The extended environment of mononuclear metal centers in protein structures

The objectives of this and the following paper are to identify commonalities and disparities of the extended environment of mononuclear metal sites centering on Cu, Fe, Mn, and Zn. The extended environment of a metal site within a protein embodies at least three layers: the metal core, the ligand group, and the second shell, which is defined here to consist of all residues distant less than 3.5 Å from some ligand of the metal core. The ligands and second-shell residues can be characterized in terms of polarity, hydrophobicity, secondary structures, solvent accessibility, hydrogen-bonding interactions, and membership in statistically significant residue clusters of different kinds. Findings include the following: (i) Both histidine ligands of type I copper ions exclusively attach the Nδ1 nitrogen of the histidine imidazole ring to the metal, whereas histidine ligands for all mononuclear iron ions and nearly all type II copper ions are ligated via the Nɛ2 nitrogen. By contrast, multinuclear copper centers are coordinated predominantly by histidine Nɛ2, whereas diiron histidine contacts are predominantly Nδ1. Explanations in terms of steric differences between Nδ1 and Nɛ2 are considered. (ii) Except for blue copper (type I), the second-shell composition favors polar residues. (iii) For blue copper, the second shell generally contains multiple methionine residues, which are elements of a statistically significant histidine–cysteine–methionine cluster. Almost half of the second shell of blue copper consists of solvent-accessible residues, putatively facilitating electron transfer. (iv) Mononuclear copper atoms are never found with acidic carboxylate ligands, whereas single Mn2+ ion ligands are predominantly acidic and the second shell tends to be mostly buried. (v) The extended environment of mononuclear Fe sites often is associated with histidine–tyrosine or histidine–acidic clusters.

The role of phosphoglycans in Leishmania–sand fly interactions

Leishmania promastigotes synthesize an abundance of phosphoglycans, either attached to the cell surface through phosphatidylinositol anchors (lipophosphoglycan, LPG) or secreted as protein-containing glycoconjugates. These phosphoglycans are thought to promote the survival of the parasite within both its vertebrate and invertebrate hosts. The relative contributions of different phosphoglycan-containing molecules in Leishmania–sand fly interactions were tested by using mutants specifically deficient in either total phosphoglycans or LPG alone. Leishmania donovani promastigotes deficient in both LPG and protein-linked phosphoglycans because of loss of LPG2 (encoding the Golgi GDP-Man transporter) failed to survive the hydrolytic environment within the early blood-fed midgut. In contrast, L. donovani and Leishmania major mutants deficient solely in LPG expression because of loss of LPG1 (involved in biosynthesis of the core oligosaccharide LPG domain) had only a slight reduction in the survival and growth of promastigotes within the early blood-fed midgut. The ability of the LPG1-deficient promastigotes to persist in the midgut after blood meal excretion was completely lost, and this defect was correlated with their inability to bind to midgut epithelial cells in vitro. For both mutants, when phosphoglycan expression was restored to wild-type levels by reintroduction of LPG1 or LPG2 (as appropriate), then the wild-type phenotype was also restored. We conclude, first, that LPG is not essential for survival in the early blood-fed midgut but, along with other secreted phosphoglycan-containing glycoconjugates, can protect promastigotes from the digestive enzymes in the gut and, second, that LPG is required to mediate midgut attachment and to maintain infection in the fly during excretion of the digested blood meal.

Protein-RNA interactions in the active center of transcription elongation complex.

By using a crosslinkable probe incorporated into the 3' terminus of nascent transcript, three sites were mapped in Escherichia coli RNA polymerase that are contacted by the RNA in the productive elongation complex. Two of these sites are in the beta subunit and one is in the beta' subunit. During elongation, the transcription complex occasionally undergoes an arrest whereby it can neither extend nor release the RNA transcript. It is demonstrated that in an arrested complex, the three contacts of RNA 3' terminus are lost, while a new beta' subunit contact becomes prominent. Thus, elongation arrest appears to involve the disengagement of the bulk of the active center from the 3' terminus of RNA and the transfer of the terminus into a new protein environment.

Barriers to protein folding: formation of buried polar interactions is a slow step in acquisition of structure.

In the MYL mutant of the Arc repressor dimer, sets of partially buried salt-bridge and hydrogen-bond interactions mediated by Arg-31, Glu-36, and Arg-40 in each subunit are replaced by hydrophobic interactions between Met-31, Tyr-36, and Leu-40. The MYL refolding/dimerization reaction differs from that of wild type in being 10- to 1250-fold faster, having an earlier transition state, and depending upon viscosity but not ionic strength. Formation of the wild-type salt bridges in a hydrophobic environment clearly imposes a kinetic barrier to folding, which can be lowered by high salt concentrations. The changes in the position of the transition state and viscosity dependence can be explained if denatured monomers interact to form a partially folded dimeric intermediate, which then continues folding to form the native dimer. The second step is postulated to be rate limiting for wild type. Replacing the salt bridge with hydrophobic interactions lowers this barrier for MYL. This makes the first kinetic barrier rate limiting for MYL refolding and creates a downhill free-energy landscape in which most molecules which reach the intermediate state continue to form native dimers.

Interactions between quantitative trait loci in soybean in which trait variation at one locus is conditional upon a specific allele at another.

A large recombinant inbred population of soybean has been characterized for 220 restriction fragment-length polymorphism (RFLP) markers. Values for agronomic traits also have been measured. Quantitative trait loci (QTL) for height, yield, and maturity were located by their linkage to RFLP markers. QTL controlling large amounts of trait variation were analyzed for the dependence of trait variation on particular alleles at a second locus by comparing cumulative distributions of the trait for each genotype (four genotypes per pair of loci). Interesting pairs of loci were analyzed statistically with maximum likelihood and Monte Carlo comparison of additive and epistatic models. For each locus affecting height, variation was conditional upon the presence of a particular allele at a second unlinked locus that itself explained little or no trait variation. The results show that interactions between QTL are frequent and control large effects. Interactions distinguished between different QTL in a single linkage group and between QTL that affect different traits closely linked to one RFLP marker--i.e., distinguished between pleiotropy and closely linked genes. The implications for the evolution of inbreeding plants and for the construction of agronomic breeding strategies are discussed.

A Hydrodynamic Method For Measuring Aqueous Nanoparticle Surface Interactions

The objectives of this research dissertation were to develop and present novel analytical methods for the quantification of surface binding interactions between aqueous nanoparticles and water-soluble organic solutes. Quantification of nanoparticle surface interactions are presented in this work as association constants where the solutes have interacted with the surface of the nanoparticles. By understanding these nanoparticle-solute interactions, in part through association constants, the scientific community will better understand how organic drugs and nanomaterials interact in the environment, as well as to understand their eventual environmental fate. The biological community, pharmaceutical, and consumer product industries also have vested interests in nanoparticle-drug interactions for nanoparticle toxicity research and in using nanomaterials as drug delivery vesicles. The presented novel analytical methods, applied to nanoparticle surface association chemistry, may prove to be useful in assisting the scientific community to understand the risks, benefits, and opportunities of nanoparticles. The development of the analytical methods presented uses a model nanoparticle, Laponite-RD (LRD). LRD was the proposed nanoparticle used to model the system and technique because of its size, 25 nm in diameter. The solutes selected to model for these studies were chosen because they are also environmentally important. Caffeine, oxytetracycline (OTC), and quinine were selected to use as models because of their environmental importance and chemical properties that can be exploited in the system. All of these chemicals are found in the environment; thus, how they interact with nanoparticles and are transported through the environment is important. The analytical methods developed utilize and a wide-bore hydrodynamic chromatography to induce a partial hydrodynamic separation between nanoparticles and dissolved solutes. Then, using deconvolution techniques, two separate elution profiles for the nanoparticle and organic solute can be obtained. Followed by a mass balance approach, association constants between LRD, our model nanoparticle, and organic solutes are calculated. These findings are the first of their kind for LRD and nanoclays in dilute dispersions.

Competing Lipid-Protein and Protein-Protein Interactions Determine Clustering and Gating Patterns in the Potassium Channel from Streptomyces lividans (KcsA)

There is increasing evidence to support the notion that membrane proteins, instead of being isolated components floating in a fluid lipid environment, can be assembled into supramolecular complexes that take part in a variety of cooperative cellular functions. The interplay between lipid-protein and protein-protein interactions is expected to be a determinant factor in the assembly and dynamics of such membrane complexes. Here we report on a role of anionic phospholipids in determining the extent of clustering of KcsA, a model potassium channel. Assembly/disassembly of channel clusters occurs, at least partly, as a consequence of competing lipid-protein and protein-protein interactions at nonannular lipid binding sites on the channel surface and brings about profound changes in the gating properties of the channel. Our results suggest that these latter effects of anionic lipids are mediated via the Trp67–Glu71–Asp80 inactivation triad within the channel structure and its bearing on the selectivity filter.

Interactions métaboliques entre le bisphénol A et le naproxène dans un modèle de foie de rat isolé et perfusé

L'exposition aux mélanges de contaminants (environnementaux, alimentaires ou thérapeutiques) soulève de nombreuses interrogations et inquiétudes vis-à-vis des probabilités d'interactions toxicocinétiques et toxicodynamiques. Une telle coexposition peut influencer le mode d’action des composants du cocktail et donc de leur toxicité, suite à un accroissement de leurs concentrations internes. Le bisphénol A (4 dihydroxy-2,2-diphenylpropane) est un contaminant chimique répandu de manière ubiquitaire dans notre environnement, largement utilisé dans la fabrication des plastiques avec l’un des plus grands volumes de production à l’échelle mondiale. Il est un perturbateur endocrinien par excellence de type œstrogèno-mimétique. Cette molécule est biotransformée en métabolites non toxiques par un processus de glucuronidation. L'exposition concomitante à plusieurs xénobiotiques peut induire à la baisse le taux de glucuronidation du polluant chimique d'intérêt, entre autres la co-exposition avec des médicaments. Puisque la consommation de produits thérapeutiques est un phénomène grandissant dans la population, la possibilité d’une exposition simultanée est d’autant plus grande et forte. Sachant que l'inhibition métabolique est le mécanisme d'interaction le plus plausible pouvant aboutir à une hausse des niveaux internes ainsi qu’à une modulation de la toxicité prévue, la présente étude visait d'abord à confirmer et caractériser ce type d'interactions métaboliques entre le bisphénol A et le naproxène, qui est un anti-inflammatoire non stéroïdiennes (AINS), sur l'ensemble d'un organe intact en utilisant le système de foie de rat isolé et perfusé (IPRL). Elle visait ensuite à déterminer la cinétique enzymatique de chacune de ces deux substances, seule puis en mélange binaire. Dans un second temps, nous avons évalué aussi l’influence de la présence d'albumine sur la cinétique métabolique et le comportement de ces deux substances étudiées en suivant le même modèle de perfusion in vivo au niveau du foie de rat. Les constantes métaboliques ont été déterminées par régression non linéaire. Les métabolismes du BPA et du NAP seuls ont montré une cinétique saturable avec une vélocité maximale (Vmax) de 8.9 nmol/min/ mg prot de foie et une constante d'affinité de l'enzyme pour le substrat (Km) de 51.6 μM pour le BPA et de 3 nmol/min/mg prot de foie et 149.2 μM pour le NAP. L'analyse des expositions combinées suggère une inhibition compétitive partielle du métabolisme du BPA par le NAP avec une valeur de Ki estimée à 0.3542 μM. Les résultats obtenus montrent que l’analyse de risque pour les polluants environnementaux doit donc prendre en considération la consommation des produits pharmaceutiques comme facteur pouvant accroitre le niveau interne lors d’une exposition donnée. Ces données in vivo sur les interactions métaboliques pourraient être intégrées dans un modèle pharmacocinétique à base physiologique (PBPK) pour prédire les conséquences toxicococinétique (TK) de l'exposition d'un individu à ces mélanges chimiques.

Gestionnaire de vie privée : un cadre pour la protection de la vie privée dans les interactions entre apprenants

L’évolution continue des besoins d’apprentissage vers plus d’efficacité et plus de personnalisation a favorisé l’émergence de nouveaux outils et dimensions dont l’objectif est de rendre l’apprentissage accessible à tout le monde et adapté aux contextes technologiques et sociaux. Cette évolution a donné naissance à ce que l’on appelle l'apprentissage social en ligne mettant l'accent sur l’interaction entre les apprenants. La considération de l’interaction a apporté de nombreux avantages pour l’apprenant, à savoir établir des connexions, échanger des expériences personnelles et bénéficier d’une assistance lui permettant d’améliorer son apprentissage. Cependant, la quantité d'informations personnelles que les apprenants divulguent parfois lors de ces interactions, mène, à des conséquences souvent désastreuses en matière de vie privée comme la cyberintimidation, le vol d’identité, etc. Malgré les préoccupations soulevées, la vie privée en tant que droit individuel représente une situation idéale, difficilement reconnaissable dans le contexte social d’aujourd’hui. En effet, on est passé d'une conceptualisation de la vie privée comme étant un noyau des données sensibles à protéger des pénétrations extérieures à une nouvelle vision centrée sur la négociation de la divulgation de ces données. L’enjeu pour les environnements sociaux d’apprentissage consiste donc à garantir un niveau maximal d’interaction pour les apprenants tout en préservant leurs vies privées. Au meilleur de nos connaissances, la plupart des innovations dans ces environnements ont porté sur l'élaboration des techniques d’interaction, sans aucune considération pour la vie privée, un élément portant nécessaire afin de créer un environnement favorable à l’apprentissage. Dans ce travail, nous proposons un cadre de vie privée que nous avons appelé « gestionnaire de vie privée». Plus précisément, ce gestionnaire se charge de gérer la protection des données personnelles et de la vie privée de l’apprenant durant ses interactions avec ses co-apprenants. En s’appuyant sur l’idée que l’interaction permet d’accéder à l’aide en ligne, nous analysons l’interaction comme une activité cognitive impliquant des facteurs contextuels, d’autres apprenants, et des aspects socio-émotionnels. L'objectif principal de cette thèse est donc de revoir les processus d’entraide entre les apprenants en mettant en oeuvre des outils nécessaires pour trouver un compromis entre l’interaction et la protection de la vie privée. ii Ceci a été effectué selon trois niveaux : le premier étant de considérer des aspects contextuels et sociaux de l’interaction telle que la confiance entre les apprenants et les émotions qui ont initié le besoin d’interagir. Le deuxième niveau de protection consiste à estimer les risques de cette divulgation et faciliter la décision de protection de la vie privée. Le troisième niveau de protection consiste à détecter toute divulgation de données personnelles en utilisant des techniques d’apprentissage machine et d’analyse sémantique.

Legal shifts : shaping expectations of intellectual property protection in an open innovation industrial environment

Projet de recherche réalisé en 2014-2015 avec l'appui du Fonds de recherche du Québec – Société et culture.

Interactions métaboliques entre le bisphénol A et le naproxène dans un modèle de foie de rat isolé et perfusé

L'exposition aux mélanges de contaminants (environnementaux, alimentaires ou thérapeutiques) soulève de nombreuses interrogations et inquiétudes vis-à-vis des probabilités d'interactions toxicocinétiques et toxicodynamiques. Une telle coexposition peut influencer le mode d’action des composants du cocktail et donc de leur toxicité, suite à un accroissement de leurs concentrations internes. Le bisphénol A (4 dihydroxy-2,2-diphenylpropane) est un contaminant chimique répandu de manière ubiquitaire dans notre environnement, largement utilisé dans la fabrication des plastiques avec l’un des plus grands volumes de production à l’échelle mondiale. Il est un perturbateur endocrinien par excellence de type œstrogèno-mimétique. Cette molécule est biotransformée en métabolites non toxiques par un processus de glucuronidation. L'exposition concomitante à plusieurs xénobiotiques peut induire à la baisse le taux de glucuronidation du polluant chimique d'intérêt, entre autres la co-exposition avec des médicaments. Puisque la consommation de produits thérapeutiques est un phénomène grandissant dans la population, la possibilité d’une exposition simultanée est d’autant plus grande et forte. Sachant que l'inhibition métabolique est le mécanisme d'interaction le plus plausible pouvant aboutir à une hausse des niveaux internes ainsi qu’à une modulation de la toxicité prévue, la présente étude visait d'abord à confirmer et caractériser ce type d'interactions métaboliques entre le bisphénol A et le naproxène, qui est un anti-inflammatoire non stéroïdiennes (AINS), sur l'ensemble d'un organe intact en utilisant le système de foie de rat isolé et perfusé (IPRL). Elle visait ensuite à déterminer la cinétique enzymatique de chacune de ces deux substances, seule puis en mélange binaire. Dans un second temps, nous avons évalué aussi l’influence de la présence d'albumine sur la cinétique métabolique et le comportement de ces deux substances étudiées en suivant le même modèle de perfusion in vivo au niveau du foie de rat. Les constantes métaboliques ont été déterminées par régression non linéaire. Les métabolismes du BPA et du NAP seuls ont montré une cinétique saturable avec une vélocité maximale (Vmax) de 8.9 nmol/min/ mg prot de foie et une constante d'affinité de l'enzyme pour le substrat (Km) de 51.6 μM pour le BPA et de 3 nmol/min/mg prot de foie et 149.2 μM pour le NAP. L'analyse des expositions combinées suggère une inhibition compétitive partielle du métabolisme du BPA par le NAP avec une valeur de Ki estimée à 0.3542 μM. Les résultats obtenus montrent que l’analyse de risque pour les polluants environnementaux doit donc prendre en considération la consommation des produits pharmaceutiques comme facteur pouvant accroitre le niveau interne lors d’une exposition donnée. Ces données in vivo sur les interactions métaboliques pourraient être intégrées dans un modèle pharmacocinétique à base physiologique (PBPK) pour prédire les conséquences toxicococinétique (TK) de l'exposition d'un individu à ces mélanges chimiques.

Gestionnaire de vie privée : un cadre pour la protection de la vie privée dans les interactions entre apprenants

L’évolution continue des besoins d’apprentissage vers plus d’efficacité et plus de personnalisation a favorisé l’émergence de nouveaux outils et dimensions dont l’objectif est de rendre l’apprentissage accessible à tout le monde et adapté aux contextes technologiques et sociaux. Cette évolution a donné naissance à ce que l’on appelle l'apprentissage social en ligne mettant l'accent sur l’interaction entre les apprenants. La considération de l’interaction a apporté de nombreux avantages pour l’apprenant, à savoir établir des connexions, échanger des expériences personnelles et bénéficier d’une assistance lui permettant d’améliorer son apprentissage. Cependant, la quantité d'informations personnelles que les apprenants divulguent parfois lors de ces interactions, mène, à des conséquences souvent désastreuses en matière de vie privée comme la cyberintimidation, le vol d’identité, etc. Malgré les préoccupations soulevées, la vie privée en tant que droit individuel représente une situation idéale, difficilement reconnaissable dans le contexte social d’aujourd’hui. En effet, on est passé d'une conceptualisation de la vie privée comme étant un noyau des données sensibles à protéger des pénétrations extérieures à une nouvelle vision centrée sur la négociation de la divulgation de ces données. L’enjeu pour les environnements sociaux d’apprentissage consiste donc à garantir un niveau maximal d’interaction pour les apprenants tout en préservant leurs vies privées. Au meilleur de nos connaissances, la plupart des innovations dans ces environnements ont porté sur l'élaboration des techniques d’interaction, sans aucune considération pour la vie privée, un élément portant nécessaire afin de créer un environnement favorable à l’apprentissage. Dans ce travail, nous proposons un cadre de vie privée que nous avons appelé « gestionnaire de vie privée». Plus précisément, ce gestionnaire se charge de gérer la protection des données personnelles et de la vie privée de l’apprenant durant ses interactions avec ses co-apprenants. En s’appuyant sur l’idée que l’interaction permet d’accéder à l’aide en ligne, nous analysons l’interaction comme une activité cognitive impliquant des facteurs contextuels, d’autres apprenants, et des aspects socio-émotionnels. L'objectif principal de cette thèse est donc de revoir les processus d’entraide entre les apprenants en mettant en oeuvre des outils nécessaires pour trouver un compromis entre l’interaction et la protection de la vie privée. ii Ceci a été effectué selon trois niveaux : le premier étant de considérer des aspects contextuels et sociaux de l’interaction telle que la confiance entre les apprenants et les émotions qui ont initié le besoin d’interagir. Le deuxième niveau de protection consiste à estimer les risques de cette divulgation et faciliter la décision de protection de la vie privée. Le troisième niveau de protection consiste à détecter toute divulgation de données personnelles en utilisant des techniques d’apprentissage machine et d’analyse sémantique.

Legal shifts : shaping expectations of intellectual property protection in an open innovation industrial environment

Projet de recherche réalisé en 2014-2015 avec l'appui du Fonds de recherche du Québec – Société et culture.

Making the processes of designing explicit within an information technology environment

In this paper, technology is described as involving processes whereby resources are utilised to satisfy human needs or to take advantage of opportunities, to develop practical solutions to problems. This study, set within one type of technology context, information technology, investigated how, through a one semester undergraduate university course, elements of technological processes were made explicit to students. While it was acknowledged in the development and implementation of this course that students needed to learn technical skills, technological skills and knowledge, including design, were seen as vital also, to enable students to think about information technology from a perspective that was not confined and limited to 'technology as hardware and software'. This paper describes how the course, set within a three year program of study, was aimed at helping students to develop their thinking and their knowledge about design processes in an explicit way. An interpretive research approach was used and data sources included a repertory grid 'survey'; student interviews; video recordings of classroom interactions, audio recordings of lectures, observations of classroom interactions made by researchers; and artefacts which included students' journals and portfolios. The development of students' knowledge about design practices is discussed and reflections upon student knowledge development in conjunction with their learning experiences are made. Implications for ensuring explicitness of design practice within information technology contexts are presented, and the need to identify what constitutes design knowledge is argued.

A survey of possible associations between preharvest environment conditions and postharvest rejections of cut freesia flowers

Botrytis cinerea is the major pathogen infecting cut freesia flowers. Flecking symptoms on petals caused by this fungus result in postharvest rejections and substantial economic loss to both growers and sellers. In a limited survey for industry, numbers of freesia stems sent from a specialist grower in The Netherlands and rejected at a cut flower wholesaler in the United Kingdom were documented. Relationships between preharvest environment conditions in Holland that may predispose flowers to infection and postharvest freesia rejection levels in the United Kingdom due to B. cinerea flecking symptom expression are reported. Freesia rejections peaked during spring and, to a lesser degree, autumn periods. However, no clear correlations between preharvest growing environment conditions (e.g. 3-day means for temperature preceding harvest) and postharvest rejection frequency (%) could be discerned. Thus, sporadic freesia rejections in the United Kingdom were probably attributable either to other unresolved variables during the pre- (e.g. infection pressure) and/or postharvest (e.g. condensation events) phases or to interactions among predisposing variables.