Das wasserlösliche Chlorophyll-Protein (WSCP): biochemische Charakterisierung und Untersuchungen zur biologischen Funktion

Das WSCP (water-soluble chlorophyll protein) der Brassicaceen ist das einzig bekannte Chlorophyll-bindende Protein, welches keine Carotinoide bindet. Es ist ein wasserlösliches, ca. 80 kDa großes Homotetramer mit 1-4 gebundenen Chlorophyllen. Das Protein ist äußerst stabil und vermag die gebundenen Chlorophylle vor Photooxidation zu schützen. Seine Funktion in der Pflanze ist bis heute ein Rätsel und sollte in dieser Arbeit zusammen mit seinen biochemischen Eigenschaften weiter aufgeklärt werden. Es wurden Versuche durchgeführt mit nativem und rekombinantem WSCP aus Blumenkohl (BoWSCP bzw. BoWSCPhis) und aus Arabidopsis thaliana (AtWSCP bzw. AtWSCPhis). Die Expressionsausbeute von BoWSCPhis konnte verbessert werden und zusätzlich wurde die Rekonstitutionsmethode für das rekombinante WSCP optimiert, sodass das pigmentierte Protein mit hoher Ausbeute und großer Reinheit gewonnen werden konnte. Zudem wurde ein neuer WSCP-Klon hergestellt, mBoWSCPhis, der in seiner Sequenz dem maturen nativen BoWSCP entspricht und weitaus weniger Aggregationsprobleme zeigte als BoWSCPhis. Weiterführende Versuche zur Stabilität und dem Oligomerisierungsgrad von WSCP haben die neue Erkenntnis erbracht, dass die Phytolschwänze der von WSCP gebundenen Chlorophylle zwar essentiell sind für die Stabilität von WSCP-Oligomeren, nicht aber für die Oligomerisierung selbst, wie es in der Literatur bislang postuliert wurde. Zusätzlich zu ihrer außerordentlichen Hitzestabilität erwiesen sich die Chl-WSCP-Komplexe als stabil in einem breiten pH-Spektrum. AtWSCPhis besaß eine vergleichbare Stabilität, und auch das Oligomerisierungsverhalten zeigte Ähnlichkeiten zu BoWSCPhis. Im Rahmen einer Forschungskooperation mit dem Institut für Optik und Atomare Physik der TU Berlin wurden zeitaufgelöste Absorptionsspektren sowie Tieftemperatur-Fluoreszenzspektren an Chl-WSCP-Komplexen gemessen. Die Ergebnisse zeigten deutlich, dass die WSCP-gebundenen Chlorophylle excitonisch gekoppelt sind und wiesen zudem auf unterschiedliche Chl-Bindungsmodi hin. Aufgrund seines einfachen Aufbaus und seines geringen Chlorophyllgehalts hat sich WSCP bei diesen Versuchen als sehr geeignetes Modellsystem erwiesen, um Messungen zur Chlorophyllbindung mit Vorhersagen aus theoretischen Modellen zu vergleichen. Bei den Experimenten zur biologischen Funktion wurden einerseits Arabidopsis thaliana WSCP-„knock-out“-Pflanzen unter verschiedenen Bedingungen charakterisiert, andererseits wurden Experimente mit rekombinantem WSCP durchgeführt, um eine mögliche Interaktion mit anderen Proteinen zu detektieren. Die vegetativen Stadien der Mutante zeigten keinen Phänotyp; das native Arabidopsis-WSCP konnte später bei der Wildtyp-Pflanze ausschließlich in jungen Schoten lokalisiert werden, was eine Erklärung hierfür lieferte. Rekombinantes WSCP konnte Chlorophylle aus nativem LHCII entfernen, eine Interaktion mit Chlorophyllase konnte jedoch nicht nachgewiesen werden; daher konnte auch die Hypothese, WSCP sei ein Chl-Carrier beim Chl-Abbau, nicht untermauert werden. Bei den durchgeführten Enzym-Assays wurde eine geringfügige Inhibition der Cysteinprotease Papain beobachtet, aber keine Inhibition der Serinprotease Trypsin, obwohl Blumenkohl-WSCP N-proximal das Motiv der Künitz-Proteaseinhibitoren besitzt. Die Frage nach der biologischen Funktion von WSCP bleibt also weiterhin offen.

TGF-b2 induction regulates invasiveness of Theileria-transformed leukocytes and disease susceptibility

Theileria parasites invade and transform bovine leukocytes causing either East Coast fever (T. parva), or tropical theileriosis (T. annulata). Susceptible animals usually die within weeks of infection, but indigenous infected cattle show markedly reduced pathology, suggesting that host genetic factors may cause disease susceptibility. Attenuated live vaccines are widely used to control tropical theileriosis and attenuation is associated with reduced invasiveness of infected macrophages in vitro. Disease pathogenesis is therefore linked to aggressive invasiveness, rather than uncontrolled proliferation of Theileria-infected leukocytes. We show that the invasive potential of Theileria-transformed leukocytes involves TGF-b signalling. Attenuated live vaccine lines express reduced TGF-b2 and their invasiveness can be rescued with exogenous TGF-b. Importantly, infected macrophages from disease susceptible Holstein-Friesian (HF) cows express more TGF-b2 and traverse Matrigel with great efficiency compared to those from disease-resistant Sahiwal cattle. Thus, TGF-b2 levels correlate with disease susceptibility. Using fluorescence and time-lapse video microscopy we show that Theileria-infected, disease-susceptible HF macrophages exhibit increased actin dynamics in their lamellipodia and podosomal adhesion structures and develop more membrane blebs. TGF-b2-associated invasiveness in HF macrophages has a transcription-independent element that relies on cytoskeleton remodelling via activation of Rho kinase (ROCK). We propose that a TGF-b autocrine loop confers an amoeboid-like motility on Theileria-infected leukocytes, which combines with MMP-dependent motility to drive invasiveness and virulence.

Flagella and chemotaxis are required for efficient induction of Salmonella enterica serovar Typhimurium colitis in streptomycin-pretreated mice.

Salmonella enterica subspecies 1 serovar Typhimurium is a common cause of gastrointestinal infections. The host's innate immune system and a complex set of Salmonella virulence factors are thought to contribute to enteric disease. The serovar Typhimurium virulence factors have been studied extensively by using tissue culture assays, and bovine infection models have been used to verify the role of these factors in enterocolitis. Streptomycin-pretreated mice provide an alternative animal model to study enteric salmonellosis. In this model, the Salmonella pathogenicity island 1 type III secretion system has a key virulence function. Nothing is known about the role of other virulence factors. We investigated the role of flagella in murine serovar Typhimurium colitis. A nonflagellated serovar Typhimurium mutant (fliGHI) efficiently colonized the intestine but caused little colitis during the early phase of infection (10 and 24 h postinfection). In competition assays with differentially labeled strains, the fliGHI mutant had a reduced capacity to get near the intestinal epithelium, as determined by fluorescence microscopy. A flagellated but nonchemotactic cheY mutant had the same virulence defects as the fliGHI mutant for causing colitis. In competitive infections, both mutants colonized the intestine of streptomycin-pretreated mice by day 1 postinfection but were outcompeted by the wild-type strain by day 3 postinfection. Together, these data demonstrate that flagella are required for efficient colonization and induction of colitis in streptomycin-pretreated mice. This effect is mostly attributable to chemotaxis. Recognition of flagellar subunits (i.e., flagellin) by innate immune receptors (i.e., Toll-like receptor 5) may be less important.

INDUCTION OF DNA STRAND BREAKS AND CROSS-LINKS BY THE NEW ANTICANCER AGENT 3,6-DIAZIRIDINYL-2,5-BIS(CARBOETHOXYAMINO) -1,4-BENZOQUINONE

The DNA breakage effect of the anticancer agent 3,6-diaziridinyl-2,5-bis(carboethoxyamino)-1,4-benzoquinone (AZQ, NSC-182986) on bacteriophage PM2 DNA was investigated using agarose gel electrophoresis. AZQ caused both single-stranded and double-stranded breaks after reduction with NaBH(,4), but it was not active in the native state. At 120 (mu)M, it degraded 50% of the closed circular form I DNA into 40% form II DNA (single-stranded break) and 10% form III DNA (double-stranded break). It produced a dose-response breakage between 1 (mu)M and 320 (mu)M. The DNA breakage exhibited a marked pH dependency. At 320 (mu)M, AZQ degraded 80% and 60% of form I DNA at pH 4 and 10 respectively, but none between pH 6 to 8. The DNA breakage at physiologic pH was greatly enhanced when 10 (mu)M cupric sulfate was included in the incubation mixture. The DNA strand scission was inhibited by catalase, glutathione, KI, histidine, Tiron, and DABCO. These results suggest that the DNA breakage may be caused by active oxygen metabolites including hydroxyl free radical. The bifunctional cross-linking activity of reduced AZQ on isolated calf thymus DNA was investigated by ethidium fluorescence assay. The cross-linking activity exhibited a similar pH dependency; highest in acidic and alkaline pH, inactive under neutral conditions. Using the alkaline elution method, we found that AZQ induced DNA single-stranded breaks in Chinese hamster ovary cells treated with 50 (mu)M of AZQ for 2 hr. The single-stranded break frequencies in rad equivalents were 17 with 50 (mu)M and 140 with 100 (mu)M of AZQ. In comparison, DNA cross-links appeared in cells treated with only 1 to 25 (mu)M of AZQ for 2 hr. The cross-linking frequencies in rad equivalents were 39 and 90 for 1 and 5 (mu)M of AZQ, respectively. Both DNA-DNA and DNa-protein cross-links were induced by AZQ in CHO cells as revealed by the proteinas K digestion assay. DNA cross-links increased within the first 4 hr of incubation in drug-free medium and slightly decreased by 12 hr, and most of the cross-links disappeared after cells were allowed to recovered for 24 hr.^ By electrochemical analysis, we found that AZQ was more readily reduced at acidic pH. However, incubation of AZQ with NaBH(,4) at pH 7.8 or 10, but not at 4, produced superoxide anion. The opening of the aziridinyl rings of AZQ at pH 4 was faster in the presence of NaBH(,4) than in its absence; no ring-opening was detected at pH 7.8 regardless of the inclusion of NaBH(,4). . . . (Author's abstract exceeds stipulated maximum length. Discontinued here with permission of author.) UMI ^