traduire une incapacité des chaînes α ou β à favoriser l’oxydation de sa partenaire; DM corrigerait ce problème. Notre analyse d’immunobuvardage de type Western a toutefois démontré que DM ne modifie pas l’état d’oxydation de DOα et DOβ. Finalement, nous avons étudié l’interaction DO-DM. L’acide aminé DOαE41 est impliqué dans cette liaison. Certains des acides aminés entre α80 et α84 pourraient être impliqués. Nous avons muté des acides aminés de cette région de DOα. Les résidus testés ne semblent pas impliqués dans la liaison DO-DM. L’obtention de la structure tridimensionnelle de DO et la caractérisation de son état oxydatif et de sa liaison à DM permettront de mieux comprendre son rôle.

Les gènes et protéines BSP chez la souris et l’humain : clonage, caractérisation, expression sous forme recombinante et étude des fonctions biologiques

L’infertilité affecte environ 15% des couples en âge de se reproduire. Dans près de la moitié des cas, des facteurs masculins sont à la base de l’infertilité, quoique les causes exactes demeurent souvent inconnues. Les spermatozoïdes de mammifères subissent une série d’étapes de maturation avant d’acquérir la capacité de féconder un ovocyte. Les premiers changements ont lieu à l’intérieur de l’épididyme, où les spermatozoïdes gagnent la capacité de se mouvoir ainsi que de reconnaître et d’interagir avec l’ovocyte. Suite à l’éjaculation, ils doivent subir une seconde série de modifications à l’intérieur du tractus génital femelle, nommée capacitation. Nous avons préalablement démontré que chez le bovin, la famille de protéines BSP (Binder of SPerm) est essentielle à la capacitation. Des homologues des BSP ont aussi été isolés du fluide séminal de porc, de bouc, de bélier, de bison et d’étalon. Malgré la détection d’antigènes apparentés aux BSP dans le fluide séminal de souris et d’humain, les homologues des BSP n’ont jamais été caractérisés chez ces espèces. Nous avons émis l’hypothèse que des homologues des BSP seraient exprimés chez la souris et l’humain et joueraient un rôle dans la maturation des spermatozoïdes. Nous avons démontré que des séquences homologues aux BSP sont présentes dans les génomes murin et humain. Le génome murin contient trois séquences; Bsph1, Bsph2a et Bsph2b, tandis qu’une seule séquence (BSPH1) a été identifée chez l’humain. Les séquences d’ADNc de Bsph1, Bsph2a et BSPH1 ont été clonées, tandis que Bsph2b serait probablement un pseudogène. Les trois gènes sont exprimés uniquement dans l’épididyme et font partie d’une sous-famille distincte à l’intérieur de la famille des BSP. Chez les ongulés, les BSP sont exprimées par les vésicules séminales, sont ajoutées aux spermatozoïdes lors de l’éjaculation et représentent une proportion significative des protéines du plasma séminal. Au contraire, les BSP épididymaires ne sont retrouvées qu’en faibles quantités dans le fluide séminal. L’étude de leur rôle dans les fonctions spermatiques était donc plus difficile que chez les ongulés, où l’isolement des protéines natives du plasma séminal à l’aide de techniques de chromatographie était possible. Afin d’étudier sa fonction, nous avons exprimé BSPH1 recombinante dans E. coli. Les ponts disulfure des domaines de type-II caractéristiques de ces protéines ont fait en sorte que l’expression de BSPH1 fusionnée à une étiquette hexahistidine ou glutathion-S-transférase a donné lieu à des protéines insolubles dans les corps d’inclusion. La production de BSPH1 soluble a été possible grâce à l’ajout d’une étiquette thiorédoxine et l’expression dans une souche au cytoplasme oxidatif. BSPH1 a été purifiée par affinité et sa liaison aux partenaires connus des BSP, la phosphatidylcholine, les lipoprotéines de faible densité et la membrane des spermatozoïdes, suggérait que la protéine recombinante possédait sa conformation native et pouvait être utilisée pour des essais fonctionnels. La forme native de BSPH1 a été détectée dans le plasma séminal humain suite au fractionnement par gel filtration. La liaison de BSPH1 native à une colonne d’affinité à l’héparine a indiqué qu’elle partage aussi cette propriété de liaison avec la famille des BSP, et pourrait lier les GAGs semblables à l’héparine du tractus génital féminin. Une colonne d’immunoaffinité anti-BSPH1 a été préparée à l’aide d’anticorps générés contre des protéines recombinantes, et a permis d’isoler BSPH1 native à partir d’extraits de spermatozoïdes humains. Nos résultats montrent que BSPH1 native serait localisée dans les microdomaines « rafts » de la membrane. Sa masse moléculaire apparente était de 32 kDa, ce qui est supérieur à la masse prédite selon sa séquence en acides aminés, indiquant la présence probable de modifications post-traductionnelles, ou d’une migration anormale. L’effet de BSPH1 recombinante et des anticorps anti-BSPH1 sur la motilité, la viabilité et la capacitation a aussi été étudié. Les deux dernières variables ont été mesurées par un essai de cytométrie en flux, optimisé dans cette étude. Aucun effet des protéines recombinantes ou des anticorps sur la motilité et la viabilité des spermatozoïdes n’a été noté. Quoiqu’une stimulation modeste, quoique significative, de la capacitation ait été observée à la plus faible concentration de BSPH1, les concentrations plus élevées n’ont pas montré d’effet. De la même manière, les anticorps anti-BSPH1 n’ont pas eu d’effet significatif sur la capacitation. Ces résultats suggèrent que BSPH1 produite dans E. coli n’affecte pas la capacitation de façon marquée. Cependant, puisque BSPH1 native possède probablement des modifications post-traductionnelles, une protéine recombinante produite dans des cellules de mammifères pourrait affecter les fonctions spermatiques. De manière alternative, les BSP épididymaires remplissent peut-être un rôle différent dans les fonctions spermatiques que celles sécrétées par les vésicules séminales des ongulés. Les résultats décrits dans cette thèse pourraient contribuer à améliorer le diagnostic de l’infertilité masculine, ainsi que les techniques de reproduction assistée et éventuellement, pourraient mener au développement de contraceptifs masculins.

Mécanismes moléculaires d’activation du récepteur A des peptides natriurétiques

Le récepteur A des peptides natriurétiques (NPRA) fait partie de la famille des guanylates cyclases membranaires. L’activation du NPRA par ses agonistes naturels, ANP et BNP, induit une production de GMPc qui est responsable de leur rôle dans l’homéostasie cardiovasculaire, l’inhibition de l’hypertrophie et de la fibrose cardiaques et la régulation de la lipolyse. Le NPRA est un homodimère non covalent composé d’un domaine extracellulaire de liaison du ligand (ECD), d’un unique domaine transmembranaire (TM), d’un domaine d’homologie aux kinases et d’un domaine guanylate cyclase. Bien que le NPRA ait un rôle physiologique important, les mécanismes moléculaires régissant son processus d’activation restent inconnus. Nous avons donc analysé les premières étapes du processus d’activation du NPRA. Nous avons d'abord étudié le rôle de la dimérisation des ECD dans l’activation du récepteur. Nous avons utilisé les techniques de liaison de radioligand, de FRET et de modélisation moléculaire, pour caractériser la liaison à l’ECD des agonistes naturels, d’un superagoniste et d’un antagoniste. L’ANP se lie à un dimère d’ECD préformé et la dimérisation spontanée est l’étape limitante du processus de liaison. De plus, comme le démontrent nos études de FRET, tous les peptides, incluant l’antagoniste, stabilisent le récepteur sous sa forme dimérique. Cependant, l’antagoniste A71915 stabilise le dimère d’ECD dans une conformation différente de celle induite par l’ANP. La dimérisation du NPRA semble donc nécessaire, mais non suffisante à l’activation du récepteur. L’état d’activation du NPRA dépend plutôt de l’orientation des sous unités dans le dimère. Nous avons ensuite étudié le mécanisme moléculaire de transduction du signal à travers la membrane. Plusieurs études ont suggéré que l’activation du NPRA implique un changement de conformation du domaine juxtamembranaire (JM). Cependant, les études de cristallographie de l’ECD soluble de NPRA n’ont pas permis de documenter la structure du JM et le changement de conformation impliqué dans la transduction du signal reste inconnu. Pour analyser ce changement de conformation, nous avons d’abord séquentiellement substitué les neuf acides aminés du JM par une cystéine. En étudiant la capacité des mutants à former des dimères covalents de façon constitutive ou induite par l’ANP, nous avons pu évaluer la proximité relative des résidus du JM, avant et après activation du NPRA. Ces résultats ont démontré la proximité élevée de certains résidus spécifiques et sont en contradiction avec les données cristallographiques. Nous avons également démontré que le domaine intracellulaire impose une contrainte conformationnelle au JM à l’état de base, qui est levée après liaison de l’ANP. En introduisant de 1 à 5 alanines dans l’hélice-α transmembranaire, nous avons montré qu’une rotation des TM de 40° induit une activation constitutive du NPRA. Le signal d’activation pourrait donc être transmis à travers la membrane par un mécanisme de rotation des TM. En utilisant nos données expérimentales, nous avons généré le premier modèle moléculaire illustrant la conformation active du NPRA, où les domaines JM et TM sont représentés. Dans son ensemble, cette étude apporte une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires régissant les premières étapes du processus complexe d’activation du NPRA.