The structure of arabidopsis NPR1 : its function as a salicylic acid receptor and a metal-binding protein

The Arabidopsis NPRI protein regulates systemic acquired resistance dependent on salicylic acid. Analyses by plant two-hybrid analysis in vivo and pull-down assays in vitro showed that the BTB/POZ domain of NPRI at the N-terminus serves as an autoinhibitory domain to negate the function of the transactivation domain at the C-terminus through direct binding of these two domains. I t was also shown that the binding of the BTB/POZ domain to the C-terminus of NPRI was abolished by SA treatment, suggesting that SA could interfere directly with this binding. By gel filtration, it was demonstrated that SA affects the conformation of full-length NPRl , confirming the role of NPRI as an SA receptor. Gel filtration analysis also indicated that NPRI could be converted from an oligomer to a dimer with SA treatment. Furthermore, one N-terminal deletion ~513 has been shown to act as a metal-binding protein and its two Cys-521 and Cys-529 are important for binding to Ni 2 + by pull-down assays.

Novel glutathione disulfide transferase function of CC-glutaredoxins involved in disease resistance and flower development

Glutaredoxins are oxidoreductases capable of reducing protein disulfide bridges and glutathione mixed disulfides through the process of deglutathionylation and glutathionylation. Lately, redox-mediated modifications of functional cysteine residues of TGA1 and TGA8 transcription factors have been postulated. Namely, GRX480 and ROXY1 glutaredoxins have been previously shown to interact with TGA proteins and have been suggested to regulate redox state of these proteins. TGA1, together with TGA2, is involved in systemic acquired resistance (SAR) establishment in the plant Arabidopsis thaliana through PR1 (Pathogenesis related 1) gene activation. They both form an enhanceosome complex with the NPR1 protein (non-expressor of pathogenesis related gene 1) which leads to PR1 transcription. Although TGA1 is capable of activating PR1 transcription, the ability of the TGA1 NPR1 enhanceosome complex to assembly is based on the redox status of TGA1. We identified GRX480 as a glutathionylating enzyme that catalyzes the TGA1 glutathione disulfide transferase reaction with a Km of around 20μM GSSG (oxidized glutathione). Out of four cysteine residues found within TGA1, C172 and C266 were found to be glutathionylated by this enzyme. We also confirmed TGA1 glutathionylation in vivo and showed that this modification takes place while TGA1 is associated with the PR1 promoter enzymatically via GRX480. Furthermore, we show that glutathionylation via GRX480 abolishes TGA1's interaction with NPR1 and consequently prevents the TGA1-NPR1 transcription activation of PR1. When glutathionylated, TGA1 is recruited to the PR1 promoter and acts as a repressor. Therefore, glutathionylation is a mechanism that prevents TGA1 NPR1 interaction, allowing TGA1 to function as a repressor of PR1 transcription. Surprisingly, GRX480 was not able to deglutathionylate proteins demonstrating the irreversible nature of the reaction. Moreover, we demonstrate that other members of CC-class glutaredoxins, namely ROXY1 and ROXY2, can also catalyze protein glutathionylation. The TGA8 protein was previously shown to interact with NPR1 analogs, BOP1 and BOP2 proteins. However, unlike the case of TGA1 NPR1 interaction, here we demonstrate that TGA8-BOP1 interaction is not redox regulated and that TGA8 glutathionylation by ROXY1 and ROXY2 enzymes does not abolish this interaction in vitro. However, TGA8 glutathionylation results in TGA8 oligomer disassembly into smaller complexes and monomers. Our results suggest that CC-Grxs are unable to reduce mixed disulfides, instead they efficiently catalyze the opposite reaction which distinguishes them from traditional glutaredoxins. Therefore, they should not be classified as glutaredoxins but as protein glutathione disulfide transferases.

Assemblage oligomérique des récepteurs couplés aux protéines G avec les RAMPs

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) constituent la plus grande classe de récepteurs membranaires impliqués dans la transmission des signaux extracellulaires. Traditionnellement, la transmission de la signalisation par les RCPGs implique l’activation d’une protéine G hétéro-trimérique qui pourra à son tour moduler l’activité de divers effecteurs intracellulaires. Ce schéma classique de signalisation s’est complexifié au fils des années et l’on sait maintenant qu’en plus d’interagir avec les protéines G, les RCPGs s’associent avec une panoplie d’autres protéines afin de transmettre adéquatement les signaux extracellulaires. En particulier, la découverte d’une famille de protéines transmembranaires modulant la fonction des RCPGs, baptisées protéines modifiant l’activité des récepteurs (« receptor activity-modifying proteins » ; RAMPs), a changé la façon de concevoir la signalisation par certains RCPGs. Dans le cas du récepteur similaire au récepteur de la calcitonine (« calcitonin-like receptor » ; CLR), l’association avec les RAMPs permet l’acheminement à la surface cellulaire du récepteur tout en modulant ses propriétés pharmacologiques. Lorsqu’il est associé avec RAMP1, le CLR fonctionne comme un récepteur du peptide relié au gène de la calcitonine (« calcitonin gene-related peptide » ; CGRP), alors qu’il devient un récepteur de l’adrénomedulline lorsqu’il interagit avec RAMP2 ou RAMP3. D’autre part, en plus d’interagir avec des protéines accessoires transmembranaires telles les RAMPs, les RCPGs peuvent aussi s’associer entre eux pour former des oligomères de récepteurs. Dans cette thèse, nous nous sommes penchés sur les interactions entre les RCPGs et les RAMPs, et plus particulièrement sur l’interrelation entre ce type d’association RCPG/RAMP et l’assemblage en oligomères de récepteurs, en utilisant le récepteur du CGRP comme modèle d’étude. Une première étude nous a tout d’abord permis de confirmer l’interaction entre le récepteur CLR et RAMP1, dans un contexte de cellules vivantes. Nous avons démontré que ce complexe CLR/RAMP1 active la protéine G et recrute la protéine de signalisation -arrestine suite à une stimulation par le CGRP. Ensuite, nous avons déterminé que même s’il doit obligatoirement former un hétéro-oligomère avec les RAMPs pour être actif, le CLR conserve malgré tout sa capacité à interagir avec d’autres RCPGs. En plus d’observer la présence d’homo-oligomère de CLR, nous avons constaté que tout comme les RCPGs, les RAMPs peuvent eux-aussi s’associer entre eux pour former des complexes oligomériques pouvant comprendre différents sous-types (RAMP1/RAMP2 et RAMP1/RAMP3). Cette observation de la présence d’homo-oligomères de CLR et de RAMP1, nous a amené à nous questionner sur la stœchiométrie d’interaction du complexe CLR/RAMP1. Dans une deuxième étude ayant pour but d’établir la composition moléculaire du récepteur CGRP1 in vivo, nous avons développé une nouvelle approche permettant l’étude de l’interaction entre trois protéines dans un contexte de cellules vivantes. Cette technique baptisée BRET/BiFC, est basée sur le transfert d’énergie de résonance de bioluminescence entre un donneur luminescent, la Renilla luciférase, et un accepteur fluorescent, la protéine fluorescente jaune (YFP), reconstituée suite au ré-assemblage de ces deux fragments. En utilisant cette approche, nous avons pu déterminer que le récepteur CGRP1 est constitué d’un homo-oligomère de CLR interagissant avec un monomère de RAMP1. En démontrant un assemblage oligomérique asymétrique pour le récepteur CGRP1 à partir d’une nouvelle approche biophysique, nous croyons que les travaux présentés dans cette thèse ont contribué à élargir nos connaissances sur le fonctionnement de la grande famille des RCPGs, et seront utile à la poursuite des recherches sur les complexes protéiques impliqués dans la signalisation.

Étude des mécanismes moléculaires de formation des pores des toxines formeuses de pores par la spectroscopie de fluorescence

Les toxines formeuses de pore (PFTs) sont des protéines exogènes responsables d’un grand nombre de maladies infectieuses qui perméabilisent les membranes cellulaires de leur hôte. La formation des pores ou l’introduction d’une enzyme dans le cytoplasme peut entrainer l’apparition de symptômes de maladies connues (l’anthrax, le botulisme) et, dans le pire des cas, la mort. Les mécanismes d’infection et de destruction des cellules infectées sont bien caractérisés. Toutefois, l’aspect dynamique des changements de conformation durant le processus de perméabilisation reste à découvrir pour la majorité des toxines formeuses de pore. Le but de cette thèse est d’étudier les mécanismes d’oligomérisation des PFTs, ainsi que la formation des pores à la membrane lipidique grâce à la spectroscopie de fluorescence. Nous avons choisi la toxine Cry1Aa, un bio pesticide produit par le bacille de Thuringe et qui a été rigoureusement caractérisé, en tant que modèle d’étude. La topologie de la Cry1Aa à l’état actif et inactif a pu être résolue grâce à l’utilisation d’une technique de spectroscopie de fluorescence, le FRET ou transfert d’énergie par résonance entre un fluorophore greffé au domaine formeur de pore (D1) et un accepteur non fluorescent (le DPA ou dipicrylamine) localisé dans la membrane et qui bouge selon le potentiel membranaire. Le courant électrique, ainsi que la fluorescence provenant de la bicouche lipidique membranaire horizontale ont été enregistrés simultanément. De cette manière, nous avons pu localiser toutes les boucles reliant les hélices de D1 avant et après la formation des pores. Dans la forme inactive de la toxine, toutes ces boucles se trouvent du côté interne de la bicouche lipidique, mais dans sa forme active l’épingle α3-α4 traverse du côté externe, alors que toutes les autres hélices demeurent du côté interne. Ces résultats suggèrent que α3-α4 forment le pore. Nous avons découvert que la toxine change significativement de conformation une fois qu’elle se trouve dans la bicouche lipidique, et que la Cry1Aa attaque la membrane lipidique de l’extérieur, mais en formant le pore de l’intérieur. Dans le but de caractériser la distribution de toxines à chaque extrémité de la bicouche, nous avons utilisé une technique de double FRET avec deux accepteurs ayant des vitesses de translocation différentes (le DPA et l’oxonol) dans la membrane lipidique. De cette manière, nous avons déterminé que la toxine était présente des deux côtés de la bicouche lipidique durant le processus de perméabilisation. La dynamique d’oligomérisation de la toxine dans une bicouche lipidique sans récepteurs a été étudiée avec une technique permettant le compte des sauts de fluorescence après le photoblanchiment des fluorophore liés aux sous unités composant un oligomère présent dans la bicouche lipidique supportée. Nous avons confirmé de cette manière que la protéine formait ultimement des tétramères, et que cet état résultait de la diffusion des monomères de toxine dans la bicouche et de leur assemblage subséquent. Enfin nous avons voulu étudier le « gating » de la colicine Ia, provenant de la bactérie E.Coli, dans le but d’observer les mouvements que font deux positions supposées traverser la bicouche lipidique selon le voltage imposé aux bornes de la bicouche. Nos résultats préliminaires nous permettent d’observer un mouvement partiel (et non total) de ces positions, tel que le suggèrent les études de conductances du canal.

Effect of knockdown of Giα proteins using antisense oligodeoxynucleotides encapsulated in cationic liposomes on the development of hypertension in spontaneously hypertensive rats

L'hypertension artérielle est l'une des principales causes de morbidité et de mortalité dans le monde. La compréhension des mécanismes qui sont à la base du développement de l'hypertension offrira de nouvelles perspectives pour un meilleur contrôle de l'hypertension. Nous avons précédemment montré que le niveau des protéines Giα-2 et Giα-3 est augmenté chez les rats spontanément hypertendus (SHR) avant l'apparition de l'hypertension. Le traitement avec les inhibiteurs de l’enzyme de conversion de l’Angiotensine (IEC) est associé à une diminution de l’expression des protéines Gi. De plus, l'injection intrapertoneale de la toxine de la coqueluche inactive les deux protéines Giα et empêche le développement de l'hypertension chez les SHR. Cependant, la contribution spécifique des protéines Giα-2 et Giα-3 dans le développement de l'hypertension n'est pas encore connue. Dans la présente étude, l’Anti-sens oligodésoxynucléotide (AS-ODN) de Giα-2 et Giα-3 (1mg/Kg en poids corporel) encapsulé dans des liposomes cationiques PEG / DOTAP/ DOPE ont été administrés par voie intraveineuse aux SHR pré-hypertendus âgé de trois semaines et aux Wistar Kyoto (WKY) rats de même âge. Les contrôles des WKY et SHR non traités ont été injectés avec du PBS stérile, liposomes vides ou oligomères sens. La pression artérielle (PA) a été suivie chaque semaine en utilisant la technique manchon caudal. Les rats ont été sacrifiés à l'âge de six semaines et neuf semaines. Le coeur et l'aorte ont été utilisés pour étudier l'expression des protéines Gi. Le knockdown des protéines Giα-2 par l’injection de Giα-2-AS a empêché le développement de l'hypertension à l'âge de six semaines. Par la suite, la PA a commencé à augmenter rapidement et a atteint le niveau que l'on retrouve dans les groupes témoins à l'âge de neuf semaines. D'autre part, la PA du groupe traité avec le Giα-3-AS a commencé à augmenter à l'âge de quatre semaines. Dans le groupe des SHR-Giα-3-AS, la PA a augmenté à l’âgé de six semaines, mais moins que celle de SHR-CTL. Le coeur et l'aorte obtenues des SHR Giα-2-AS et Giα-3-AS à partir de l’âgé de six semaines ont eu une diminution significative de l’expression des protéines Giα-2 et Giα-3 respectivement. Dans le groupe des WKY Giα-2-AS et Giα-3-AS l'expression des protéines Giα-2 et Giα-3 respectivement a diminué malgré l'absence de changement dans la PA par rapport aux WKY CTL. À l'âge de neuf semaines, les SHR traités avec du Giα-2-AS et Giα-3-AS avaient la même PA et expression des protéines Gi que le SHR CTL. Ces résultats suggèrent que les deux protéines Giα-2 et Giα-3 sont impliqués dans le développement de l'hypertension chez les SHR, mais le knockdown de Giα-2 et pas de Giα-3 a empêché le développement de l'hypertension.

Modeling based on the structure of vicilins predicts a histidine cluster in the active site of oxalate oxidase

It is known that germin, which is a marker of the onset of growth in germinating wheat, is an oxalate oxidase, and also that germins possess sequence similarity with legumin and vicilin seed storage proteins. These two pieces of information have been combined in order to generate a 3D model of germin based on the structure of vicilin and to examine the model with regard to a potential oxalate oxidase active site. A cluster of three histidine residues has been located within the conserved beta-barrel structure. While there is a relatively low level of overall sequence similarity between the model and the vicilin structures, the conservation of amino acids important in maintaining the scaffold of the beta-barrel lends confidence to the juxtaposition of the histidine residues. The cluster is similar structurally to those found in copper amine oxidase and other proteins, leading to the suggestion that it defines a metal-binding location within the oxalate oxidase active site. It is also proposed that the structural elements involved in intermolecular interactions in vicilins may play a role in oligomer formation in germin/oxalate oxidase.

Oligomers of D-2 dopamine receptors - Evidence from ligand binding

There is increasing evidence that G protein-coupled receptors form oligomers and that this might be important for their function. We have studied this phenomenon for the D-2 dopamine receptor and have shown-using a variety of biochemical and biophysical techniques-that this receptor forms dimers or higher-order oligomers. Using ligand-binding studies, we have also found evidence that this oligomer formation has functional relevance. Thus, for the receptor expressed in either CHO cells or Sf 9 insect cells, the binding properties of several radioligands (in saturation, competition, and dissociation assays) do not conform to those expected for a monomeric receptor with a single binding site. We propose that the receptors exist in oligomers with homotropic and heterotropic negatively cooperative interactions between ligands.

First structural analysis of a naphthalene-based poly(ether ketone): Crystal and molecular simulation from X-ray powder data and diffraction modeling

Polycondensation of 2,6-dihydroxynaphthalene with 4,4'-bis(4"-fluorobenzoyl)biphenyl affords a novel, semicrystalline poly(ether ketone) with a melting point of 406 degreesC and glass transition temperature (onset) of 168 degreesC. Molecular modeling and diffraction-simulation studies of this polymer, coupled with data from the single-crystal structure of an oligomer model, have enabled the crystal and molecular structure of the polymer to be determined from X-ray powder data. This structure-the first for any naphthalene-containing poly(ether ketone)-is fully ordered, in monoclinic space group P2(1)/b, with two chains per unit cell. Rietveld refinement against the experimental powder data gave a final agreement factor (R-wp) of 6.7%.

Oligomers of D-2 dopamine receptors: evidence from ligand binding

There is increasing evidence that G protein-coupled receptors form oligomers and that this might be important for their function. We have studied this phenomenon for the D-2 dopamine receptor and have shown-using a variety of biochemical and biophysical techniques-that this receptor forms dimers or higher-order oligomers. Using ligand-binding studies, we have also found evidence that this oligomer formation has functional relevance. Thus, for the receptor expressed in either CHO cells or Sf 9 insect cells, the binding properties of several radioligands (in saturation, competition, and dissociation assays) do not conform to those expected for a monomeric receptor with a single binding site. We propose that the receptors exist in oligomers with homotropic and heterotropic negatively cooperative interactions between ligands

Effect of molecule branching and glycosidic linkage on the degradation of polydextrose by gut microbiota.

Polydextrose is a randomly linked complex glucose oligomer that is widely used as a sugar replacer, bulking agent, dietary fiber and prebiotic. Polydextrose is poorly utilized by the host and, during gastrointestinal transit, it is slowly degraded by intestinal microbes, although it is not known which parts of the complex molecule are preferred by the microbes. The microbial degradation of polydextrose was assessed by using a simulated model of colonic fermentation. The degradation products and their glycosidic linkages were measured by combined gas chromatography and mass spectrometry, and compared to those of intact polydextrose. Fermentation resulted in an increase in the relative abundance of non-branched molecules with a concomitant decrease in single-branched glucose molecules and a reduced total number of branching points. A detailed analysis showed a preponderance of 1,6 pyranose linkages. The results of this study demonstrate how intestinal microbes selectively degrade polydextrose, and provide an insight into the preferences of gut microbiota in the presence of different glycosidic linkages.

Impact of polydextrose on the faecal microbiota: a double-blind, crossover, placebo-controlled feeding study in healthy human subjects

In this placebo-controlled, double-blind, crossover human feeding study, the effects of polydextrose (PDX; 8 g/d) on the colonic microbial composition, immune parameters, bowel habits and quality of life were investigated. PDX is a complex glucose oligomer used as a sugar replacer. The main goal of the present study was to identify the microbial groups affected by PDX fermentation in the colon. PDX was shown to significantly increase the known butyrate producer Ruminococcus intestinalis and bacteria of the Clostridium clusters I, II and IV. Of the other microbial groups investigated, decreases in the faecal Lactobacillus–Enterococcus group were demonstrated. Denaturing gel gradient electrophoresis analysis showed that bacterial profiles between PDX and placebo treatments were significantly different. PDX was shown to be slowly degraded in the colon, and the fermentation significantly reduced the genotoxicity of the faecal water. PDX also affected bowel habits of the subjects, as less abdominal discomfort was recorded and there was a trend for less hard and more formed stools during PDX consumption. Furthermore, reduced snacking was observed upon PDX consumption. This study demonstrated the impact of PDX on the

Adjuvant-free immunization with hemagglutinin-Fc fusion proteins as an approach to influenza vaccines

The hemagglutinins (HAs) of human H1 and H3 influenza viruses and avian H5 influenza virus were produced as recombinant fusion proteins with the human immunoglobulin Fc domain. Recombinant HA-human immunoglobulin Fc domain (HA-HuFc) proteins were secreted from baculovirus-infected insect cells as glycosylated oligomer HAs of the anticipated molecular mass, agglutinated red blood cells, were purified on protein A, and were used to immunize mice in the absence of adjuvant. Immunogenicity was demonstrated for all subtypes, with the serum samples demonstrating subtype-specific hemagglutination inhibition, epitope specificity similar to that seen with virus infection, and neutralization. HuFc-tagged HAs are potential candidates for gene-to-vaccine approaches to influenza vaccination.

High-strength, healable, supramolecular polymer nanocomposites

A supramolecular polymer blend, formed via π-π interactions between a π-electron rich pyrenyl endcapped oligomer and a chain-folding oligomer containing pairs of π-electron poor naphthalene-diimide (NDI) units, has been reinforced with cellulose nanocrystals (CNCs) to afford a healable nanocomposite material. Nanocomposites with varying weight percentage of CNCs (from 1.25 to 20.0 wt.%) within the healable supramolecular polymeric matrix have been prepared via solvent casting followed by compression molding, and their mechanical properties and healing behavior have been evaluated. It is found that homogeneously dispersed films can be formed with CNCs at less than 10 wt.%. Above 10 wt.% CNC heterogeneous nanocomposites were obtained. All the nanocomposites formed could be re-healed upon exposure to elevated temperatures although, for the homogeneous films, it was found that the healing rate was reduced with increasing CNC content. The best combination of healing efficiency and mechanical properties was obtained with the 7.5 wt.% CNC nanocomposite which exhibited a tensile modulus enhanced by as much as a factor of 20 over the matrix material alone and could be fully re-healed at 85 °C within 30 minutes. Thus it is demonstrated that supramolecular nanocomposites can afford greatly enhanced mechanical properties relative to the unreinforced polymer, while still allowing efficient thermal healing.

Chronic systemic therapy with low-dose morpholino oligomers ameliorates the pathology and normalizes locomotor behavior in mdx Mice

The administration of antisense oligonucleotides (AOs) to skip one or more exons in mutated forms of the DMD gene and so restore the reading frame of the transcript is one of the most promising approaches to treat Duchenne muscular dystrophy (DMD). At present, preclinical studies demonstrating the efficacy and safety of long-term AO administration have not been conducted. Furthermore, it is essential to determine the minimal effective dose and frequency of administration. In this study, two different low doses (LDs) of phosphorodiamidate morpholino oligomer (PMO) designed to skip the mutated exon 23 in the mdx dystrophic mouse were administered for up to 12 months. Mice treated for 50 weeks showed a substantial dose-related amelioration of the pathology, particularly in the diaphragm. Moreover, the generalized physical activity was profoundly enhanced compared to untreated mdx mice showing that widespread, albeit partial, dystrophin expression restores the normal activity in mdx mice. Our results show for the first time that a chronic long-term administration of LDs of unmodified PMO, equivalent to doses in use in DMD boys, is safe, significantly ameliorates the muscular dystrophic phenotype and improves the activity of dystrophin-deficient mice, thus encouraging the further clinical translation of this approach in humans.

Assessing the quality of modelled 3D protein structures using the ModFOLD server

Model quality assessment programs (MQAPs) aim to assess the quality of modelled 3D protein structures. The provision of quality scores, describing both global and local (per-residue) accuracy are extremely important, as without quality scores we are unable to determine the usefulness of a 3D model for further computational and experimental wet lab studies.Here, we briefly discuss protein tertiary structure prediction, along with the biennial Critical Assessment of Techniques for Protein Structure Prediction (CASP) competition and their key role in driving the field of protein model quality assessment methods (MQAPs). We also briefly discuss the top MQAPs from the previous CASP competitions. Additionally, we describe our downloadable and webserver-based model quality assessment methods: ModFOLD3, ModFOLDclust, ModFOLDclustQ, ModFOLDclust2, and IntFOLD-QA. We provide a practical step-by-step guide on using our downloadable and webserver-based tools and include examples of their application for improving tertiary structure prediction, ligand binding site residue prediction, and oligomer predictions.