Structural variations and formation constants of first-row transition metal complexes of biologically active aroylhydrazones

Iron chelators of the 2-pyridinecarbaldehyde isonicotinoylhydrazone (HPCIH) class show high potential for the treatment of iron overload diseases. In the present study, selected first-row transition metal (from Mn to Zn) complexes with HPCIH and 2-pyridinecarbaldehyde (4'-aminobenzoyl)hydrazone (HPCAH) were synthesised and characterised. Crystallography reveals that HPCAH exclusively forms bis complexes with divalent transition metals, with each ligand coordinating meridionally through its pyridine-N, imine-N and carbonyl-O atoms, forming distorted octahedral cis-MN4O2 complexes. Complexes of HPCIH were more varied and unpredictable, with metal/ligand ratios of 1:1, 1:2, 2:2 and 3:2 obtained with different metal ions. The isonicotinoyl ring N-atom in HPCIH was found to be an effective ligand, and this resulted in the varied metal/ligand ratios observed. The formation constants of divalent metal complexes with HPCIH were determined by potentiometric titrations and the values obtained were consistent with similar tridentate ligands and with the Irving-Williams order. ((C) Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 69451 Weinheim, Germany, 2003).

Structural definition of the low-temperature phase transition of tris(ethane-1,2-diamine)zinc(II) dinitrate

The 93 K X-ray crystal structure of tris(ethane-1,2-diamine)zinc(II) dinitrate is reported. As predicted by the spectroscopic studies of other workers, there is a reversible phase transition of the structure at low temperature. We have determined this temperature to be 143 K. The structure at this temperature and below resembles that of the room temperature structure, except the crystallographic D-3 symmetry of the complex cation (296 K) is lowered to C-2 ( below 144 K) by subtle changes in cation-anion hydrogen bonding. No change in the conformation of the cation or its bond lengths and angles was found.

Cobalt and Zinc Compounds Bearing 1,10-Phenanthroline-5,6-dione or 1,3,5-Triaza-7-phosphaadamantane Derivatives - Synthesis, Characterization, Cytotoxicity, and Cell Selectivity Studies

The compounds [mPTA][CoCl4] (1, mPTA = N-methyl-1,3,5-triaza-7-phosphaadamantane cation), [CoCl(H2O)(DION)(2)][BF4] (2, DION = 1,10-phenanthroline-5,6-dione), [Zn(DION)(2)]Cl-2 (3) and [ZnCl(O-PTA=O)(DION)][BF4] (4) were synthesized by reaction of CoCl2 with [mPTA]I or DION and ZnCl2 with DION or 1,3,5-triaza-7-phosphaadamantane-7-oxide (PTA=O) and DION, respectively. All complexes are water soluble and have been characterized by IR, far-IR, H-1, C-13 and P-31{H-1} NMR spectroscopy, ESI-MS, elemental analyses and single-crystal X-ray diffraction structural analysis (for 1). They were screened against the human tumour cell lines HCT116, HepG2 and MCF7. Complexes 2 and 3 exhibit the highest in vitro cytotoxicity and show lower cytotoxic activities in normal human fibroblast cell line than in HCT116 tumour cell line, which demonstrates their slight specificity for this type of tumour cell.

Synthesis of new Fe(II) and Ru(II) eta(5)-monocyclopentadienyl compounds showing significant second order NLO properties

A series of new ruthenium(II) complexes of the general formula [Ru(eta(5)-C5H5)(PP)(L)][PF6] (PP = DPPE or 2PPh(3), L = 4-butoxybenzonitrile or N-(3-cyanophenyl)formamide) and the binuclear iron(II) complex [Fe(eta(5)-C5H5)(PP)(mu-L)(PP)(eta(5)-C5H5)Fe][PF6](2) (L = (E)-2-(3-(4-nitrophenyl)allylidene)malononitrile, that has been also newly synthesized) have been prepared and studied to evaluate their potential in the second harmonic generation property. All the new compounds were fully characterized by NMR, IR and UV-Vis spectroscopies and their electrochemistry behaviour was studied by cyclic voltammetry. Quadratic hyperpolarizabilities (beta) of three of the complexes have been determined by hyper-Rayleigh scattering (HRS) measurements at fundamental wavelength of 1500 nm and the calculated static beta(0) values are found to fall in the range 65-212 x 10(-30) esu. Compound presenting beta(0) = 212 x 10(-30) esu has revealed to be 1.2 times more efficient than urea standard in the second harmonic generation (SHG) property, measured in the solid state by Kurtz powder technique, using a Nd:YAG laser (1064 nm). (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

A fluorescente bicyclic Calix[4] Arene-Oxacyclophane with planar chirality: Resolution, chiroptical, properties, and absolute configuration.

A new inherently chiral calix[4]arene ICC 1 has been disclosed. The dissymmetry of 1 is generated from a chirality plane in the quinol moiety of a 1,3-bridged bicyclic calix[4]arene. ICC 1 has been resolved by enantioselective HPLC, and the chiroptical properties of both isolated antipodes (pS)-1 and (pR)-1 confirm their enantiomeric nature. The absolute configuration of the (pS)-1/(pR)-1 enantiomeric pair was established through time-dependent density functional theory (TDDFT) calculations of electronic circular dichroism (CD) spectra. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Microwave-assisted and solvent-free peroxidative oxidation of 1-phenylethanol to acetophenone with a CuII-TEMPO catalytic system

The water-soluble copper(II) complex [Cu(H2R)(HL)]center dot H2O (1) was prepared by reaction of copper(II) nitrate hydrate with (E)-2-(((1-hydroxynaphthalen-2-yl)methylene)amino) benzenesulfonic acid (H2L) and diethanolamine (H3R). It was characterized by IR and ESI-MS spectroscopies, elemental and X-ray crystal structural analyses. 1 shows a high catalytic activity for the solvent-free microwave (MW) assisted oxidation of 1-phenylethanol with tert-butylhydroperoxide, leading, in the presence of TEMPO, to yields up to 85% (TON = 850) in a remarkably short reaction time (15 min, with the corresponding TOE value of 3.40 x 10(3) h(-1)) under low power (25W) MW irradiation. Crown Copyright (C) 2014 Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Reactivity of bulky tris(Phenylpyrazolyl) methanesulfonate copper(I) complexes towards small unsaturated molecules

Reaction of the tris(3-phenylpyrazolyl)methane sulfonate species (Tpms(Ph))Li with the copper(I) complex [Cu(MeCN)(4)][PF6] affords [Cu(Tpms(Ph))(MeCN)] 1. The latter, upon reaction with equimolar amounts of cyclohexyl-(CyNC) or 2,6-dimethylphenyl (XylNC) isocyanides, or excess CO, furnishes the corresponding Cu(I)complexes [Cu(Tpms(Ph))(CNR)] (R = Cy 2, Xyl 3) or [Cu(Tpms(Ph))(CO)] 4. The ligated isocyanide in 2 or 3 (or the acetonitrile ligand in 1)is displaced by 3-iminoisoindolin-1-one to afford 5, the first copper(I) complex containing an 3-iminoisoindolin-1-one ligand. The ligated acetonitrile in 1 undergoes nucleophilic attack by methylamine to give the amidine complex [Cu(Tpms(Ph)){MeC(NH)NHMe}] 6, whereas only the starting materials were recovered from the attempted corresponding reactions of 2 and 3 with methylamine. Complexes 1 or 6 form the trinuclear hydroxo-copper(II)species [(mu-Cu){Cu(mu-OH) (2)(Tpms(Ph))}(2)] 7 upon air oxidation in moist methanol. In all the complexes the scorpionate ligand facially caps the metal in the N,N,O-coordination mode.

Functional domains of Bacillus subtilis transcription factor AraR and identification of aminoacids important for nucleoprotein complex assembly and effector-binding.

Journal of Bacteriology (Apr 2006) 3024-3036

Arylhydrazones of barbituric acid: synthesis, coordination ability and catalytic activity of their CoII, CoII/IIIand CuIIcomplexes toward peroxidative oxidation of alkanes

New ortho-substituted arylhydrazones of barbituric acid, 5-(2-(2-hydroxyphenyl)hydrazono) pyrimidine-2,4,6(1H,3H,5H)-trione (H4L1) and the sodium salt of 2-(2-(2,4,6-trioxotetra-hydropyrimidin-5(2H)-ylidene)hydrazinyl) benzenesulfonic acid (H4L2), [Na(H3L2)(mu-H2O)(H2O)(2)](2) (1), were used in the synthesis of Cu-II, Co-II and Co-II/III complexes, [Cu(H2L1)(H2O)(im)]center dot 3H(2)O (im = imidazole) (2), [Co(H2O)(6)] [Co(H2L1)(2)](2)center dot 8H(2)O (3), [Co(H2L2)(im)(3)] (4), [Cu(H2L2)(im)(2)]center dot H2O (5) and [Co(H2O)(6)][H3L2](2)center dot 8H(2)O (6). The complexes are water soluble and the mono-or di-deprotonated ligands display different coordination modes, depending on the synthetic conditions. The electrochemical behaviour of all the compounds was investigated by cyclic voltammetry and controlled potential electrolysis, revealing that the ligands are also redox active. All the compounds were evaluated as catalysts for the peroxidative (with H2O2) oxidation of cyclohexane at room temperature. The compounds 2 and 3 are the most active ones (yields up to 21% and TON up to 213 are achieved, in the presence of 3).

Follow the red road of triheme cytochromes in Geobacter sulfurreducens

The bacterium Geobacter sulfurreducens (Gs) is capable of oxidizing a large variety of compounds relaying electrons out of the cytoplasm and across the membrane in a process designated as extracellular electron transfer. The Gs genome was fully sequenced and a family composed by five periplasmic triheme cytochromes c7 (designated PpcA-E) was identified. These cytochromes play an important role in the reduction of extracellular acceptors. They contain approximately 70 amino acids, three heme groups with bis-histidinyl axial coordination, and share between 57 and 77% sequence identity. The triheme cytochrome PpcA is highly abundant in Gs and is most likely the reservoir of electrons destined for outer surface. In addition to its role in electron transfer pathways this protein can perform e-/H+ energy transduction, a process that is disrupted when the strictly conserved aromatic residue phenylalanine 15 is replaced by a leucine (PpcAF15L). This Thesis focuses on the expression, purification and characterization of these proteins using Nuclear Magnetic Resonance and ultraviolet-visible spectroscopy. The orientations of the heme axial histidine ring planes and the orientation of the heme magnetic axis were determined for each Gs triheme cytochrome. The comparison of the orientations obtained in solution with the crystal structures available showed significant differences. The results obtained provide the paramagnetic constraints to include in the future refinement of the solution structure in the oxidized state. In this work was also determined the solution structure and the pH-dependent conformational changes of the PpcAF15L allowing infer the structural origin for e-/H+ energy transduction mechanism as shown by PpcA. Finally, the backbone and side chain NH signals of PpcA were used to map interactions between this protein and the putative redox partner 9,10-anthraquinone-2,6-disulfonate (AQDS). In this work a molecular interaction was identified for the first time between PpcA and AQDS, constituting the first step toward the rationalization of the Gs respiratory chain.

ASIC1a oligomerization structure-function of its extracellular vestibule and functional characterization of αS243Pβɣ ENaC

Quatre cristaux du canal ASIC1a ont été publiés et soutiennent une stoechiométrie trimérique. Cependant, ces données contredisant de précédentes analyses fonctionnelles effectuées sur des canaux de la même famille, notre intérêt fut porté sur l'oligomérisation d'ASIC1a. Dans ce sens, un nouvel essai couplant la méthode d'analyse par substitution de cystéines (SCAM) avec l'utilisation de réactifs sulfhydryls bifonctionnels (crosslinkers) a été mis en place. Le but étant de stabiliser, puis sélectionner les canaux fonctionnels, pour ensuite les séparer selon leur taille par SDS-PAGE. Grâce à cette technique, nous avons démontré que le complexe stabilisé a une taille coïncidant avec une organisation tétramérique. En plus de son oligomérisation, le chemin emprunté par les ions pour traverser le canal n'est pas clairement défini dans ces structures. De ce fait, utilisant une approche électrophysiologique, nous avons étudié le lien entre la structure et la fonction du vestibule extracellulaire d'ASIC1a. Dans ce but, nous nous sommes intéressés l'accessibilité de cystéines spécifiques localisées dans ce vestibule pour des réactifs méthanethiosulfonates (MTS). Ainsi, nous avons pu corréler les cinétiques de modification de ces cystéines par les MTS avec les effets sur le courant sodique, et donc avoir des informations supplémentaires sur la voie empruntée par les ions. De plus, la simulation informatique de liaison de ces réactifs illustre le remplissage total de ce vestibule. Fonctionnellement, cette interaction ne perturbe pas le passage de ions, c'est pourquoi il nous apparaît probable que le vestibule présente une taille plus large que celle illustrée par les cristaux. Dans un deuxième temps, notre intérêt fut porté sur ENaC. Ce canal est composé des trois sous-unités (a, ß et y) et est exprimé dans divers épithéliums, dont les tubules des reins. Il participe à l'homéostasie sodique et est essentiellement régulé par voie hormonale via l'aldostérone et la Vasopressine, mais également par des sérines protéases ou le Na+. Nous avons étudié la répercussion fonctionnelle de la mutation aS243P, découverte chez un nouveau-né prématuré atteint de pseudohypoaldostéronisme de type 1. Cette maladie autosomale récessive se caractérise, généralement, par une hyponatrémie liée à d'importantes pertes de sel dans les urines, une hyperkaliémie, ainsi qu'un niveau élevé d'aldostérone. Tout d'abord aucune des expériences biochimiques et électrophysiologiques n'a pu démontrer un défaut d'expression ou une forte diminution de l'activité soutenant les données cliniques. Cependant, en challengeant aS243PßyENaC avec une forte concentration de Na+ externe, une hypersensibilité de canal fut observée. En effet, ni les phénomènes régulateurs de « feedback inhibition » ou de « Na+ self-inhibition » n'étaient semblables au canal sauvage. De ce fait, ils apparaissaient exacerbés en présence de la mutation, amenant ainsi à une diminution de la réabsorption de Na+. Ceci corrobore entièrement l'hyponatrémie diagnostiquée. Le rein d'un prématuré étant immature, la quantité de Na+ atteignant la partie distale du néphron est plus élevée, du fait que les autres mécanismes de réabsorption en amont ne sont probablement pas encore en place. Cette hypothèse est renforcée par l'existence d'un frère présentant la même mutation, mais qui, né à terme, ne présentait aucun signe d'hyponatrémie. - The main topic of my thesis is the structure-function relationship of the ENaC/Deg family of ion channels, namely the Acid-Sensing Ion Channel ASIC1a and the Epithelial Na Channel ENaC. The primary part of this research is dedicated to the structure of ASIC1a. Four channel crystals have been published, which support a trimeric stoichiometry, although these data contradict previous functional experiments on other ENaC/Deg members. We are therefore interested in ASIC1a oligomerization and have set up a new assay combining the Substituted- Cysteine Accessibility Method (SCAM) with Afunctional sulfhydryl reagents (crosslinkers) allowing its study. The aim was to first stabilize the channels, then select those that are functional and then resolve them according to their size on SDS-PAGE. We demonstrated that the stabilized complex has a molecular weight corresponding to a tetrameric stoichiometry. In addition to our interest in the oligomerization of the ENaC/Deg family of ion channels, we also wanted to investigate the thus far undefined way of permeation for these channels. Therefore, taking the advantage of a more electrophysiological approach, we studied the accessibility of specific cysteines for methanethiosulfonate reagents (MTS) and were able to correlate the MTS association kinetics on cysteine residues with Na+ currents. These results have given us an insight into ion permeation and our functional evidence indicates that the extracellular is larger than that depicted by the crystal structures. As a side project, we focused on ENaC, which is made up of three subunits (a, ß and y) and is expressed in various epithelia, especially in the distal nephron of the kidneys. It plays a role in Na+ homeostasis and is essentially regulated by hormones via aldosterone and vasopressin, but also by serine proteases or Na+. We have studied the functional impact of the aS243P mutation, discovered in a premature baby suffering from pseudohypoaldosteronism of type 1. This autosomal recessive disease is characterized by hyponatremia, hyperkalemia and high aldosterone levels. Firstly, neither biochemical nor electrophysiological experiments indicated an expression defect or a strong decrease in activity. However, challenging aS243PßyENaC with increased external Na+ concentration showed channel hypersensitivity. Indeed, both the "feedback inhibition" and the "Na+ self-inhibition" regulatory mechanisms are impaired, leading to a decrease in Na+ reabsorption, entirely supports the diagnosis. The kidneys in preterm infants are immature and Na+ levels reaching the distal nephron are higher than normally observed. We hypothesize that the upstream reabsorption machinery is unlikely to be sufficiently matured and this assumption is supported by an asymptomatic sibling carrying the same mutation, but born at term. - La cellule, unité fonctionnelle du corps humain, est délimitée par une membrane plasmique servant de barrière biologique entre les milieux intra et extracellulaires. Une communication entre cellules est indispensable pour un fonctionnement adéquat. Sa survie dépend, entre autres, du maintien de la teneur en ions dans chacun des milieux qui doivent pouvoir être réabsorbés, ou sécrétés, selon les besoins. Les protéines insérées dans la membrane forment un canal et sont un moyen de communication permettant spécifiquement à des ions tel que le sodium (Na+) de traverser. Le Na+ se trouve dans la plupart des aliments et le sel, et est spécifiquement réabsorbé au niveau des reins grâce au canal sodique épithélial ENaC. Cette réabsorption se fait de l'urine primaire vers l'intérieur de la cellule, puis est transporté vers le sang. Pour maintenir un équilibre, une régulation de ce canal est nécessaire. En effet, des dysfonctionnements impliquant la régulation ou l'activité d'ENaC lui-même sont à l'origine de maladies telles que la mucoviscidose, l'hypertension ou encore, le pseudohypoaldostéronisme (PHA). Cette maladie est caractérisée, notamment, par d'importantes pertes de sel dans les urines. Des pédiatres ont diagnostiqué un PHA chez un nouveau-né, ce dernier présentant une modification du canal ENaC, nous avons recréé cette protéine afin d'étudier l'impact de ce changement sur son activité. Nous avons démontré que la régulation d'ENaC était effectivement perturbée, conduisant ainsi à une forte réduction de la réabsorption sodique. Afin de développer des molécules capables de moduler l'activité de protéines. Il est nécessaire d'en connaître la structure. Celle du canal sodique sensible à l'acidification ASIC1, un canal cousin d'ENaC, est connue. Ces données structurales contredisant cependant les analyses fonctionnelles, nous nous sommes penchés une nouvelle fois sur ASIC1. Une protéine est une macromolécule biologique composée d'une chaîne d'acides aminés (aa). De l'enchaînement d'aa à la protéine fonctionnelle, quatre niveaux de structuration existent. Chaque aa donne une indication quant au repliement et plus particulièrement la cystéine. Arborant un groupe sulfhydryle (SH) capable de former une liaison spécifique et stable avec un autre SH, celle-ci est souvent impliquée dans la structure tridimensionnelle de la protéine. Ce type de liaison intervient également dans la stabilisation de la structure quaternaire, qui est l'association de plusieurs protéines identiques (homomère), ou pas (hétéromère). Dans cette partie, nous avons remplacé des aa par des cystéines à des endroits spécifiques. Le but était de stabiliser plusieurs homomères d'ASICl ensemble avec des réactifs créant des ponts entre deux SH. Ainsi, nous avons pu déterminer le nombre de protéines ASIC1 participant à la formation d'un canal fonctionnel. Nos résultats corroborent les données fonctionnelles soutenant un canal tétramérique. Nous avons également étudié l'accessibilité de ces nouvelles cystéines afin d'obtenir des informations supplémentaires sur la structure du chemin emprunté par le Na+ à travers ASIC1 et plus particulièrement du vestibule extracellulaire.

T-Cell Receptors Binding Orientation over Peptide/MHC Class I Is Driven by Long-Range Interactions.

Crystallographic data about T-Cell Receptor - peptide - major histocompatibility complex class I (TCRpMHC) interaction have revealed extremely diverse TCR binding modes triggering antigen recognition. Understanding the molecular basis that governs TCR orientation over pMHC is still a considerable challenge. We present a simplified rigid approach applied on all non-redundant TCRpMHC crystal structures available. The CHARMM force field in combination with the FACTS implicit solvation model is used to study the role of long-distance interactions between the TCR and pMHC. We demonstrate that the sum of the coulomb interactions and the electrostatic solvation energies is sufficient to identify two orientations corresponding to energetic minima at 0° and 180° from the native orientation. Interestingly, these results are shown to be robust upon small structural variations of the TCR such as changes induced by Molecular Dynamics simulations, suggesting that shape complementarity is not required to obtain a reliable signal. Accurate energy minima are also identified by confronting unbound TCR crystal structures to pMHC. Furthermore, we decompose the electrostatic energy into residue contributions to estimate their role in the overall orientation. Results show that most of the driving force leading to the formation of the complex is defined by CDR1,2/MHC interactions. This long-distance contribution appears to be independent from the binding process itself, since it is reliably identified without considering neither short-range energy terms nor CDR induced fit upon binding. Ultimately, we present an attempt to predict the TCR/pMHC binding mode for a TCR structure obtained by homology modeling. The simplicity of the approach and the absence of any fitted parameters make it also easily applicable to other types of macromolecular protein complexes.

Activation mechanisms of the protease MALT1 and cleavage of one of its targets - the ribonuclease Regnase-1- in lymphocytes and lymphoma cell lines

Persistent infection induces an adaptive immune response that is mediated by T and B lymphocytes. Upon triggering with an antigen, these cells become activated and turn into fast expanding cells able to efficiently defend the host. Lymphocyte activation is controlled by a complex composed of CARMA1, BCL10 and MALT1 which regulates the NF-KB signaling pathway upon antigen triggering. Abnormally high expression or activity of either one of these three proteins can favor the development of lymphomas, while genetic defects in the pathway are associated with immunodeficiency. MALT1 was identified as a paracaspase sharing homology with other cysteine proteases, namely caspases and metacaspases. In order to be active, caspases need to dimerize. Based on their sequence similarity with MALT1, we hypothesized that dimerization might also be a mechanism of activation employed by MALT1. To address this assumption, we performed a bioinformatics modelling based on the crystal structures of several caspases. Our model suggested that the MALT1 caspase-like domain can indeed form dimers. This finding was later confirmed by several published crystal structures of MALT1. In the dimer interface of our model, we noticed the presence of charged amino acids that could potentially form salt bridges and thereby hold both monomers together. Mutation of one of these residues, E549, into alanine completely blocked the catalytic activity of MALT1. Additionally, we provided evidence for a role of E549 in promoting the MALTl-dependent growth of cells derived from diffuse large B cell lymphoma (DLBCL) of the aggressive B cell-like type (ABC). To our initial surprise, the E549A mutation showed only a partial defect in dimerization, indicating that additional residues are essential to form a stable dimer. The MALT1 crystal structures revealed a key function for E549 in stabilizing the catalytic site of the protease via its interaction with an arginine which is located next to the catalytic active cysteine. In an additional study, we discovered that MALT1 monoubiquitination is required for the catalytic activity of the protease. Interestingly, we found that the MALT1 dimer interface mutant E549A could not be monoubiquitinated. Based on these findings, we suggest that correct formation of the dimer interface is a prerequisite for monoubiquitination. In a second project, we discovered a novel target of the protease MALT1, the ribonuclease Regnase¬la It was described that the RNase activity of Regnase-1 negatively regulates immune responses. We could show that in ABC DLBCL cell lines, Regnase-1 is not only cleaved by MALT1 but also phosphorylated, at least in part, by the inhibitor of KB kinase (IKK). Both regulations appear to restrain the RNase function of Regnase-1 and thereby allow the production of pro-survival proteins. In conclusion, our studies further highlight and explain the importance of the catalytic activity of MALT1 for the activation of lymphocytes and provide additional knowledge for the development of specific drugs targeting the catalytic activity of MALT1 for immunomodulation and treatment of lymphomas.  SUMMARY IN FRENCH PhD Thesis Katrin Cabalzar 2 SUMMARY IN FRENCH Une infection persistante induit une réponse immunitaire adaptative par l'intermédiaire des lymphocytes T et B. Quand elles reconnaissent l'antigène, ces cellules sont activées et se multiplient très rapidement pour défendre efficacement l'hôte. L'activation des lymphocytes est transmise par un complexe composé de trois protéines, CARMA1, BCL10 et MALT1, qui régule la voie de signalisation NF-KB lorsque l'antigène est reconnu. L'expression ou l'activité anormalement élevée de l'une de ces trois protéines peut favoriser le développement de lymphomes, tandis que des défauts génétiques de cette voie de signalisation sont associés à l'immunodéficience. MALT1 a été identifiée comme étant une paracaspase qui partage des séquences homologues avec d'autres protéases à cystéine, comme les caspases et les métacaspases. Pour être actives, les caspases ont besoin de dimériser. Etant donné leur similarité de séquence avec MALT1, nous avons supposé que la dimérisation pouvait aussi être un mécanisme d'activation utilisé par MALT1. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons conçu un modèle bioinformatique à partir des structures cristallographiques de plusieurs caspases. Et notre modèle a suggéré que le domaine catalytique de MALT1 était effectivement capable de former des dimères. Cette découverte a été confirmée plus tard par des publications qui montrent des structures cristallographiques dimériques de MALT1. Dans l'interface du dimère de notre modèle, nous avons remarqué la présence d'acides aminés chargés qui pouvaient former des liaisons ioniques et ainsi réunir les deux monomères. La mutation de l'un de ces résidus, E549, pour une alanine, a complètement inhibé l'activité catalytique de MALT1. De plus, nous avons mis en évidence un rôle d'E549 dans la croissance dépendante de MALT1, des cellules dérivées de lymphomes B diffus à grandes cellules (DLBCL) de sous-type cellules B actives (ABC). Dans un premier temps nous avons été surpris de constater que cette mutation révélait seulement un défaut partiel de dimérisation, ce qui indique que des acides aminés supplémentaires sont indispensables pour former un dimère stable. Les structures cristallographiques de MALT1 ont révélé un rôle primordial d'E549 dans la stabilisation du site catalytique de la protéase via son interaction avec une arginine qui se trouve à côté de la cystéine du site actif. Dans une autre étude, nous avons découvert que la monoubiquitination de MALT1 est requise pour l'activité catalytique de la protéase. A remarquer que nous avons trouvé que le mutant E549A de l'interface dimère de MALT1 n'a pas pu être monoubiquitiné. Sur la base de ces résultats, nous suggérons que la formation correcte de l'interface du dimère est une condition préalable pour la monoubiquitination. Dans un second projet, nous avons découvert une nouvelle cible de la protéase MALT1, la ribonucléase Regnase-1. Il a été décrit que l'activité RNase de Regnase-1 régulait négativement les réponses immunitaires. Nous avons pu montrer que dans les lignées cellulaires ABC DLBCL, la Regnase-1 n'était pas seulement clivée par MALT1 mais également phosphorylée, au moins en partie, par la kinase de l'inhibiteur de KB (IKK). Les deux régulations semblent supprimer la fonction RNase de Regnase-1 et permettre ainsi la stabilisation de certains ARN messagers et la production de protéines favorisant la survie. En conclusion, nos études mettent en évidence le rôle-clé de la dimérisation de MALT1 et expliquent l'importance de l'activité catalytique de MALT1 pour l'activation des lymphocytes. Ainsi, nos résultats apportent des connaissances supplémentaires pour le développement de médicaments spécifiques ciblant l'activité catalytique de MALT1, qui pourraient être utiles pour modifier les réponses immunitaires et traiter des lymphomes.

Molecular modeling of peptide-MHC class I complexes : applications to peptide based immunotherapy

Summary The specific CD8+ T cell immune response against tumors relies on the recognition by the T cell receptor (TCR) on cytotoxic T lymphocytes (CTL) of antigenic peptides bound to the class I major histocompatibility complex (MHC) molecule. Such tumor associated antigenic peptides are the focus of tumor immunotherapy with peptide vaccines. The strategy for obtaining an improved immune response often involves the design of modified tumor associated antigenic peptides. Such modifications aim at creating higher affinity and/or degradation resistant peptides and require precise structures of the peptide-MHC class I complex. In addition, the modified peptide must be cross-recognized by CTLs specific for the parental peptide, i.e. preserve the structure of the epitope. Detailed structural information on the modified peptide in complex with MHC is necessary for such predictions. In this thesis, the main focus is the development of theoretical in silico methods for prediction of both structure and cross-reactivity of peptide-MHC class I complexes. Applications of these methods in the context of immunotherapy are also presented. First, a theoretical method for structure prediction of peptide-MHC class I complexes is developed and validated. The approach is based on a molecular dynamics protocol to sample the conformational space of the peptide in its MHC environment. The sampled conformers are evaluated using conformational free energy calculations. The method, which is evaluated for its ability to reproduce 41 X-ray crystallographic structures of different peptide-MHC class I complexes, shows an overall prediction success of 83%. Importantly, in the clinically highly relevant subset of peptide-HLAA*0201 complexes, the prediction success is 100%. Based on these structure predictions, a theoretical approach for prediction of cross-reactivity is developed and validated. This method involves the generation of quantitative structure-activity relationships using three-dimensional molecular descriptors and a genetic neural network. The generated relationships are highly predictive as proved by high cross-validated correlation coefficients (0.78-0.79). Together, the here developed theoretical methods open the door for efficient rational design of improved peptides to be used in immunotherapy. Résumé La réponse immunitaire spécifique contre des tumeurs dépend de la reconnaissance par les récepteurs des cellules T CD8+ de peptides antigéniques présentés par les complexes majeurs d'histocompatibilité (CMH) de classe I. Ces peptides sont utilisés comme cible dans l'immunothérapie par vaccins peptidiques. Afin d'augmenter la réponse immunitaire, les peptides sont modifiés de façon à améliorer l'affinité et/ou la résistance à la dégradation. Ceci nécessite de connaître la structure tridimensionnelle des complexes peptide-CMH. De plus, les peptides modifiés doivent être reconnus par des cellules T spécifiques du peptide natif. La structure de l'épitope doit donc être préservée et des structures détaillées des complexes peptide-CMH sont nécessaires. Dans cette thèse, le thème central est le développement des méthodes computationnelles de prédiction des structures des complexes peptide-CMH classe I et de la reconnaissance croisée. Des applications de ces méthodes de prédiction à l'immunothérapie sont également présentées. Premièrement, une méthode théorique de prédiction des structures des complexes peptide-CMH classe I est développée et validée. Cette méthode est basée sur un échantillonnage de l'espace conformationnel du peptide dans le contexte du récepteur CMH classe I par dynamique moléculaire. Les conformations sont évaluées par leurs énergies libres conformationnelles. La méthode est validée par sa capacité à reproduire 41 structures des complexes peptide-CMH classe I obtenues par cristallographie aux rayons X. Le succès prédictif général est de 83%. Pour le sous-groupe HLA-A*0201 de complexes de grande importance pour l'immunothérapie, ce succès est de 100%. Deuxièmement, à partir de ces structures prédites in silico, une méthode théorique de prédiction de la reconnaissance croisée est développée et validée. Celle-ci consiste à générer des relations structure-activité quantitatives en utilisant des descripteurs moléculaires tridimensionnels et un réseau de neurones couplé à un algorithme génétique. Les relations générées montrent une capacité de prédiction remarquable avec des valeurs de coefficients de corrélation de validation croisée élevées (0.78-0.79). Les méthodes théoriques développées dans le cadre de cette thèse ouvrent la voie du design de vaccins peptidiques améliorés.

Magnetic coupling in the weac ferromagnet CuF2

CuF2 is known to be an antiferromagnetic compound with a weak ferromagnetism due to the anisotropy of its monoclinic unit cell (Dzialoshinsky-Moriya mechanism). We investigate the magnetic ordering of this compound by means of ab initio periodic unrestricted Hartree-Fock calculations and by cluster calculations which employ state-of-the-art configuration interaction expansions and modern density functional theory techniques. The combined use of periodic and cluster models permits us to firmly establish that the antiferromagnetic order arises from the coupling of one-dimensional subunits which themselves exhibit a very small ferromagnetic coupling between Cu neighbor cations. This magnetic order could be anticipated from the close correspondence between CuF2 and rutile crystal structures.