Méthodologie pour la synthèse combinatoire d’azapeptides: application à la synthèse d’analogues aza-GHRP-6 en tant que ligands du récepteur CD36

Les azapeptides sont des mimes peptidiques où le carbone alpha d’un ou de plusieurs acides aminés est remplacé par un atome d’azote. Cette modification tend à stabiliser une conformation en repliement beta en raison de la répulsion électronique entre les paires d’électrons libres des atomes d’azote adjacents et de la géométrie plane de l’urée. De plus, le résidu semicarbazide a une meilleure résistance face aux protéases en plus d’être chimiquement plus stable qu’une liaison amide. Bien que les propriétés des azapeptides en fassent des mimes peptidiques intéressants, leurs méthodes de synthèses font appel à la synthèse laborieuse d’hydrazines substituées en solution. Le peptide sécréteur d’hormone de croissance 6 (GHRP-6, His-D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH2) est un hexapeptide synthétique qui possède une affinité pour deux récepteurs distincts: les récepteurs GHS-R1a et CD36. Les travaux effectués au cours de mon doctorat qui seront détaillés dans cet ouvrage visent à atteindre deux objectifs: (1) le développement d’analogues du peptide GHRP-6 sélectif à un seul récepteur et (2) la mise au point d’une nouvelle méthodologie pour la synthèse combinatoire d’azapeptides. En réponse au premier objectif, la synthèse parallèle de 49 analogues aza-GHRP-6 a été effectuée et certains candidats sélectifs au récepteur CD36 ont été identifiés. L’étude de leurs propriétés anti-angiogéniques, effectuée par nos collaborateurs, a également permis d’identifier des candidats intéressants pour le traitement potentiel de la dégénérescence maculaire liée à l’âge. Une nouvelle approche pour la synthèse combinatoire d’azapeptides, faisant appel à l’alkylation et la déprotection chimiosélective d’une sous-unité semicarbazone ancrée sur support solide, a ensuite été développée. La portée de cette méthodologie a été augmentée par la découverte de conditions permettant l’arylation régiosélective de cette sous-unité semicarbazone, donnant accès à treize nouveaux dérivés aza-GHRP-6 possédant des résidus aza-arylglycines aux positions D-Trp2 et Trp4. L’élaboration de conditions propices à l’alkylation et la déprotection chimiosélective de la semicarbazone a donné accès à une variété de chaînes latérales sur l’acide aminé « aza » préalablement inaccessibles. Nous avons, entre autres, démontré qu’une chaîne latérale propargyl pouvait être incorporée sur l’acide aminé « aza ». Tenant compte de la réactivité des alcynes, nous avons ensuite élaboré des conditions réactionnelles permettant la formation in situ d’azotures aromatiques, suivie d’une réaction de cycloaddition 1,3-dipolaire sur support solide, dans le but d’obtenir des mimes de tryptophane. Sept analogues du GHRP-6 ont été synthétisés et testés pour affinité au récepteur CD36 par nos collaborateurs. De plus, nous avons effectué une réaction de couplage en solution entre un dipeptide possédant un résidu aza-propargylglycine, du paraformaldehyde et une variété d’amines secondaires (couplage A3) afin d’accéder à des mimes rigides d’aza-lysine. Ces sous-unités ont ensuite été incorporées sur support solide afin de générer sept nouveaux azapeptides avec des dérivés aza-lysine à la position Trp4 du GHRP-6. Enfin, une réaction de cyclisation 5-exo-dig a été développée pour la synthèse de N-amino imidazolin-2-ones en tant que nouveaux mimes peptidiques. Leur fonctionnalisation par une série de groupements benzyliques à la position 4 de l’hétérocycle a été rendue possible grâce à un couplage Sonogashira précédant la réaction de cyclisation. Les propriétés conformationnelles de cette nouvelle famille de composés ont été étudiées par cristallographie aux rayons X et spectroscopie RMN d’un tétrapeptide modèle. L’activité biologique de deux mimes peptidiques, possédant un résidu N-amino-4-méthyl- et 4-benzyl-imidazolin-2-one à la position Trp4 du GHRP-6, a aussi été examinée. L’ensemble de ces travaux devrait contribuer à l’avancement des connaissances au niveau des facteurs structurels et conformationnels requis pour le développement d’azapeptides en tant que ligands du récepteur CD36. De plus, les résultats obtenus devraient encourager davantage l’utilisation d’azapeptides comme peptidomimétiques grâce à leur nouvelle facilité de synthèse et la diversité grandissante au niveau de la chaîne latérale des acides aminés « aza ».

Conception, synthèse et diversification de l'azaGly-Pro : un mime de tour beta, outil d'étude structure-activité : application au développement d'un nouvel agent tocolytique

Les accouchements prématurés constituent un problème médical majeur en constante augmentation et ce, malgré tous les efforts mis en œuvre afin de contrer le déclenchement des contractions avant terme. Cette thèse relate du ''design'' rationnel d'un nouvel agent thérapeutique (i.e., tocolytique) qui serait capable de 1) arrêter les contractions, et 2) prolonger la gestation. Pour ce faire, une nouvelle cible, la prostaglandine F2α et son récepteur ont été sélectionnés et le peptidomimétisme a été choisi afin de résoudre cette problématique. L'introduction contient un historique rapide de la conception à la synthèse (''drug design'') du peptide parent, le PDC113, premier peptide a avoir démontré des aptitudes tocolytiques suffisantes pour faire du peptidomimétisme. La deuxième partie de l'introduction présente les concepts du peptidomimétisme appliqués au PDC113 qui ont permis d'accéder au PDC113.824, inhibiteur allostérique du récepteur de la prostaglandine F2α, et explique comment ce mime nous a permis d'élucider les mécanismes de signalisation intracellulaire impliqués dans la contraction musculaire lisse. Cette thèse présente la conception, la synthèse et l'étude structure-activité de mimes de repliement de tour β au sein du mime peptidique original (PDC113.824) dans lequel nous avons remplacé l'azabicycloalkane central (l'indolizidin-2-one) par une série d'autres azabicycloalcanes connus et des acides aza-aminés dont nous avons élaboré la synthèse. Dans un premier temps, une nouvelle stratégie de synthèse en solution de l'aza-glycyl-proline à partir de la diphényle hydrazone et du chloroformate de p-nitrophényle a été réalisée. Cette stratégie a permis d'éliminer les réactions secondaires de cyclisation intramoléculaires communément obtenues lors de l'introduction d'acides aza-aminés avec les protections traditionnelles de type carbamate en présence de phosgène, mais aussi de faciliter l'accès en une étape à des dérivés peptidiques du type aza-glycyle. L'élongation de l'aza-glycyl-proline en solution nous a permis d'accéder à un nouveau mime tetrapeptidique du Smac, un activateur potentiel de l'apoptose au sein de cellules cancéreuses. Par la suite, nous avons développé une stratégie de diversification sélective de l'azote α du résidu azaglycine en utilisant différents types d'halogénures d'alkyle en présence de tert-butoxyde de potassium. Afin de valider le protocole d'alkylation de l'aza-dipeptide, différents halogénures d'alkyle ont été testés. Nous avons également démontré l'utilité des aza-dipeptides résultants en tant que ''building block'' afin d'accéder à une variété d'azapeptides. En effet, l'aza-dipeptide a été déprotégée sélectivement soit en N-terminal soit en C-terminal, respectivement. D'autre part, la libération de l'amine de l'ester méthylique de l'aza-alkylglycyl-proline a conduit à une catégorie de composés à potentiel thérapeutique, les azadicétopipérazines (aza-DKP) par cyclisation intramoléculaire. Enfin, notre intérêt quant au développement d'un nouvel agent tocolytique nous a amené à développer une nouvelle voie de synthèse en solution du PDC113.824 permettant ainsi d'élucider les voies de signalisation intracellulaires du récepteur de la prostaglandine F2α. Afin de valider l'importance de la stéréochimie et d'étudier la relation structure/ activité du mime, nous avons remplacé l'indolizidin-2-one (I2aa) centrale du PDC113.824 par une série d'autres azabicycloalcanes et azadipeptides. Les azabicycloalcanes D-I2aa, quinolizidinone, et indolizidin-9-one ont été synthétisés et incorporés au sein du dit peptide ne donnant aucune activité ni in vitro ni ex vivo, validant ainsi l'importance du tour β de type II' pour le maintien de l'activité biologique du PDC113.824. Finalement, l'insertion d'une série de dérivés aza(alkyl)glycyl-prolyles a mené à de nouveaux inhibiteurs allostériques du récepteur de la PGF2α, l'un contenant l'azaglycine et l'autre, l'azaphénylalanine. Cette thèse a ainsi contribué, grâce à la conception et l'application de nouvelles méthodes de synthèse d'aza-peptides, au développement de nouveaux composés à potentiel thérapeutique afin d'inhiber le travail prématuré.

Étude de tour béta actif dans les modulateurs allostériques du récepteur de la prostaglandine F2alpha

La naissance avant terme constitue un important problème de santé périnatale partout dans le monde. Chaque année près de 15 millions de bébés naissent prématurément. Notre laboratoire s’intéresse depuis une décennie à la conception et le développement de nouvelles classes thérapeutiques (appelés agents tocolytiques) capables d’inhiber les contractions utérines et prolonger le temps de gestation. Due à son implication directe dans le déclanchement des contractions utérines, la prostaglandine F2α (FP) est devenue notre cible de choix. Le PDC 113.824 et aza-glycinyl-proline sont apparus comme des inhibiteurs allostériques puissants du récepteur de la prostaglandine F2α, capables de prolonger la durée de gestation chez les souris. Le travail réalisé au cours de ce mémoire a pour objectif d’étudier le tour β nécessaire pour la reconnaissance sur le récepteur de la prostaglandine F2α. Dans la conception de mime peptidique sélectif efficace et puissant, le repliement β est un élément structural essentiel pour le maintien ou l’amélioration de l’activité du mime peptidique. Les études conformationelles du PDC113.824 et l’aza-glycinyl-proline montrent que les squelettes centraux de ces mimes peptidiques pourraient adopter essentiellement un tour β de type I ou II`, ce qui suggère l’implication des deux types de tours dans l’activité biologique. La synthèse de mimes peptidiques adoptant le tour β de type I et II` est devenue une stratégie logique dans la recherche de nouveaux agents tocolytiques. Au cours de ces études quatre analogues du PDC113.824 ont été synthétisés, un azabicyclo[5.3.0]alkanone et un dipeptide macrocyclique (mimes du tours β de type I) pour étudier l’implication du tour β type I. Par la suite la synthèse de glycinyl-proline et le D-alaninyl-proline (des mimes du tour β du type II`) a été réalisée afin de valider l’implication du tour β type II` dans la reconnaissance sur le récepteur. Nous avons utilisé une stratégie de synthèse efficace pour obtenir les deux analogues (azabicyclo [5.3.0]alkanone et dipeptides macrocycles) à partir d’un intermédiaire commun, en procédant par une cyclisation transannulaire diastéréosélective du tétra-peptide.

Supramolecular peptide helix from a novel double turn forming peptide containing a beta-amino acid

A single-crystal X-ray diffraction study of the terminally protected tetrapeptide Boc-beta-Ala-Aib-Leu-Aib-OMe 1 (Aib: alpha-aminoisobutyric acid; beta-Ala: beta-Alanine) reveals that it adopts a new type of double turn structure which self-associates to form a unique supramolecular helix through intermolecular hydrogen bonds. Scanning electron microscopic studies show that peptide 1 exhibits amyloid-like fibrillar morphology in the solid state. (C) 2003 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Supramolecular helix and beta-sheet through self-assembly of two isomeric tetrapeptides in crystals and formation of filaments and ribbons in the solid state

Single crystal X-ray diffraction studies show that the beta-turn structure of tetrapeptide I, Boc-Gly-Phe-Aib-Leu-OMe (Aib: alpha-amino isobutyric acid) self-assembles to a supramolecular helix through intermolecular hydrogen bonding along the crystallographic a axis. By contrast the beta-turn structure of an isomeric tetrapeptide II, Boc-Gly-Leu-Aib-Phe-OMe self-assembles to a supramolecular beta-sheet-like structure via a two-dimensional (a, b axis) intermolecular hydrogen bonding network and pi-pi interactions. FT-IR studies of the peptides revealed that both of them form intermolecularly hydrogen bonded supramolecular structures in the solid state. Field emission scanning electron micrographs (FE-SEM) of the dried fibrous materials of the peptides show different morphologies, non-twisted filaments in case of peptide I and non-twisted filaments and ribbon-like structures in case of peptide II.

Molecular insights into aggregates made of amphiphilic Fmoc-tetrapeptides

Pre-assembled aggregates made of Fmoc-conjugated RGDS and GRDS peptides, where Fmoc refers to fluorenylmethoxycarbonyl, have been investigated using atomistic molecular dynamics simulations. The structural characteristics of twelve different models involving two sheets packed with the Fmoc-aligned or with the charged side groups oriented face-to-face, each one containing seven explicit peptide molecules arranged in parallel or antiparallel, have been evaluated for each Fmoc-tetrapeptide. Structural criteria have been used to select the preferred assembly for each Fmoc-tetrapeptide. The two peptides have been found to prefer b-sheet assemblies with a parallel configuration under simulated low concentration conditions. Furthermore, the assembly is dominated by the interactions among Fmoc units. The overall results provide a complete atomistic view of the interactions between Fmoc-peptide molecules comprised within the same sheet or in different sheets that was not achieved experimentally.

Limited global diversity of the Plasmodium vivax merozoite surface protein 4 gene

Merozoite surface proteins (MSPs) of the malaria parasites are major candidates for vaccine development targeting asexual blood stages. However, the diverse antigenic repertoire of these antigens that induce strain-specific protective immunity in human is a major challenge for vaccine design and often determines the efficacy of a vaccine. Here we further assessed the genetic diversity of Plasmodium vivax MSP4 (PvMSP4) protein using 195 parasite samples collected mostly from Thailand, Indonesia and Brazil. Overall, PvMSP4 is highly conserved with only eight amino acid substitutions. The majority of the haplotype diversity was restricted to the two short tetrapeptide repeat arrays in exon 1 and 2, respectively. Selection and neutrality tests indicated that exon 1 and the entire coding region of PvMSP4 were under purifying selection. Despite the limited nucleotide polymorphism of PvMSP4, significant genetic differentiation among the three major parasite populations was detected. Moreover, microgeographical heterogeneity was also evident in the parasite populations from different endemic areas of Thailand. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Structure of tick anticoagulant peptide at 1.6 Å resolution complexed with bovine pancreatic trypsin inhibitor

The structure of tick anticoagulant peptide (TAP) has been determined by X-ray crystallography at t.6 Å resolution complexed with bovine pancreatic trypsin inhibitor (BPTI). The TAP-BPTI crystals are tetragonal, a = b = 46.87, c = 50.35 Å, space group P41, four complexes per unit cell. The TAP molecules are highly dipolar and form an intermolecular helical array along the c-axis with a diameter of about 45 Å. Individual TAP units interact in a head-to-tail fashion, the positive end of one molecule associating with the distal negative end of another, and vice versa. The BPTI molecules have a uniformly distributed positively charged surface that interacts extensively through 14 hydrogen bonds and two hydrogen bonded salt bridges with the helical groove around the helical TAP chains. Comparing the structure of TAP in TAP-BPTI with TAP bound to factor Xa(Xa) suggests a massive reorganization in the N-terminal tetrapeptide and the first disulfide loop of TAP (CyS5(T)- Cys 15(T)) upon binding to Xa. The Tyr1(T)OH atom of TAP moves 14.2 Å to interact with Asp189 of the S1 specificity site, Arg3(T)CZ moves 5.0 Å with the guanidinium group forming a cation-π-electron complex in the S4 subsite of Xa, while Lys7(T)NZ differs in position by 10.6 Å in TAP-BPTI and TAP-Xa, all of which indicates a different pre-Xa-bound conformation for the N- terminal of TAP in its native state. In contrast to TAP, the BPTI structure of TAP-BPTI is practically the same as all those of previously determined structures of BPTI, only arginine and lysine side-chain conformations showing significant differences.

Pressure Dependence of N-15 Chemical Shifts in Model Peptides Ac-Gly-Gly-X-Ala-NH2

High pressure NMR spectroscopy has developed into an important tool for studying conformational equilibria of proteins in solution. We have studied the amide proton and nitrogen chemical shifts of the 20 canonical amino acids X in the random-coil model peptide Ac-Gly-Gly-X-Ala-NH2, in a pressure range from 0.1 to 200 MPa, at a proton resonance frequency of 800 MHz. The obtained data allowed the determination of first and second order pressure coefficients with high accuracy at 283 K and pH 6.7. The mean first and second order pressure coefficients <B-1(15N)> and <B-2(15N)> for nitrogen are 2.91 ppm/GPa and -2.32 ppm/GPa(2), respectively. The corresponding values <B-1(1H)> and <B-2(1H)> for the amide protons are 0.52 ppm/GPa and -0.41 ppm/GPa(2). Residual dependent (1)J(1H15N)-coupling constants are shown.

Mutation of the ER retention receptor KDELR1 leads to cell-intrinsic lymphopenia and a failure to control chronic viral infection

Endoplasmic reticulum (ER)-resident proteins are continually retrieved from the Golgi and returned to the ER by Lys-Asp-Glu-Leu (KDEL) receptors, which bind to an eponymous tetrapeptide motif at their substrate's C terminus. Mice and humans possess three paralogous KDEL receptors, but little is known about their functional redundancy, or if their mutation can be physiologically tolerated. Here, we present a recessive mouse missense allele of the prototypical mammalian KDEL receptor, KDEL ER protein retention receptor 1 (KDELR1). Kdelr1 homozygous mutants were mildly lymphopenic, as were mice with a CRISPR/Cas9-engineered frameshift allele. Lymphopenia was cell intrinsic and, in the case of T cells, was associated with reduced expression of the T-cell receptor (TCR) and increased expression of CD44, and could be partially corrected by an MHC class I-restricted TCR transgene. Antiviral immunity was also compromised, with Kdelr1 mutant mice unable to clear an otherwise self-limiting viral infection. These data reveal a nonredundant cellular function for KDELR1, upon which lymphocytes distinctly depend.

Identification of two Th1 cell epitopes on the Babesia bovis-encoded 77-kilodalton merozoite protein (Bb-1) by use of truncated recombinant fusion proteins

Previous studies have demonstrated the serologic and T-cell immunogenicity for cattle of a recombinant form of the apical complex-associated 77-kDa merozite protein of Babesia bovis, designated Bb-1. The present study characterizes the immunogenic epitopes of the Bb-1 protein. A series of recombinant truncated fusion proteins spanning the majority of the Bb-1 protein were expressed in Escherichia coli, and their reactivities with bovine peripheral blood mononuclear cells and T-cell clones derived from B. bovis-immune cattle and with rabbit antibodies were determined. Lymphocytes from two immune cattle were preferentially stimulated by the N-terminal half of the Bb-1 protein (amino acids 23 to 266, termed Bb-1A), localizing the T-cell epitopes to the Bb-1A portion of the molecule. CD4+ T-cell clones derived by stimulation with the intact Bb-1 fusion protein were used to identify two T-cell epitopes in the Bb-1A protein, consisting of amino acids SVVLLSAFSGN VWANEAEVSQVVK and FSDVDKTKSTEKT (residues 23 to 46 and 82 to 94). In contrast, rabbit antiserum raised against the intact fusion protein reacted only with the C-terminal half of the protein (amino acids 267 to 499, termed Bb-1B), which contained 28 tandem repeats of the tetrapeptide PAEK or PAET. Biological assays and Northern (RNA) blot analyses for cytokines revealed that following activation with concanavalin A, T-cell clones reactive against the two Bb-1A epitopes produced interleukin-2, gamma interferon, and tumor necrosis factors beta and alpha, but not interleukin-4, suggesting that the Bb-1 antigen preferentially stimulates the Th1 subset of CD4+ T cells in cattle. The studies described here report for the first time the characterization, by cytokine production, of the Th1 subset of bovine T cells and show that, as in mice, protozoal antigens can induce Th1 cells in ruminants. This first demonstration of B. bovis-encoded Th1 cell epitopes provides a rationale for incorporation of all or part of the Bb-1 protein into a recombinant vaccine.

SYNTHETIC PROBES FOR STUDYING TUFTSIN-RECEPTOR INTERACTIONS ON HUMAN POLYMORPHONUCLEAR LEUKOCYTES

Tuftsin is an immunopotentiating tetrapeptide of the sequence L-Thr-L-Lys-L-Pro-L-Arg with anti-microbial and anti-tumor enhancing capabilities. These enhancing functions are manifested through the host's granulocytes and monocytes. In delineating tuftsin's mechanism of action, both radiolabeled and fluorescent probes were synthesized. The radiolabeled probe of tuftsin, L-proly-3,4-('3)H(N) -tuftsin, was obtained through the synthesis and subsequent catalytic hydrogenation of L-3,4-dehydroprolyl ('3)-tuftsin using tritium gas. This procedure yielded a probe with a specific activity of 44.9 Ci/mmole. This radiolabeled probe of tuftsin was used in competitive inhibition studies with tuftsin, the tuftsin analogues Lys-Pro-Arg, Thr-Lys-Pro-Arg(NO(,2)) and (DELTA)('3)-pro('3) -tuftsin as well as with the chemotactic peptide f-Met-Leu-Phe. From the competitive binding curves, the K(,D) for tuftsin was estimated to be 80 nM, a value that approaches the concentration of tuftsin that evokes a half maximal biological response. The approximate Ki's for the tuftsin analogues (33 nM) approached that of tuftsin itself (40 nM). On the other hand, approximately a two log difference in the Ki was seen with the chemotactic tripeptide, indicating that tuftsin may indeed be acting through the chemotactic peptide receptor. This conclusion is further strengthened by studies using an N-terminal derivitized mono-fluoresceinated tuftsin probe and image intensification microscopy. These studies showed that like the chemotactic peptide, tuftsin initially binds to diffusely distributed receptors on the surface of human granulocytes. The tuftsin-receptor complexes then rapidly redistribute to form patches (5 min @ 37(DEGREES)C) which are then internalized. Whether redistribution and internalization of tuftsin-receptor complexes is crucial in effecting a biological response, or simply an intermediary point leading ultimately to degradation, is still not clear. This process, however, may provide the target cell with an early time point in modulating the biological effects of tuftsin through down-regulation of cell surface receptor sites. ^

Autoradiographic characterization of [3H]-5-HT-moduline binding sites in rodent brain and their relationship to 5-HT1B receptors

5-HT-moduline is an endogenous tetrapeptide [Leu-Ser-Ala-Leu (LSAL)] that was first isolated from bovine brain tissue. To understand the physiological role of this tetrapeptide, we studied the localization of 5-HT-moduline binding sites in rat and mouse brains. Quantitative data obtained with a gaseous detector of β-particles (β-imager) indicated that [3H]-5-HT-moduline bound specifically to rat brain sections with high affinity (Kd = 0.77 nM and Bmax = 0.26 dpm/mm2). Using film autoradiography in parallel, we found that 5-HT-moduline binding sites were expressed in a variety of rat and mouse brain structures. In 5-HT1B receptor knock-out mice, the specific binding of [3H]-5-HT-moduline was not different from background labeling, indicating that 5-HT-moduline targets are exclusively located on the 5-HT1B receptors. Although the distribution of 5-HT-moduline binding sites was similar to that of 5-HT1B receptors, they did not overlap totally. Differences in distribution patterns were found in regions containing either high levels of 5-HT1B receptors such as globus pallidus and subiculum that were poorly labeled or in other regions such as dentate gyrus of hippocampus and cortex where the relative density of 5-HT-moduline binding sites was higher than that of 5-HT1B receptors. In conclusion, our data, based on autoradiographic localization, indicate that 5-HT-moduline targets are located on 5-HT1B receptors present both on 5-HT afferents and postsynaptic neurons. By interacting specifically with 5-HT1B receptors, this tetrapeptide may play a pivotal role in pathological states such as stress that involves the dysfunction of 5-HT neurotransmission.

Activation of a caspase 3-related cysteine protease is required for glutamate-mediated apoptosis of cultured cerebellar granule neurons

Neurotoxicity induced by overstimulation of N-methyl-d-aspartate (NMDA) receptors is due, in part, to a sustained rise in intracellular Ca2+; however, little is known about the ensuing intracellular events that ultimately result in cell death. Here we show that overstimulation of NMDA receptors by relatively low concentrations of glutamate induces apoptosis of cultured cerebellar granule neurons (CGNs) and that CGNs do not require new RNA or protein synthesis. Glutamate-induced apoptosis of CGNs is, however, associated with a concentration- and time-dependent activation of the interleukin 1β-converting enzyme (ICE)/CED-3-related protease, CPP32/Yama/apopain (now designated caspase 3). Further, the time course of caspase 3 activation after glutamate exposure of CGNs parallels the development of apoptosis. Moreover, glutamate-induced apoptosis of CGNs is almost completely blocked by the selective cell permeable tetrapeptide inhibitor of caspase 3, Ac-DEVD-CHO but not by the ICE (caspase 1) inhibitor, Ac-YVAD-CHO. Western blots of cytosolic extracts from glutamate-exposed CGNs reveal both cleavage of the caspase 3 substrate, poly(ADP-ribose) polymerase, as well as proteolytic processing of pro-caspase 3 to active subunits. Our data demonstrate that glutamate-induced apoptosis of CGNs is mediated by a posttranslational activation of the ICE/CED-3-related cysteine protease caspase 3.

Phytosulfokine-α, a sulfated pentapeptide, stimulates the proliferation of rice cells by means of specific high- and low-affinity binding sites

Peptide growth factors were isolated from conditioned medium derived from rice (Oryza sativa L.) suspension cultures and identified to be a sulfated pentapeptide [H-Tyr(SO3H)-Ile-Tyr(SO3H)-Thr-Gln-OH] and its C-terminal-truncated tetrapeptide [H-Tyr(SO3H)-Ile-Tyr(SO3H)-Thr-OH]. These structures were identical to the phytosulfokines originally found in asparagus (Asparagus officinalis L.) mesophyll cultures. The pentapeptide [phytosulfokine-α (PSK-α)] very strongly stimulated colony formation of rice protoplasts at concentrations above 10−8 M, indicating a similar mode of action in rice of phytosulfokines. Binding assays using 35S-labeled PSK-α demonstrated the existence of both high- and low-affinity specific saturable binding sites on the surface of rice cells in suspension. Analysis of [35S]PSK-α binding in differential centrifugation fractions suggested association of the binding with a plasma membrane-enriched fraction. The apparent Kd values for [35S]PSK-α binding were found to be 1 × 10−9 M for the high-affinity type and 1 × 10−7 M for the low-affinity type, with maximal numbers of binding sites of 1 × 104 sites per cell and 1 × 105 sites per cell, respectively. Competition studies with [35S]PSK-α and several synthetic PSK-α analogs demonstrated that only peptides that possesses mitogenic activity can effectively displace the radioligand. These results suggest that a signal transduction pathway mediated by peptide factors is involved in plant cell proliferation.