Differential recognition of Staphylococcus aureus quorum-sensing signals depends on both extracellular loops 1 and 2 of the transmembrane sensor AgrC.

Virulence in Staphylococcus aureus is regulated via agr-dependent quorum sensing in which an autoinducing peptide (AIP) activates AgrC, a histidine protein kinase. AIPs are usually thiolactones containing seven to nine amino acid residues in which the thiol of the central cysteine is linked to the alpha-carboxyl of the C-terminal amino acid residue. The staphylococcal agr locus has diverged such that the AIPs of the four different S. aureus agr groups self-activate but cross-inhibit. Consequently, although the agr system is conserved among the staphylococci, it has undergone significant evolutionary divergence whereby to retain functionality, any changes in the AIP-encoding gene (agrD) that modifies AIP structure must be accompanied by corresponding changes in the AgrC receptor. Since AIP-1 and AIP-4 only differ by a single amino acid, we compared the transmembrane topology of AgrC1 and AgrC4 to identify amino acid residues involved in AIP recognition. As only two of the three predicted extracellular loops exhibited amino acid differences, site-specific mutagenesis was used to exchange the key AgrC1 and AgrC4 amino acid residues in each loop either singly or in combination. A novel lux-based agrP3 reporter gene fusion was constructed to evaluate the response of the mutated AgrC receptors. The data obtained revealed that while differential recognition of AIP-1 and AIP-4 depends primarily on three amino acid residues in loop 2, loop 1 is essential for receptor activation by the cognate AIP. Furthermore, a single mutation in the AgrC1 loop 2 resulted in conversion of (Ala5)AIP-1 from a potent antagonist to an activator, essentially resulting in the forced evolution of a new AIP group. Taken together, our data indicate that loop 2 constitutes the predicted hydrophobic pocket that binds the AIP thiolactone ring while the exocyclic amino acid tail interacts with loop 1 to facilitate receptor activation.

Quasispecies of hepatitis C virus genotype 1 and treatment outcome with Peginterferon and Ribavirin

The majority of patients with chronic hepatitis C fail to respond to antiviral therapy. The genetic basis of this resistance is unknown. The quasispecies nature of HCV may have an important implication concerning viral persistence and response to therapy. The HCV nonstructural 5A (NS5A) protein has been controversially implicated in the inherent resistance of HCV to interferon (IFN) antiviral therapy. To evaluate whether the NS5A quasispecies pre-treatment composition of HCV 1a/1b is related to responsiveness to combined pegylated interferon (PEG-IFN) and Ribavirin therapy, detailed analyses of the complete NS5A were performed. Fifteen full-length NS5A clones were sequenced from 11 pretreatment samples of patients infected with genotype 1 HCV (3 virological sustained responders, 4 non-responders, and 4 end-of-treatment responders). Our study could not show a significant correlation between the mean number of mutations in HCV NS5A before treatment and treatment outcome, and the phylogenetic construction of complete NS5A sequences obtained from all patients failed to show any clustering associated with a specific response pattern. No single amino acid position was associated with different responses to therapy in any of the NS5A regions analyzed, and mutations were clustered downstream the ISDR, primarily in the V3 region. We observed that the CRS and NLS regions of the NS5A protein were conflicting for some variables analyzed, although no significant differences were found. If these two regions can have antagonistic functions, it seems viable that they present different mutation profiles when compared with treatment response. The patient sample that presented the lowest genetic distance values also presented the smallest number of variants, and the most heterogeneous pattern was seen in the end-of-treatment patients. These results suggest that a detailed molecular analysis of the NS5A region on a larger sample size may be necessary for understanding its role in the therapy outcome of HCV 1a/1b infection. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Mechanism of Action and Relationship Between Structure and Biological Activity of Ctx-Ha: A New Ceratotoxin-like Peptide from Hypsiboas albopunctatus

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Novel wasp toxin discriminates between neuronal and cardiac sodium channels

Pompilidotoxins (PMTXs), derived from the venom of solitary wasp has been known to facilitate synaptic transmission in the lobster neuromuscular junction, and a recent further study from rat trigeminal neurons revealed that the toxin slows Na+ channel inactivation without modifying activation process. Here we report that beta -PMTX modifies rat brain type II Na+ channel alpha -subunit (rBII) expressed in human embryonic kidney cells but fails to act on the rat heart alpha -subunit (rH1) at similar concentrations. We constructed a series of chimeric mutants of rBII and rH1 Na+ channels and compared modification of the steady-state Na+ currents by beta -PMTX. We found that a difference in a single amino acid between Glu-1616 in rBII and Gln-1615 in rH1 at the extracellular loop of D4S3-S4 is crucial for the action of beta -PMTX. PMTXs, which are small peptides with 13 amino acids, would be a potential tool for exploring a new functional moiety of Na+ channels.

Análise comparativa da variação entre quasiespecies do Vírus da Hepatite C genótipo 1 em amostras prétratamento de pacientes tratados com Peginterferon

Pós-graduação em Genética - IBILCE

Biochemical analysis of the phosphatase domain of the human soluble epoxide hydrolase (sEH)

Die lösliche Epoxidhydrolase (sEH) gehört zur Familie der Epoxidhydrolase-Enzyme. Die Rolle der sEH besteht klassischerweise in der Detoxifikation, durch Umwandlung potenziell schädlicher Epoxide in deren unschädliche Diol-Form. Hauptsächlich setzt die sEH endogene, der Arachidonsäure verwandte Signalmoleküle, wie beispielsweise die Epoxyeicosatrienoic acid, zu den entsprechenden Diolen um. Daher könnte die sEH als ein Zielenzym in der Therapie von Bluthochdruck und Entzündungen sowie diverser anderer Erkrankungen eingesetzt werden. rnDie sEH ist ein Homodimer, in dem jede Untereinheit aus zwei Domänen aufgebaut ist. Das katalytische Zentrum der Epoxidhydrolaseaktivität befindet sich in der 35 kD großen C-terminalen Domäne. Dieser Bereich der sEH s wurde bereits im Detail untersucht und nahezu alle katalytischen Eigenschaften des Enzyms sowie deren dazugehörige Funktionen sind in Zusammenhang mit dieser Domäne bekannt. Im Gegensatz dazu ist über die 25 kD große N-terminale Domäne wenig bekannt. Die N-terminale Domäne der sEH wird zur Haloacid Dehalogenase (HAD) Superfamilie von Hydrolasen gezählt, jedoch war die Funktion dieses N-terminal Domäne lange ungeklärt. Wir haben in unserer Arbeitsgruppe zum ersten Mal zeigen können, dass die sEH in Säugern ein bifunktionelles Enzym ist, welches zusätzlich zur allgemein bekannten Enzymaktivität im C-terminalen Bereich eine weitere enzymatische Funktion mit Mg2+-abhängiger Phosphataseaktivität in der N-terminalen Domäne aufweist. Aufgrund der Homologie der N-terminalen Domäne mit anderen Enzymen der HAD Familie wird für die Ausübung der Phosphatasefunktion (Dephosphorylierung) eine Reaktion in zwei Schritten angenommen.rnUm den katalytischen Mechanismus der Dephosphorylierung weiter aufzuklären, wurden biochemische Analysen der humanen sEH Phosphatase durch Generierung von Mutationen im aktiven Zentrum mittels ortsspezifischer Mutagenese durchgeführt. Hiermit sollten die an der katalytischen Aktivität beteiligten Aminosäurereste im aktiven Zentrum identifiziert und deren Rolle bei der Dephosphorylierung spezifiziert werden. rnrnAuf Basis der strukturellen und möglichen funktionellen Ähnlichkeiten der sEH und anderen Mitgliedern der HAD Superfamilie wurden Aminosäuren (konservierte und teilweise konservierte Aminosäuren) im aktiven Zentrum der sEH Phosphatase-Domäne als Kandidaten ausgewählt.rnVon den Phosphatase-Domäne bildenden Aminosäuren wurden acht ausgewählt (Asp9 (D9), Asp11 (D11), Thr123 (T123), Asn124 (N124), Lys160 (K160), Asp184 (D184), Asp185 (D185), Asn189 (N189)), die mittels ortsspezifischer Mutagenese durch nicht funktionelle Aminosäuren ausgetauscht werden sollten. Dazu wurde jede der ausgewählten Aminosäuren durch mindestens zwei alternative Aminosäuren ersetzt: entweder durch Alanin oder durch eine Aminosäure ähnlich der im Wildtyp-Enzym. Insgesamt wurden 18 verschiedene rekombinante Klone generiert, die für eine mutante sEH Phosphatase Domäne kodieren, in dem lediglich eine Aminosäure gegenüber dem Wildtyp-Enzym ersetzt wurde. Die 18 Mutanten sowie das Wildtyp (Sequenz der N-terminalen Domäne ohne Mutation) wurden in einem Expressionsvektor in E.coli kloniert und die Nukleotidsequenz durch Restriktionsverdau sowie Sequenzierung bestätigt. Die so generierte N-terminale Domäne der sEH (25kD Untereinheit) wurde dann mittels Metallaffinitätschromatographie erfolgreich aufgereinigt und auf Phosphataseaktivität gegenüber des allgemeinen Substrats 4-Nitophenylphosphat getestet. Diejenigen Mutanten, die Phosphataseaktivität zeigten, wurden anschließend kinetischen Tests unterzogen. Basiered auf den Ergebnissen dieser Untersuchungen wurden kinetische Parameter mittels vier gut etablierter Methoden berechnet und die Ergebnisse mit der „direct linear blot“ Methode interpretiert. rnDie Ergebnisse zeigten, dass die meisten der 18 generierten Mutanten inaktiv waren oder einen Großteil der Enzymaktivität (Vmax) gegenüber dem Wildtyp verloren (WT: Vmax=77.34 nmol-1 mg-1 min). Dieser Verlust an Enzymaktivität ließ sich nicht durch einen Verlust an struktureller Integrität erklären, da der Wildtyp und die mutanten Proteine in der Chromatographie das gleiche Verhalten zeigten. Alle Aminosäureaustausche Asp9 (D9), Lys160 (K160), Asp184 (D184) und Asn189 (N189) führten zum kompletten Verlust der Phosphataseaktivität, was auf deren katalytische Funktion im N-terminalen Bereich der sEH hindeutet. Bei einem Teil der Aminosäureaustausche die für Asp11 (D11), Thr123 (T123), Asn124 (N124) und Asn185 (D185) durchgeführt wurden, kam es, verglichen mit dem Wildtyp, zu einer starken Reduktion der Phosphataseaktivität, die aber dennoch für die einzelnen Proteinmutanten in unterschiedlichem Ausmaß zu messen war (2 -10% and 40% of the WT enzyme activity). Zudem zeigten die Mutanten dieser Gruppe veränderte kinetische Eigenschaften (Vmax allein oder Vmax und Km). Dabei war die kinetische Analyse des Mutanten Asp11  Asn aufgrund der nur bei dieser Mutanten detektierbaren starken Vmax Reduktion (8.1 nmol-1 mg-1 min) und einer signifikanten Reduktion der Km (Asp11: Km=0.54 mM, WT: Km=1.3 mM), von besonderem Interesse und impliziert eine Rolle von Asp11 (D11) im zweiten Schritt der Hydrolyse des katalytischen Zyklus.rnZusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass alle in dieser Arbeit untersuchten Aminosäuren für die Phosphataseaktivität der sEH nötig sind und das aktive Zentrum der sEH Phosphatase im N-terminalen Bereich des Enzyms bilden. Weiterhin tragen diese Ergebnisse zur Aufklärung der potenziellen Rolle der untersuchten Aminosäuren bei und unterstützen die Hypothese, dass die Dephosphorylierungsreaktion in zwei Schritten abläuft. Somit ist ein kombinierter Reaktionsmechanismus, ähnlich denen anderer Enzyme der HAD Familie, für die Ausübung der Dephosphorylierungsfunktion denkbar. Diese Annahme wird gestützt durch die 3D-Struktur der N-terminalen Domäne, den Ergebnissen dieser Arbeit sowie Resultaten weiterer biochemischer Analysen. Der zweistufige Mechanismus der Dephosphorylierung beinhaltet einen nukleophilen Angriff des Substratphosphors durch das Nukleophil Asp9 (D9) des aktiven Zentrums unter Bildung eines Acylphosphat-Enzym-Zwischenprodukts, gefolgt von der anschließenden Freisetzung des dephosphorylierten Substrats. Im zweiten Schritt erfolgt die Hydrolyse des Enzym-Phosphat-Zwischenprodukts unterstützt durch Asp11 (D11), und die Freisetzung der Phosphatgruppe findet statt. Die anderen untersuchten Aminosäuren sind an der Bindung von Mg 2+ und/oder Substrat beteiligt. rnMit Hilfe dieser Arbeit konnte der katalytischen Mechanismus der sEH Phosphatase weiter aufgeklärt werden und wichtige noch zu untersuchende Fragestellungen, wie die physiologische Rolle der sEH Phosphatase, deren endogene physiologische Substrate und der genaue Funktionsmechanismus als bifunktionelles Enzym (die Kommunikation der zwei katalytischen Einheiten des Enzyms) wurden aufgezeigt und diskutiert.rn

Funktion der C 4-Dicarboxylat-Transporter DctA und DcuB als Co-Sensoren von DcuS in Escherichia coli

Escherichia coli kann C4-Dicarboxylate sowohl unter aeroben als auch unter anaeroben Bedingungen zur Energiekonservierung nutzen. Die Synthese der beteiligten Transporter und Enzyme wird auf der Transkriptionsebene durch das Zweikomponentensystem DcuSR reguliert. DcuS ist der Sensor für C4-Dicarboxylate. Der Antwortregulator DcuR wird von DcuS aktiviert und induziert die Expression des C4-Dicarboxylat-Transporters DctA unter aeroben Verhältnissen. Anaerob verstärkt DcuSR die Expression des Fumarat/Succinat-Antiporters DcuB, der Fumarase B und der Fumaratreduktase FrdABCD. DctA und DcuB agieren als Co-Sensoren von DcuS und üben einen negativen Effekt auf die Genexpression von dctA bzw. dcuB aus.rnIn dieser Arbeit wurde die Funktion von DctA und DcuB als Co-Sensoren von DcuS untersucht. Sowohl für DcuB als auch für DctA wurde eine direkte Protein-Protein-Interaktion mit DcuS über ein bakterielles Two-Hybrid System nachgewiesen. DcuS bildete ein Transporter-Sensor-Cluster mit DctA und DcuB. C-terminale Verkürzung und die Mutagenese einzelner Aminosäuren der C-terminalen Helix 8b von DctA führten zu einem Verlust der Interaktion mit DcuS. Mit dieser Interaktion gingen sowohl die regulatorische Funktion als auch die Transportfunktion der Punktmutante DctA-L414A verloren. Ein Verlust der Interaktion wurde ebenfalls zwischen einer konstitutiv aktiven DcuS-Mutante und wildtypischem DctA beobachtet. Ebenso zeigte sich eine partielle Reduktion der Interaktion von DcuS mit DctA, wenn DcuS nach der zweiten Transmembranhelix verkürzt wurde. Die Interaktion zwischen DcuS und DctA wurde durch den Effektor Fumarat modifiziert, ging aber nicht komplett verloren.rnDctA konnte in verschiedenen Plasmidsystemen überproduziert werden und bildete Homotrimere. Die Topologie von DctA wurde mit experimentellen und in silico Methoden aufgeklärt. DctA ähnelt der Struktur und Topologie des Aminosäuretransporters Glt aus Pyrococcus horikoshii. DctA besitzt acht Transmembranhelices mit einem cytosolischen N- und C-Terminus sowie zwei Haarnadelschleifen. Die Substratbindung findet höchstwahrscheinlich in den Haarnadelschleifen statt und der Transport erfolgt nach dem „alternating access“ Modell.rnAußerdem wurde die Funktion des Transporters YfcC untersucht. Das Gen yfcC wurde mit Schlüsselgenen des Acetatstoffwechsels co-transkribiert. In yfcC-Deletionsstämmen zeigte sich ein stammspezifischer Defekt bei Wachstum mit Acetat und Transport von Acetat.

TBX3-Mutationsanalysen und Konstruktion einer Zelllinie für TBX2-Inhibitorscreenings

Die nahe verwandten T-box Transkriptionsfaktoren TBX2 und TBX3 werden in zahlreichen humanen Krebsarten überexprimiert, insbesondere in Brustkrebs und Melanomen. Die Überexpression von TBX2 und TBX3 hat verschiedene zelluläre Effekte, darunter die Unterdrückung der Seneszenz, die Förderung der Epithelialen-Mesenchymalen Transition sowie invasive Zellmotilität. Im Gegensatz dazu führt ein Funktionsverlust von TBX3 und der meisten anderen humanen T-box-Gene zu haploinsuffizienten Entwicklungsdefekten. Durch Sequenzierung des Exoms von Brustkrebsproben identifizierten Stephens et al. fünf verschiedene Mutationen in TBX3, welche allesamt die DNA-bindende T-box-Domäne betrafen. Die In-Frame-Deletion N212delN wurde zweimal gefunden. Aus der Anhäufung der Mutationen innerhalb der T-box-Domäne wurde geschlossen, dass TBX3 bei Brustkrebs ein Treibergen ist. Da Mutationen innerhalb der T-box-Domäne im Allgemeinen zu einem Funktionsverlust führen, aber die onkogene Aktivität von TBX3 meist auf eine Überexpression zurückzuführen ist, wurden die potentiellen Treibermutationen hinsichtlich einer verminderten oder gesteigerten TBX3-Funktion geprüft. Getestet wurden zwei In-Frame Deletionen, eine Missense- sowie eine Frameshift-Mutante bezüglich der DNA-Bindung in vitro und der Zielgen-Repression in Zellkultur. Zusätzlich wurde eine in silico Analyse der im The Cancer Genome Atlas (TCGA) gelisteten somatischen TBX-Brustkrebsmutationen durchgeführt. Sowohl die experimentelle als auch die in silico Analyse zeigten, dass die untersuchten Mutationen vorwiegend zum Verlust der TBX3-Funktion führen. Um den Mechanismus der Genrepression durch TBX3 besser zu verstehen, wurden weitere TBX3-Mutanten bezüglich ihrer Wirkung auf die p21-Promotoraktivität (p21-Luc-Reporter und endogene p21-Expression) analysiert. Wildtypische p21-Luc-Repression zeigten die zwei Mutationen S674A (Phosphorylierung) und D275K (SUMOylierung), welche posttranslationale Modifikationen verhindern, sowie die Interaktion mit dem Tumorsuppressor Rb1 unterbindende M302A/V304A-Mutation. Erstaunlicherweise war die endogene p21-Repression dieser Mutanten stärker als die des wildtypischen TBX3-Proteins. Alle drei Mutationen führten zu einer Stabilisierung des TBX3-Proteins. Die ursprünglich in Patienten mit Ulna-Mamma Syndrom identifizierte, DNA-bindungsdefekte Y149S-Mutante konnte weder p21-Luc noch endogenes p21 reprimieren. Mutationen in potentiellen Interaktionsdomänen für die Bindung der Co-Repressoren Groucho und C-terminalem Bindeprotein zeigten sowohl auf p21-Luc als auch auf endogenes p21-Gen wildtypische Repressoraktivität, so dass diese Co-Repressoren in COS-7-Zellen wahrscheinlich nicht an der Repression dieses Gens beteiligt sind. Da TBX2 und TBX3 interessante Ziele zur direkten Krebsbekämpfung darstellen, sollte ein zelluläres Reportersystem zur Identifikation TBX2-inhibierender, pharmakologisch aktiver Substanzen etabliert werden. Dazu sollte eine stabile Zelllinie mit vom p21-Promotor reguliertem d2EGFP-Reporter und Doxyzyklin-induzierbarem TBX2-Protein erzeugt werden, da ektopische Expression von TBX2 genetische Instabilität und Toxizität induzieren kann. In dieser Zelllinie sollte die TBX2-Expression zur Reduktion der d2EGFP-Fluoreszenz führen. Zur Erzeugung der Zelllinie wurden die folgenden drei Konstrukte Schritt-für-Schritt stabil in das Genom der Zielzelllinie COS-7 integriert: pEF1alpha-Tet3G, pTRE3G-TBX2 und p21-d2EGFP. Während die Herstellung der doppelt stabilen COS-7-Zelllinie gelang, scheiterte die Herstellung der dreifach stabilen Zelllinie.

Natural variations at position 93 of the invariant Vα24-Jα18 α chain of human iNKT-cell TCRs strongly impact on CD1d binding

Human invariant natural killer T (NKT) cell TCRs bind to CD1d via an "invariant" Vα24-Jα18 chain (iNKTα) paired to semi-invariant Vβ11 chains (iNKTβ). Single-amino acid variations at position 93 (p93) of iNKTα, immediately upstream of the "invariant" CDR3α region, have been reported in a substantial proportion of human iNKT-cell clones (4-30%). Although p93, a serine in most human iNKT-cell TCRs, makes no contact with CD1d, it could affect CD1d binding by altering the conformation of the crucial CDR3α loop. By generating recombinant refolded iNKT-cell TCRs, we show that natural single-nucleotide variations in iNKTα, translating to serine, threonine, asparagine or isoleucine at p93, exert a powerful effect on CD1d binding, with up to 28-fold differences in affinity between these variants. This effect was observed with CD1d loaded with either the artificial α-galactosylceramide antigens KRN7000 or OCH, or the endogenous glycolipid β-galactosylceramide, and its importance for autoreactive recognition of endogenous lipids was demonstrated by the binding of variant iNKT-cell TCR tetramers to cell surface expressed CD1d. The serine-containing variant showed the strongest CD1d binding, offering an explanation for its predominance in vivo. Complementary molecular dynamics modeling studies were consistent with an impact of p93 on the conformation of the CDR3α loop.

Emergence of linezolid-resistant Staphylococcus aureus after prolonged treatment of cystic fibrosis patients in Cleveland, Ohio

Linezolid (LZD)-resistant Staphylococcus aureus (LRSA) isolates were monitored from 2000 to 2009 in Cleveland, OH. LRSA first emerged in 2004 only in cystic fibrosis (CF) patients, with 11 LRSA-infected CF patients being identified by 2009. LRSA was isolated from 8 of 77 CF patients with S. aureus respiratory tract infection treated with LZD from 2000 to 2006. Analysis of clinical data showed that the 8 CF patients with LRSA received more LZD courses (18.8 versus 5.9; P = 0.001) for a longer duration (546.5 versus 211.9 days; P < 0.001) and had extended periods of exposure to LZD (83.1 versus 30.1 days/year; P < 0.001) than the 69 with LZD-susceptible isolates. Five LRSA isolates included in the clinical analysis (2000 to 2006) and three collected in 2009 were available for molecular studies. Genotyping by repetitive extrapalindromic PCR and pulsed-field gel electrophoresis revealed that seven of these eight LRSA strains from unique patients were genetically similar. By multilocus sequence typing, all LRSA isolates were included in clonal complex 5 (seven of sequence type 5 [ST5] and one of ST1788, a new single-locus variant of ST5). However, seven different variants were identified by spa typing. According to the Escherichia coli numbering system, seven LRSA isolates contained a G2576T mutation (G2603T, S. aureus numbering) in one to four of the five copies of domain V of the 23S rRNA genes. One strain also contained a mutation (C2461T, E. coli numbering) not previously reported. Two strains, including one without domain V mutations, possessed single amino acid substitutions (Gly152Asp or Gly139Arg) in the ribosomal protein L3 of the peptidyltransferase center, substitutions not previously reported in clinical isolates. Emergence of LRSA is a serious concern for CF patients who undergo prolonged courses of LZD therapy.

Heteroresistance to Fosfomycin Is Predominant in Streptococcus pneumoniae and Depends on the murA1 Gene

Fosfomycin targets the first step of peptidoglycan biosynthesis in Streptococcus pneumoniae catalyzed by UDP-N-acetylglucosamine enolpyruvyltransferase (MurA1). We investigated whether heteroresistance to fosfomycin occurs in S. pneumoniae. We found that of 11 strains tested, all but 1 (Hungary(19A)) displayed heteroresistance and that deletion of murA1 abolished heteroresistance. Hungary(19A) differs from the other strains by a single amino acid substitution in MurA1 (Ala364Thr). To test whether this substitution is responsible for the lack of heteroresistance, it was introduced into strain D39. The heteroresistance phenotype of strain D39 was not changed. Furthermore, no relevant structural differences between the MurA1 crystal structures of heteroresistant strain D39 and nonheteroresistant strain Hungary(19A) were found. Our results reveal that heteroresistance to fosfomycin is the predominant phenotype of S. pneumoniae and that MurA1 is required for heteroresistance to fosfomycin but is not the only factor involved. The findings provide a caveat for any future use of fosfomycin in the treatment of pneumococcal infections.

Evidence of viral adaptation to HLA class I-restricted immune pressure in chronic hepatitis C virus infection

Cellular immune responses are an important correlate of hepatitis C virus (HCV) infection outcome. These responses are governed by the host's human leukocyte antigen (HLA) type, and HLA-restricted viral escape mutants are a critical aspect of this host-virus interaction. We examined the driving forces of HCV evolution by characterizing the in vivo selective pressure(s) exerted on single amino acid residues within nonstructural protein 3 (NS3) by the HLA types present in two host populations. Associations between polymorphisms within NS3 and HLA class I alleles were assessed in 118 individuals from Western Australia and Switzerland with chronic hepatitis C infection, of whom 82 (69%) were coinfected with human immunodeficiency virus. The levels and locations of amino acid polymorphisms exhibited within NS3 were remarkably similar between the two cohorts and revealed regions under functional constraint and selective pressures. We identified specific HCV mutations within and flanking published epitopes with the correct HLA restriction and predicted escaped amino acid. Additional HLA-restricted mutations were identified that mark putative epitopes targeted by cell-mediated immune responses. This analysis of host-virus interaction reveals evidence of HCV adaptation to HLA class I-restricted immune pressure and identifies in vivo targets of cellular immune responses at the population level.

Characterisation of six novel A-subunit mutations leading to congenital factor XIII deficiency and molecular analysis of the first diagnosed patient with this rare bleeding disorder

In 1960, the first case report on factor XIII deficiency was published describing a seven-year-old Swiss boy with a so far unknown bleeding disorder. Today, more than 60 mutations in the factor XIIIA- and B-subunit genes are known leading to congenital factor XIII deficiency. In the present study, we describe six novel mutations in the factor XIII A-subunit gene. Additionally, we present the molecular characterisation of the first described patient with congenital factor XIII deficiency. The six novel mutations include a small deletion, Glu202 delG, leading to a premature stop codon and truncation of the protein, and a splice site mutation at the exon 10/intron 10 boundary, +1G/A, giving rise to an incorrect spliced mRNA lacking exons 10 and 11. The remaining four mutations are characterised by the single amino acid changes Met159Arg, Gly215Arg, Trp375Cys, and His716Arg, and were expressed in COS-1 cells. Antigen levels and activity of the mutants were significantly reduced compared to the wild-type. The patient described in 1960 also shows a single amino acid change, Arg77Cys. Structural analysis of all mutant enzymes suggests several mechanisms leading to destabilisation of the protein.

In-frame triplet deletions in RHD alter the D antigen phenotype

BACKGROUND: The deletion of three adjacent nucleotides in an exon may cause the lack of a single amino acid, while the protein sequence remains otherwise unchanged. Only one such in-frame deletion is known in the two RH genes, represented by the RHCE allele ceBP expressing a "very weak e antigen." STUDY DESIGN AND METHODS: Blood donor samples were recognized because of discrepant results of D phenotyping. Six samples came from Switzerland and one from Northern Germany. The molecular structures were determined by genomic DNA nucleotide sequencing of RHD. RESULTS: Two different variant D antigens were explained by RHD alleles harboring one in-frame triplet deletion each. Both single-amino-acid deletions led to partial D phenotypes with weak D antigen expression. Because of their D category V-like phenotypes, the RHD(Arg229del) allele was dubbed DVL-1 and the RHD(Lys235del) allele DVL-2. These in-frame triplet deletions are located in GAGAA or GAAGA repeats of the RHD exon 5. CONCLUSION: Partial D may be caused by a single-amino-acid deletion in RhD. The altered RhD protein segments in DVL types are adjacent to the extracellular loop 4, which constitutes one of the most immunogenic parts of the D antigen. These RhD protein segments are also altered in all DV, which may explain the similarity in phenotype. At the nucleotide level, the triplet deletions may have resulted from replication slippage. A total of nine amino acid positions in an Rhesus protein may be affected by this mechanism.

Stress-induced targeting of molecular chaperones in the yeast Saccharomyces cerevisiae

The eukaryotic stress response is an essential mechanism that helps protect cells from a variety of environmental stresses. Cell death can result if cells are not able to properly adapt and protect themselves against adverse stress conditions. Failure to properly deal with stress has implications in human diseases including neurodegenerative disorders and distinct cancers, emphasizing the importance of understanding the eukaryotic stress response in detail. As part of this response, expression of a battery of heat shock proteins (HSP) is induced, which act as molecular chaperones to assist in the repair or triage of unfolded proteins. The 90-kDa HSP (Hsp90) operates in the context of a multi-chaperone complex to promote the maturation of nuclear and cytoplasmic clients. I have discovered that Hsp90 and the co-chaperone Sba1 accumulate in the nucleus of quiescent Saccharomyces cerevisiae cells in a karyopherin-dependent manner. I isolated nuclear accumulation- defective HSP82 mutant alleles to probe the nature of this targeting event and identified a mutant with a single amino acid substitution (I578F) sufficient to prevent nuclear accumulation of Hsp90 in quiescent cells. Diploid hsp82-I578F cells exhibited pronounced defects in spore wall construction and maturation, resulting in catastrophic sporulation. The mislocalization and sporulation phenotypes were shared by another previously identified HSP82 mutant allele, further linking localization to Hsp90 functional status. Pharmacological inhibition of Hsp90 with macbecin in sporulating diploid cells also blocked spore formation, underscoring the importance of this chaperone in this developmental program. The yeast molecular chaperone Hsp104 is a member of the Hsp100 superfamily of AAA+ ATPases. Unlike the Hsp90 family of chaperones, Hsp104 is not restricted to a specific set of client proteins, but rather assists in reactivating stress-denatured proteins by solubilizing protein aggregates. I have discovered that Hsp104, along with the Hsp70 chaperone, Ssa1, and the sHSP Hsp26 accumulate into RNA processing bodies (P- bodies) and stress granules, sites of mRNA metabolism. I found that Hsp104 recruits both Ssa1 and Hsp26 to P-bodies and that these three chaperones are required for stress granule formation. These findings suggest a possible role for chaperones in mRNA metabolism by aiding in the assembly, disassembly or conversion of these enigmatic mRNP complexes. Taken together, the work presented in this dissertation serves to better understand the eukaryotic stress response by illustrating the importance of subcellular-chaperone localization in key biological processes.