Contribution différentielle de Neuroligine‐1 et d’EphA4 à la régulation du sommeil

Le sommeil est un besoin vital et le bon fonctionnement de l’organisme dépend de la quantité et de la qualité du sommeil. Le sommeil est régulé par deux processus : un processus circadien qui dépend de l’activité des noyaux suprachiasmatiques de l’hypothalamus et qui régule le moment durant lequel nous allons dormir, et un processus homéostatique qui dépend de l’activité neuronale et se reflète dans l’intensité du sommeil. En effet, le sommeil dépend de l’éveil qui le précède et plus l’éveil dure longtemps, plus le sommeil est profond tel que mesuré par des marqueurs électroencéphalographiques (EEG). Des études ont montré que le bon fonctionnement de ces deux processus régulateurs du sommeil dépend de la plasticité synaptique. Ainsi, les éléments synaptiques régulant la communication et la force synaptique sont d’importants candidats pour agir sur la physiologie de la régulation du sommeil. Les molécules d’adhésion cellulaire sont des acteurs clés dans les mécanismes de plasticité synaptique. Elles régulent l’activité et la maturation des synapses. Des études ont montré que leur absence engendre des conséquences similaires au manque de sommeil. Le but de ce projet de thèse est d’explorer l’effet de l’absence de deux familles de molécule d’adhésion cellulaire, les neuroligines et la famille des récepteur Eph et leur ligand les éphrines dans les processus régulateurs du sommeil. Notre hypothèse est que l’absence d’un des membres de ces deux familles de molécule affecte les mécanismes impliqués dans le processus homéostatique de régulation du sommeil. Afin de répondre à notre hypothèse, nous avons étudié d’une part l’activité EEG chez des souris mutantes n’exprimant pas Neuroligine‐1 (Nlgn1) ou le récepteur EphA4 en condition normale et après une privation de sommeil. D’autre part, nous avons mesuré les changements moléculaires ayant lieu dans ces deux modèles après privation de sommeil. Au niveau de l’activité EEG, nos résultats montrent que l’absence de Nlgn1 augmente la densité des ondes lentes en condition normale et augment l’amplitude et la pente des ondes lentes après privation de sommeil. Nlgn1 est nécessaire au fonctionnement normal de la synchronie corticale, notamment après une privation de sommeil, lui attribuant ainsi un rôle clé dans l’homéostasie du sommeil. Concernant le récepteur EphA4, son absence affecte la durée du sommeil paradoxal ainsi que l’activité sigma qui dépendent du processus circadien. Nos résultats suggèrent donc que ce récepteur est un élément important dans la régulation circadienne du sommeil. Les changements transcriptionnels en réponse à la privation de sommeil des souris n’exprimant pas Nlgn1 et EphA4 ne sont pas différents des souris sauvages. Toutefois, nous avons montré que la privation de sommeil affectait la distribution des marques épigénétiques sur le génome, tels que la méthylation et l’hydroxyméthylation, et que l’expression des molécules régulant ces changements est modifiée chez les souris mutantes pour le récepteur EphA4. Nos observations mettent en évidence que les molécules d’adhésion cellulaire, Nlgn1 et le récepteur EphA4, possèdent un rôle important dans les processus homéostatique et circadien du sommeil et contribuent de manière différente à la régulation du sommeil.

Régulation de l'expression de PPARγ dans l'arthrose

L’arthrose (OA) est une maladie dégénérative très répondue touchant les articulations. Elle est caractérisée par la destruction progressive du cartilage articulaire, l’inflammation de la membrane synoviale et le remodelage de l’os sous chondral. L’étiologie de cette maladie n’est pas encore bien définie. Plusieurs études ont été menées pour élucider les mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans le développement de l’OA. Les effets protecteurs du récepteur activé par les proliférateurs de peroxysomes gamma (PPARγ) dans l'OA sont bien documentés. Il a été démontré que PPARγ possède des propriétés anti-inflammatoires et anti-cataboliques. Aussi, plusieurs stimuli ont été impliqués dans la régulation de l’expression de PPARγ dans différents types cellulaires. Cependant, les mécanismes exacts responsables de cette régulation ainsi que le profil de l’expression de ce récepteur au cours de la progression de l’OA ne sont pas bien connus. Dans la première partie de nos travaux, nous avons essayé d’élucider les mécanismes impliqués dans l’altération de l’expression de PPARγ dans cette maladie. Nos résultats ont confirmé l’implication de l’interleukine-1β (IL-1β), une cytokine pro-inflammatoire, dans la réduction de l’expression de PPARγ au niveau des chondrocytes du cartilage articulaire. Cet effet coïncide avec l'induction de l’expression du facteur de transcription à réponse précoce de type 1 (Egr-1). En plus, la diminution de l'expression de PPARγ a été associée au recrutement d'Egr-1 et la réduction concomitante de la liaison de Sp1 au niveau du promoteur de PPARγ. Dans la deuxième partie de nos travaux, nous avons évalué le profil d’expression de ce récepteur dans le cartilage au cours de la progression de cette maladie. Le cochon d’inde avec OA spontanée et le chien avec OA induite par rupture du ligament croisé antérieur (ACLT) deux modèles animaux d’OA ont été utilisés pour suivre l’expression des trois isoformes de PPARs : PPAR alpha (α), PPAR béta (β) et PPAR gamma (γ) ainsi que la prostaglandine D synthase hématopoïétique (H-PGDS) et la prostaglandine D synthase de type lipocaline (L-PGDS) deux enzymes impliquées dans la production de l’agoniste naturel de PPARγ, la 15-Deoxy-delta(12,14)-prostaglandine J(2) (15d-PGJ2). Nos résultats ont démontré des changements dans l’expression de PPARγ et la L-PGDS. En revanche, l’expression de PPARα, PPARβ et H-PGDS est restée stable au fil du temps. La diminution de l’expression de PPARγ dans le cartilage articulaire semble contribuer au développement de l’OA dans les deux modèles animaux. En effet, le traitement des chondrocytes par de siRNA dirigé contre PPARγ a favorisé la production des médiateurs arthrosiques tels que l'oxyde nitrique (NO) et la métalloprotéase matricielle de type 13 (MMP-13), confirmant ainsi le rôle anti-arthrosique de ce récepteur. Contrairement à ce dernier, le niveau d'expression de la L-PGDS a augmenté au cours de la progression de cette maladie. La surexpression de la L-PGDS au niveau des chondrocytes humains a été associée à la diminution de la production de ces médiateurs arthrosiques, suggérant son implication dans un processus de tentative de réparation. En conclusion, l’ensemble de nos résultats suggèrent que la modulation du niveau d’expression de PPARγ, de la L-PGDS et d’Egr-1 au niveau du cartilage articulaire pourrait constituer une voie thérapeutique potentielle dans le traitement de l’OA et probablement d’autres formes d'arthrite.

Rôles de la protéine tyrosine phosphatase DEP-1 dans l'angiogenèse, la perméabilité vasculaire et la progression tumorale

L’angiogenèse et l’augmentation de la perméabilité vasculaire sont des éléments clés pour la croissance et la progression tumorale. Par conséquent, de nombreux efforts sont déployés à comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la formation et le remodelage des vaisseaux sanguins de manière à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles. De cette optique, les travaux de cette thèse se sont concentrés sur la protéine tyrosine phosphatase DEP-1, initialement identifiée comme un régulateur négatif de la prolifération et de la phosphorylation du VEGFR2 lorsque fortement exprimée dans les cellules endothéliales. Toutefois, en utilisant une approche d’ARNi, il a été démontré que via sa capacité à déphosphoryler la tyrosine inhibitrice de Src (Y529), DEP-1 était également un régulateur positif de l’activation de Src dans les cellules endothéliales stimulées au VEGF. Puisque Src joue un rôle central dans la promotion de l’angiogenèse et la perméabilité vasculaire, nous avons en plus démontré que DEP-1 était un promoteur de ces fonctions in vitro et que la tyrosine phosphorylation de sa queue C-terminale, permettant l’interaction et l’activation de Src, était requise. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse démontrent dans un premier temps à partir d’une souris Dep1 KO, dont le développement ne présente aucun phénotype apparent, que la perte de l’expression de DEP-1 se traduit en une inhibition de l’activation de Src et de l’un de ses substrats, la VE-Cadherine, en réponse au VEGF chez la souris adulte. Nos résultats démontrent donc, pour la première fois, le rôle primordial de DEP-1 dans l’induction de la perméabilité vasculaire et de la formation de capillaires in vivo. Conséquemment, la croissance tumorale et la formation de métastases aux poumons sont réduites due à une inhibition de leur vascularisation ce qui se traduit par une diminution de la prolifération et une augmentation de l’apoptose des cellules cancéreuses. De façon intéressante, l’expression élevée de DEP-1 dans les vaisseaux sanguins tumoraux de patientes atteintes du cancer du sein corrèle avec une vascularisation accrue de la tumeur. En plus du rôle de DEP-1 dans la réponse angiogénqiue à l’âge adulte, nos travaux ont également démontré le rôle important de DEP-1 lors de la vascularisation de la rétine, un modèle in vivo d’angiogenèse développementale. Dans ce contexte, DEP-1 inhibe la prolifération des cellules endothéliales et limite leur bourgeonnement et la complexification du réseau vasculaire rétinien en permettant l’expression adéquate du Dll4, un régulateur crucial de l’organisation de la vascularisation développementale. Cette expression du Dll4 découlerait de la stabilisation de la β-caténine par l’inactivation de la GSK3β, un régulateur important de la dégradation de la β-caténine, en réponse au VEGF selon la voie de signalisation VEGFR2-Src-PI3K-Akt-GSK3β. Ainsi, ces travaux identifient DEP-1 comme un régulateur important de l’organisation vasculaire rétinienne. Les rôles positifs de DEP-1 dans les cellules endothéliales découlent principalement de sa capacité à lier et activer la kinase Src. En plus de contribuer à la réponse angiogénique, Src est également un oncogène bien caractérisé notamment pour sa contribution au programme invasif des cellules cancéreuses mammaires. Les travaux de cette thèse illustrent que DEP-1 est préférentiellement exprimée dans les cellules cancéreuses mammaires invasives et qu’il régule l’activation de Src, de voies de signalisation invasives et, par le fait même, de l’invasivité de ces cellules in vitro et in vivo. De façon intéressante, ces observations corrèlent avec des données cliniques où l’expression modérée de DEP-1 est associée à un mauvais pronostic de survie et de rechute. Ces résultats démontrent donc, pour la première fois, le rôle positif de DEP-1 dans l’activation de Src au niveau des cellules endothéliales et des cellules cancéreuses mammaires ce qui permet la régulation du bourgeonnement endothélial, de la perméabilité vasculaire, de l’angiogenèse normale et pathologique en plus de l’invasion tumorale.

Establishing a Robust In Vitro Embryonic Stem Cell Differentiation Assay to Monitor the Hematopoietic Potential of DELES Clones

Afin d’effectuer des études fonctionnelles sur le génome de la souris, notre laboratoire a généré une bibliothèque de clones de cellules souches embryonnaires (ESC) présentant des suppressions chromosomiques chevauchantes aléatoires – la bibliothèque DELES. Cette bibliothèque contient des délétions couvrant environ 25% du génome murin. Dans le laboratoire, nous comptons identifier de nouveaux déterminants du destin des cellules hématopoïétiques en utilisant cet outil. Un crible primaire utilisant la benzidine pour démontrer la présence d'hémoglobine dans des corps embryoïdes (EBS) a permis d’identifier plusieurs clones délétés présentant un phénotype hématopoïétique anormal. Comme cet essai ne vérifie que la présence d'hémoglobine, le but de mon projet est d'établir un essai in vitro de différenciation des ESC permettant de mesurer le potentiel hématopoïétique de clones DELES. Mon hypothèse est que l’essai de différenciation hématopoïétique publié par le Dr Keller peut être importé dans notre laboratoire et utilisé pour étudier l'engagement hématopoïétique des clones DELES. À l’aide d’essais de RT-QPCR et de FACS, j’ai pu contrôler la cinétique de différenciation hématopoïétique en suivant l’expression des gènes hématopoïétiques et des marqueurs de surface comme CD41, c-kit, RUNX1, GATA2, CD45, β-globine 1 et TER-119. Cet essai sera utilisé pour valider le potentiel hématopoïétique des clones DELES candidats identifiés dans le crible principal. Mon projet secondaire vise à utiliser la même stratégie rétro-virale a base de Cre-loxP utilisée pour générer la bibliothèque DELES pour générer une bibliothèque de cellules KBM-7 contenant des suppressions chromosomiques chevauchantes. Mon but ici est de tester si la lignée cellulaire leuémique humaine presque haploïde KBM-7 peut être exploitée en utilisant l'approche DELES pour créer cette bibliothèque. La bibliothèque de clones KBM-7 servira à définir les activités moléculaires de drogues anti-leucémiques potentielless que nous avons identifiées dans le laboratoire parce qu’elles inhibent la croissance cellulaire dans plusieurs échantillons de leucémie myéloïde aiguë dérivés de patients. Elle me permettra également d'identifier les voies de signalisation moléculaires qui, lorsque génétiquement perturbées, peuvent conférer une résistance à ces drogues.

La nécessité d'une multiplicité de concepts de gène en biologie

Le concept de gène est central en biologie. Certains ont avancé (Ruse (1971, 1976)) que la génétique classique pouvait être réduite à la génétique moléculaire. Dans le même ordre d'idée, Richard Dawkins, dans The Extended Phenotype, offre une double définition de son concept de gène qui présuppose qu'il soit possible d'opérer cette réduction. Nous comptons montrer que la génétique moléculaire et la génétique des populations ont chacune leurs problématiques propres en reconstituant l'histoire de la génétique depuis Darwin. Ensuite, nous expliciterons la position de Dawkins et soulignerons les contradictions auxquelles il parvient en raison de cette réduction infondée. À la suite de quoi, nous nous attarderons aux nouvelles découvertes moléculaires qui montrent qu'il n'est pas possible d'opérer la réduction d'un des concepts à l'autre. Nous terminerons en soulignant que la thèse génocentriste de Dawkins n'est pas mise en péril par l'abandon de la réduction, mais qu'il est nécessaire de tempérer ces prétentions. La conclusion globale de ce mémoire est qu'il est possible d'admettre le concept de Dawkins, mais pas la manière dont il l'utilise. Le concept est bon, il n'est tout simplement pas dans le bon cadre théorique.

Identification of differentially expressed genes in a Giardia lamblia WB C6 clone resistant to nitazoxanide and metronidazole.

OBJECTIVES The characterization of differential gene expression in Giardia lamblia WB C6 strain C4 resistant to metronidazole and nitazoxanide using microarray technology and quantitative real-time PCR. METHODS In a previous study, we created and characterized the G. lamblia WB C6 clone C4 resistant to nitazoxanide and metronidazole. In this study, using a microarray-based approach, we have identified open-reading frames (ORFs) that were differentially expressed in C4 when compared with its wild-type WB C6. Using quantitative real-time PCR, we have validated the expression patterns of some of those ORFs, focusing on chaperones such as heat-shock proteins in wild-type and C4 trophozoites. In order to induce an antigenic shift, trophozoites of both strains were subjected to a cycle of en- and excystation. Expression of selected genes and resistance to nitazoxanide and metronidazole were investigated after this cycle. RESULTS Forty of a total of 9115 ORFs were found to be up-regulated and 46 to be down-regulated in C4 when compared with wild-type. After a cycle of en- and excystation, resistance of C4 to nitazoxanide and metronidazole was lost. Resistance formation and en-/excystation were correlated with changes in expression of ORFs encoding for major surface antigens such as the variant surface protein TSA417 or AS7 ('antigenic shift'). Moreover, expression patterns of the cytosolic heat-shock protein HSP70 B2, HSP40, and of the previously identified nitazoxanide-binding proteins nitroreductase and protein disulphide isomerase PDI4 were correlated with resistance and loss of resistance after en-/excystation. C4 trophozoites had a higher thermotolerance level than wild-type trophozoites. After en-/excystation, this tolerance was lost. CONCLUSIONS These results suggest that resistance formation in Giardia to nitazoxanide and metronidazole is correlated with altered expression of genes involved in stress response such as heat-shock proteins.

La nécessité d'une multiplicité de concepts de gène en biologie

Le concept de gène est central en biologie. Certains ont avancé (Ruse (1971, 1976)) que la génétique classique pouvait être réduite à la génétique moléculaire. Dans le même ordre d'idée, Richard Dawkins, dans The Extended Phenotype, offre une double définition de son concept de gène qui présuppose qu'il soit possible d'opérer cette réduction. Nous comptons montrer que la génétique moléculaire et la génétique des populations ont chacune leurs problématiques propres en reconstituant l'histoire de la génétique depuis Darwin. Ensuite, nous expliciterons la position de Dawkins et soulignerons les contradictions auxquelles il parvient en raison de cette réduction infondée. À la suite de quoi, nous nous attarderons aux nouvelles découvertes moléculaires qui montrent qu'il n'est pas possible d'opérer la réduction d'un des concepts à l'autre. Nous terminerons en soulignant que la thèse génocentriste de Dawkins n'est pas mise en péril par l'abandon de la réduction, mais qu'il est nécessaire de tempérer ces prétentions. La conclusion globale de ce mémoire est qu'il est possible d'admettre le concept de Dawkins, mais pas la manière dont il l'utilise. Le concept est bon, il n'est tout simplement pas dans le bon cadre théorique.

Traité de physique biologique;

Vol.3 planned but never published.

Structure and metal binding studies of the second copper binding domain of the Menkes ATPase

Biological utilisation of copper requires that the metal, in its ionic forms, be meticulously transported, inserted into enzymes and regulatory proteins, and excess be excreted. To understand the trafficking process, it is crucial that the structures of the proteins involved in the varied processes be resolved. To investigate copper binding to a family of structurally related copper-binding proteins, we have characterised the second Menkes N-terminal domain (MNKr2). The structure, determined using H-1 and N-15 heteronuclear NMR, of the reduced form of MNKr2 has revealed two alpha-helices lying over a single beta-sheet and shows that the binding site, a Cys(X)(2)Cys pair, is located on an exposed loop. H-1-N-15 HSQC experiments demonstrate that binding of Cu(I) causes changes that are localised to conserved residues adjacent to the metal binding site. Residues in this area are important to the delivery of copper by the structurally related Cu(I) chaperones. Complementary site-directed mutagenesis of the adjacent residues has been used to probe the structural roles of conserved residues. (C) 2003 Published by Elsevier Inc.

Comparative proteomic analysis of GS-NSO murine myeloma cell lines with varying recombinant monoclonal antibody production rate

We have employed an inverse engineering strategy based on quantitative proteome analysis to identify changes in intracellular protein abundance that correlate with increased specific recombinant monoclonal antibody production (qMab) by engineered murine myeloma (NSO) cells. Four homogeneous NSO cell lines differing in qMab were isolated from a pool of primary transfectants. The proteome of each stably transfected cell line was analyzed at mid-exponential growth phase by two-dimensional gel electrophoresis (2D-PAGE) and individual protein spot volume data derived from digitized gel images were compared statistically. To identify changes in protein abundance associated with qMab clatasets were screened for proteins that exhibited either a linear correlation with cell line qMab or a conserved change in abundance specific only to the cell line with highest qMab. Several proteins with altered abundance were identified by mass spectrometry. Proteins exhibiting a significant increase in abundance with increasing qMab included molecular chaperones known to interact directly with nascent immunoglobulins during their folding and assembly (e.g., BiP, endoplasmin, protein disulfide isomerase). 2D-PAGE analysis showed that in all cell lines Mab light chain was more abundant than heavy chain, indicating that this is a likely prerequisite for efficient Mab production. In summary, these data reveal both the adaptive responses and molecular mechanisms enabling mammalian cells in culture to achieve high-level recombinant monoclonal antibody production. (C) 2004 Wiley Periodicals, Inc.

Oxygen sensors and energy sensors act synergistically to achieve a graded alteration in gene expression: Consequences for assessing the level of neuroprotection in response to stressors

Changes in gene expression are associated with switching to an autoprotected phenotype in response to environmental and physiological stress. Ubiquitous molecular chaperones from the heat shock protein (HSP) superfamily confer neuronal protection that can be blocked by antibodies. Recent research has focused on the interactions between the molecular sensors that affect the increased expression of neuroprotective HSPs above constitutive levels. An examination of the conditions under which the expression of heat shock protein 70 (Hsp70) was up regulated in a hypoxia and anoxia tolerant tropical species, the epaulette shark (Hemiscyllium ocellatum), revealed that up-regulation was dependent on exceeding a stimulus threshold for an oxidative stressor. While hypoxic-preconditioning confers neuroprotective changes, there was no increase in the level of Hsp70 indicating that its increased expression was not associated with achieving a neuroprotected state in response to hypoxia in the epaulette shark. Conversely, there was a significant increase in Hsp70 in response to anoxic-preconditioning, highlighting the presence of a stimulus threshold barrier and raising the possibility that, in this species, Hsp70 contributes to the neuroprotective response to extreme crises, such as oxidative stress. Interestingly, there was a synergistic effect of coincident stressors on Hsp70 expression, which was revealed when metabolic stress was superimposed upon oxidative stress. Brain energy charge was significantly lower when adenosine receptor blockade, provided by treatment with aminophylline, was present prior to the final anoxic episode, under these circumstances, the level of Hsp70 induced was significantly higher than in the pair-matched saline treated controls. An understanding of the molecular and metabolic basis for neuroprotective switches, which result in an up-regulation of neuroprotective Hsp70 expression in the brain, is needed so that intervention strategies can be devised to manage CNS pathologies and minimise damage caused by ischemia and trauma. In addition, the current findings indicate that measurements of HSP expression per se may provide a useful correlate of the level of neuroprotection achieved in the switch to an autoprotected phenotype.

Association of stomatin with lipid bodies

The oligomeric lipid raft-associated integral protein stomatin normally localizes to the plasma membrane and the late endosomal compartment. Similar to the caveolins, it is targeted to lipid bodies (LBs) on overexpression. Endogenous stomatin also associates with LBs to a small extent. Green fluorescent protein-tagged stomatin (StomGFP) and the dominant-negative caveolin-3 mutant DGV(cav3)(HA) occupy distinct domains on LB surfaces but eventually intermix. Studies of StomGFP deletion mutants reveal that the region for membrane association but not oligomerization and raft association is essential for LB targeting. Blocking protein synthesis leads to the redistribution of StomGFP from LBs to LysoTracker-positive vesicles indicating a connection with the late endosomal/ lysosomal pathway. Live microscopy of StomGFP reveals multiple interactions between LBs and microtubule-associated vesicles possibly representing signaling events and/or the exchange of cargo. Proteomic analysis of isolated LBs identifies adipophilin and TIP47, various lipid-specific enzymes, cytoskeletal components, chaperones, Ras-related proteins, protein kinase D2, and other regulatory proteins. The association of the Rab proteins 1, 6, 7, 10, and 18 with LBs indicates various connections to other compartments. Our data suggest that LBs are not only involved in the storage of lipids but also participate actively in the cellular signaling network and the homeostasis of lipids.

Interaction of the Hsp90 cochaperone cyclophilin 40 with Hsc70

The high-affinity ligand-binding form of unactivated steroid receptors exists as a multicomponent complex that includes heat shock protein (Hsp)90; one of the immunophilins cyclophilin 40 (CyP40), FKBP51, or FKBP52; and an additional p23 protein component. Assembly of this heterocomplex is mediated by Hsp70 in association with accessory chaperones Hsp40, Hip, and Hop. A conserved structural element incorporating a tetratricopeptide repeat (TPR) domain mediates the interaction of the immunophilins with Hsp90 by accommodating the C-terminal EEVD peptide of the chaperone through a network of electrostatic and hydrophobic interactions. TPR cochaperones recognize the EEVD structural motif common to both Hsp90 and Hsp70 through a highly conserved clamp domain. In the present study, we investigated in vitro the molecular interactions between CyP40 and FKBP52 and other stress-related components involved in steroid receptor assembly, namely Hsp70 and Hop. Using a binding protein-retention assay with CyP40 fused to glutathione S-transferase immobilized on glutathione-agarose, we have identified the constitutively expressed form of Hsp70, heat shock cognate (Hsc)70, as an additional target for CyP40. Deletion mapping studies showed the binding determinants to be similar to those for CyP40-Hsp90 interaction. Furthermore, a mutational analysis of CyP40 clamp domain residues confirmed the importance of this motif in CyP40-Hsc70 interaction. Additional residues thought to mediate binding specificity through hydrophobic interactions were also important for Hsc70 recognition. CyP40 was shown to have a preference for Hsp90 over Hsc70. Surprisingly, FKBP52 was unable to compete with CyP40 for Hsc70 binding, suggesting that FKBP52 discriminates between the TPR cochaperone-binding sites in Hsp90 and Hsp70. Hop, which contains multiple units of the TPR motif, was shown to be a direct competitor with CyP40 for Hsc70 binding. Similar to Hop, CyP40 was shown not to influence the adenosine triphosphatase activity of Hsc70. Our results suggest that CyP40 may have a modulating role in Hsc70 as well as Hsp90 cellular function.

On the optimal ratio of heavy to light chain genes for efficient recombinant antibody production by CHO cells

Monoclonal antibodies (Mab) are heterotetramers consisting of an equimolar ratio of heavy chain (HC) and light chain (LC) polypeptides. Accordingly, most recombinant Mab expression systems utilize an equimolar ratio of heavy chain (he) to light chain (lc) genes encoded on either one or two plasmids. However, there is no evidence to suggest that this gene ratio is optimal for stable or transient production of recombinant Mab. In this study we have determined the optimal ratio of hc:lc genes for production of a recombinant IgG(4) Mab, cB72.3, by Chinese hamster ovary (CHO) cells using both empirical and mathematical modeling approaches. Polyethyleneimine-mediated transient expression of cB72.3 at varying ratios of hc:lc genes encoded on separate plasmids yielded an optimal Mab titer at a hc:lc gene ratio of 3:2; a conclusion confirmed by separate mathematical modeling of the Mab folding and assembly process using transient expression data. On the basis of this information, we hypothesized that utilization of he genes at low hc:lc gene ratios is more efficient. To confirm this, cB72.3 Mab was transiently produced by CHO cells at constant he and varying lc gene dose. Under these conditions, Mab yield was increased with a concomitant increase in lc gene dose. To determine if the above findings also apply to stably transfected CHO cells producing recombinant Mab, we compared the intra- and extracellular ratios of HC and LC polypeptides for three GS-CHO cells lines transfected with a 1:1 ratio of hc:lc genes and selected for stable expression of the same recombinant Mab, cB72.3. Intra- and extracellular HC:LC polypeptide ratios ranged from 1:2 to 1:5, less than that observed on transient expression of the same Mab in parental CHO cells using the same vector. In conclusion, our data suggest that the optimal ratio of hc:lc genes used for transient and stable expression of Mab differ. In the case of the latter, we infer that optimal Mab production by stably transfected cells represents a compromise between HC abundance limiting productivity and the requirement for excess LC to render Mab folding and assembly more efficient.

Knots in rings - The circular knotted protein momordica cochinchinensis trypsin inhibitor-II folds via a stable two-disulfide intermediate

The aim of this work was to elucidate the oxidative folding mechanism of the macrocyclic cystine knot protein MCoTI-II. We aimed to investigate how the six-cysteine residues distributed on the circular backbone of the reduced unfolded peptide recognize their correct partner and join up to form a complex cystine-knotted topology. To answer this question, we studied the oxidative folding of the naturally occurring peptide using a range of spectroscopic methods. For both oxidative folding and reductive unfolding, the same disulfide intermediate species was prevalent and was characterized to be a native-like two-disulfide intermediate in which the Cys(1)-Cys(18) disulfide bond was absent. Overall, the folding pathway of this head-to-tail cyclized protein was found to be similar to that of linear cystine knot proteins from the squash family of trypsin inhibitors. However, the pathway differs in an important way from that of the cyclotide kalata B1, in that the equivalent two-disulfide intermediate in that case is not a direct precursor of the native protein. The size of the embedded ring within the cystine knot motif appears to play a crucial role in the folding pathway. Larger rings contribute to the independence of disulfides and favor an on-pathway native-like intermediate that has a smaller energy barrier to cross to form the native fold. The fact that macrocyclic proteins are readily able to fold to a complex knotted structure in vitro in the absence of chaperones makes them suitable as protein engineering scaffolds that have remarkable stability.