Das Aerosol-Ionenfallen-Massenspektrometer (AIMS) : Aufbau, Charakterisierung und Feldeinsatz

Um die in der Atmosphäre ablaufenden Prozesse besser verstehen zu können, ist es wichtig dort vorhandene Partikel gut charakterisieren zu können. Dazu gehört unter anderem die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung der Partikel. Zur Analyse insbesondere organischer Partikel wurde dazu in einer früheren Promotion das Aerosol-Ionenfallen-Massenspektrometer (AIMS) entwickelt.Im Rahmen dieser Arbeit wurden Entwicklungsarbeiten durchgeführt, um die Charakteristiken des Prototypen zu verbessern sowie es für den Feldeinsatz tauglich zu machen. Die durchgeführten Veränderungen betreffen mechanische und elektrische Komponenten sowie das LabView Steuerungsprogramm. So wurde z.B. die Ionenquelle derart modifiziert, dass die Ionen nicht mehr permanent erzeugt werden, sondern nur innerhalb des Zeitraums wenn sie auch in der Ionenfalle gespeichert werden können. Durch diese Modifikation konnte das Signal-zu-Rausch Verhältnis deutlich verbessert werden. Nach Beendigung der Umbauten wurden in ausführlichen Laborstudien die einzelnen Instrumentenparameter detailliert charakterisiert. Neben den Spannungen die zur Fokussierung oder zur Speicherung der Ionen in der Ionenfalle dienen, wurden die unterschiedlichen Arten der resonanten Anregung, mittels der die Ionen in der Ionenfalle gezielt zu Schwingungen angeregt werden können, sehr genau untersucht. Durch eine gezielte Kombination der unterschiedlichen Arten der resonanten Anregung ist es möglich MSn-Studien durchzuführen. Nach erfolgreicher Charakterisierung konnte in weiteren Laborstudien die MSn-Fähigkeit des AIMS demonstriert werden. Für Tryptophan (C11H12N2O2) wurde anhand von MS4-Studien ausgehend von m/z 130 ein möglicher Fragmentierungsweg identifiziert. Für die einzelnen Stufen der MS4-Studien wurden die Nachweisgrenzen abgeschätzt. Im Rahmen der PARADE (PArticles and RAdicals: Diel observations of the impact of urban and biogenic Emissions) Messkampagne im August/September 2011 auf dem kleinen Feldberg in der Nähe von Frankfurt am Main wurde die Feldtauglichkeit des AIMS demonstriert. Die Nachweisgrenzen liegen für eine Mittelungszeit von 60 Minuten für Organik bei 1,4 µg m-3, für Nitrat bei 0,5 µg m-3 und für Sulfat bei 0,7 µg m-3, was ausreichend ist um atmosphärisches Aerosol messen zu können. Dies ist ein signifikanter Fortschritt im Vergleich zum Prototypen, der aufgrund schlechter Reproduzierbarkeit und Robustheit noch nicht feldtauglich war. Im Vergleich zum HR-ToF-AMS, einem Standard-Aerosolmassenspektrometer, zeigte sich, dass beide Instrumente vergleichbare Trends für die Spezies Nitrat, Sulfat und Organik messen.

Beyond simple proton transfer processes: domino reactions between 4-substituted indoles and nitroethene as a new gateway to ergot alkaloids

The multimodal biology activity of ergot alkaloids is known by humankind since middle ages. Synthetically modified ergot alkaloids are used for the treatment of various medical conditions. Despite the great progress in organic syntheses, the total synthesis of ergot alkaloids remains a great challenge due to the complexity of their polycyclic structure with multiple stereogenic centres. This project has developed a new domino reaction between indoles bearing a Michael acceptor at the 4 position and nitroethene, leading to potential ergot alkaloid precursors in highly enantioenriched form. The reaction was optimised and applied to a large variety of substrate with good results. Even if unfortunately all attempts to further modify the obtained polycyclic structure failed, it was found a reaction able to produce the diastereoisomer of the polycyclic product in excellent yields. The compounds synthetized were characterized by NMR and ESIMS analysis confirming the structure and their enantiomeric excess was determined by chiral stationary phase HPLC. The mechanism of the reaction was evaluated by DFT calculations, showing the formation of a key bicoordinated nitronate intermediate, and fully accounting for the results observed with all substrates. The relative and absolute configuration of the adducts were determined by a combination of NMR, ECD and computational methods.

Antigenspezifische DNA-Immunisierung in Kombination mit IDO-kodierenden Plasmiden zur Therapie der experimentellen Typ I-Allergie

Derzeit stellt die allergenspezifische Immuntherapie die einzige nicht allein antisymptomatische Behandlungsform zur langfristigen Therapie von Typ I-Allergien dar, welche grundlegende Änderungen im immunologischen Geschehen induziert. Sie ist jedoch verbesserungswürdig in Bezug auf Behandlungsdauer, Erfolgschancen und Nebenwirkungen. Daher wurde in dieser Arbeit eine Strategie zur Therapie von Typ I-Allergien entwickelt und evaluiert, welche auf der Inhibition allergenspezifischer T-Zellen durch Dendritische Zellen (DC), die selektiv nach DNA-Immunisierung sowohl das relevante Allergen als auch Indolamin 2,3-dioxygenase (IDO) konstitutiv produzieren, basiert. IDO ist ein Enzym aus dem Tryptophan-Stoffwechsel, dessen Produktion durch DC einen lokalen immunsuppressiven Mechanismus induziert und in verschiedenen Situationen mit der Induktion peripherer Toleranz assoziiert ist. Zunächst wurden Plasmide hergestellt, die entweder IDO alleine oder IDO zusammen mit dem Antigen unter der Kontrolle des ubiquitär aktiven CMV- bzw. des DC-spezifischen Fascin-Promotors kodieren. Die Überprüfung der IDO-Expression durch die monocistronischen Plasmide anhand von Transfektionsexperimenten in vitro ergab, dass die IDO-Expression unter der Kontrolle des CMV-Promotors sehr viel stärker ausfiel als unter der Kontrolle des Fascin-Promotors. Nach Transfektion mit den bicistronischen Vektoren, in denen die Transgene für das Antigen und IDO durch eine IRES-Sequenz verbunden waren, war die IDO-Expression jedoch insgesamt sehr schwach. Im Rahmen der Überprüfung der Funktionalität der IDO-Expressionplasmide in vivo unter Verwendung der Genpistole wurden daher lediglich Plasmide getestet, die alleine IDO unter der Kontrolle des CMV-Promotors bzw. des Fascin-Promotors kodieren. Auch in vivo wurde eine stärkere IDO-Expression nach biolistischer Transfektion mit solchen Vektoren beobachtet, in denen der CMV-Promotor zur Expressionskontrolle verwendet wurde. Die Analyse des Einflusses einer Koexpression von IDO auf die durch biolistische Immunisierung mit einem antigenkodierenden Vektor induzierte systemische Immunantwort offenbarte einen inhibitorischer Effekt für den Fall, dass die Antigenproduktion mittels des Fascin-Promotors auf DC fokussiert war und die Expression des koapplizierten IDO-Transgens unter der Kontrolle des CMV-Promotors stand. In diesem Fall wurde eine Reduktion der antigenspezifischen IgG1- und IgG2a-Produktion, eine verringerte Sekretion von IFN-y durch restimulierte Milz- und Lymphknotenzellen sowie eine Reduktion der Zahl antigenspezifischer CD8+ Effektor-T-Zellen nachgewiesen. Im Mausmodell der IgE-vermittelten Typ I-Allergie wurde weiterhin gezeigt, dass nach prophylaktischer biolistischer Vakzinierung unter Verwendung dieser Vektorkombination eine Inhibition der durch die Vakzinierung bedingten antigenspezifischen Th1-Immunantwort ausgelöst wurde. Die Suppression der Th2-Antwort, welche durch Transfektion mit dem Antigenkodierenden Vektor unter Kontrolle des Fascin-Promotors bewirkt wurde, wurde durch Kotransfektion mit den IDO-kodierenden Vektoren aufrecht erhalten.

Biologisch aktive Sekundärmetabolite aus Pflanzen und Pilzen : Phenanthro-Alkaloide ; phytotoxische Dioxolanone

Als Phenanthro-Alkaloide wird eine kleine Gruppe von pentacyclischen, auf dem Phenanthren-Strukturmotiv basierenden Indolizidinen sowie Chinolizidinen bezeichnet. Von Letztgenannten sind bisher fünf, von den homologen Phenanthroindolizidinen mehr als sechzig natürliche Vertreter gefunden worden. Das wohl bekannteste Alkaloid in dieser Gruppe ist das Indolizidin-Alkaloid Tylophorin, das beispielsweise aus Tylophora indica (Apocynaceae, "Hundsgiftgewächse") gewonnen werden kann. Tylophorin und verwandte Derivate besitzen potente biologische und physiologische Wirkungen. So entfalten sie sowohl antiinflammatorische als auch antineoplastische Effekte (wirksam auch bei MDR-Tumorzelllinien, MDR = "multi drug resistant").rnrnDas Ziel der vorliegenden Arbeit war es, neue Methoden zur Herstellung von Phenanthro-Alkaloiden und deren Derivaten zu entwickeln. Ausgehend von (S)-Prolin konnten sowohl (S)-(+)-Tylophorin (>99% ee) als auch ein bisher noch nicht beschriebenes Derivat, das sich durch eine deutlich geringere Lichtempfindlichkeit im Vergleich zu Tylophorin aus¬zeichnet, in 33%-iger Gesamtausbeute über neun lineare Stufen, hergestellt werden. Die Synthese von (R)-(-)-Tylophorin gelang in analoger Weise aus (R)-Prolin in 21%-iger Ausbeute (93% ee). Der Einsatz von Schutzgruppen war nicht notwendig.rnDer Schlüsselschritt ist in beiden Fällen eine Cyclisierung an eine C=N-Doppelbindung über freie Radikale, die bei der Synthese des neuen Derivats hochstereoselektiv zur Bildung des (13aS,14S) Diastereomers führt. Die Synthese von 7-Methoxycryptopleurin gelang durch eine ähnliche Synthesestrategie. rnrnZur Herstellung von Cryptopleurin ist zunächst ein neuer Syntheseweg für 9-(Hydroxymethyl)-2,3,6-trimethoxyphenanthren entwickelt worden. Dieser führt über den Aufbau eines Biphenylsystems durch palladiumkatalysierte Kreuzkupplung, eine anschließende COREY-FUCHS-Transformation und als Schlüsselschritt über eine Gold-NHC-Komplex katalysierte 6-endo-dig-Cyclisierung zum entsprechenden Phenanthren. Diese Ringschlussreaktion verläuft in gewünschter Weise regioselektiv unter Bildung des 2,3,6-trimethoxysubstituierten Phenanthrens. Die Bil¬dung des regioisomeren 2,3,8-Trimethoxyphenanthrens wird nicht beobachtet. Der Alkohol wird dann in fünf linearen Stufen (34%) in das Xanthogenat überführt, aus dem sich durch eine zweistufige Reaktionssequenz, bestehend aus einer Radikal¬cyclisierung nach ZARD und einer Reduktion mit LiAlH4 das extrem lichtempfindliche und hochtoxische Alkaloid (R)-(-)-Cryptopleurin gewinnen ließ (50%).rnNachdem beide Enantiomere und das Racemat von Tylophorin synthetisiert worden waren und zum Vergleich bereit standen, wurde Tylophorin aus Tylophora indica extrahiert. rnDie Motivation rührte unter anderem daher, dass in der bisherigen Literatur Unstimmigkeiten über das in der Natur vorkommende Enantiomer des Tylophorins herrschten. Vor Beginn dieser Arbeit ging man davon aus, dass in T. indica nur (R)-(-)-Tylophorin vorkommt und für die Diskrepanzen zwischen den berichteten Drehwerten von, aus Pflanzenmaterial isolierten und des synthetisierten Naturstoffs, dessen Zersetzung vor oder während der Messung verantwortlich ist. Dieser Effekt kann zwar auch beobachtet werden, jedoch trägt er nur in geringem Maße zur Erniederigung des Drehwertes bei. Schließlich sind Proben von synthetisiertem Tylophorin in gleichem Maße von der schnell eintretenden Oxidation des Alkaloids betroffen. Aus dem Rohextrakt ist Tylophorin durch RP-HPLC isoliert worden. Anschließend wurde die Probe mittels chiraler HPLC/MS analysiert. Durch den Vergleich mit den bereit stehenden synthetischen Proben von (R)- und (S)-Tylophorin konnte in dieser Arbeit erstmals experimentell belegt werden, dass es sich bei (−)-Tylophorin aus T. indica um ein scalemisches Gemisch im Verhältnis von 56:44 (R:S) handelt.rnrnDas Ziel dieses Teilprojektes war die Entwicklung einer Synthese für den bisher noch nicht synthetisch hergestellten phytotoxischen Sekundärmetabolit (+)-Phenguignardiasäure. Isoliert wurde diese Verbindung aus Guignardia bidwellii, dem Erreger der Schwarzfäule der Weinrebe. Die absolute Konfiguration des quartären Stereozentrums war zu Beginn dieser Arbeit nicht bekannt. Ausgehend von (R)-Phenylmilchsäure und 3-Phenylprop-2-in-1-ol gelang die Synthese beider Enantiomere des Dioxolanons in acht linearen Stufen. Sie liefert den experimentellen Beweis (ECD, Polarimetrie) für die (S)-Konfiguration von natürlicher (+)-Phenguignardiasäure.rnrn

Die Bedeutung von molekularem Sauerstoff für die Evolution des genetischen Codes

Die Entstehung und Evolution des genetischen Codes, der die Nukleotidsequenz der mRNA in die Aminosäuresequenz der Proteine übersetzt, zählen zu den größten Rätseln der Biologie. Die ersten Organismen, die vor etwa 3,8 Milliarden Jahren auf der Erde auftraten, nutzten einen ursprünglichen genetischen Code, der vermutlich ausschließlich abiotisch verfügbare Aminosäuren terrestrischer oder extraterrestrischer Herkunft umfasste. Neue Aminosäuren wurden sukzessive biosynthetisiert und selektiv in den Code aufgenommen, welcher in der modernen Form aus bis zu 22 Aminosäuren besteht. Die Ursachen für die Selektion und die Chronologie ihrer Aufnahme sind bis heute unbekannt und sollten im Rahmen der vorliegenden Arbeit erforscht werden. Auf Grundlage quanten-chemischer Berechnungen konnte in dieser Arbeit zunächst ein Zusammenhang zwischen der HOMO-LUMO-Energiedifferenz (H-L-Distanz), die ein inverses quanten-chemisches Korrelat für allgemeine chemische Reaktivität darstellt, und der chronologischen Aufnahme der Aminosäuren in den genetischen Code aufgezeigt werden. Demnach sind ursprüngliche Aminosäuren durch große H-L-Distanzen und neue Aminosäuren durch kleine H-L-Distanzen gekennzeichnet. Bei einer Analyse des Metabolismus von Tyrosin und Tryptophan, bei denen es sich um die beiden jüngsten Standard-Aminosäuren handelt, wurde ihre Bedeutung als Vorläufer von Strukturen ersichtlich, die sich durch eine hohe Redox-Aktivität auszeichnen und deren Synthese gleichzeitig molekularen Sauerstoff erfordert. Aus diesem Grund wurden die Redox-Aktivitäten der 20 Standard-Aminosäuren gegenüber Peroxylradikalen und weiteren Radikalen getestet. Die Untersuchungen ergaben eine Korrelation zwischen evolutionärem Auftreten und chemischer Reaktivität der jeweiligen Aminosäure, die sich insbesondere in der effizienten Reaktion zwischen Tryptophan bzw. Tyrosin und Peroxylradikalen widerspiegelte. Dies indizierte eine potentielle Bedeutung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) bei der Konstituierung des genetischen Codes. Signifikante Mengen an ROS wurden erst zu Beginn der Oxygenierung der Geobiosphäre, die als Great Oxidation Event (GOE) bezeichnet wird und vor circa 2,3 Milliarden Jahren begann, gebildet und müssen zur oxidativen Schädigung vulnerabler, zellulärer Strukturen geführt haben. Aus diesem Grund wurde das antioxidative Potential von Aminosäuren beim Prozess der Lipidperoxidation untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass lipophile Derivate von Tryptophan und Tyrosin befähigt sind, die Peroxidation von Rattenhirnmembranen zu verhindern und humane Fibroblasten vor oxidativem Zelltod zu schützen. Daraus gründete sich das in dieser Arbeit aufgestellte Postulat eines Selektionsvorteils primordialer Organismen während des GOEs, die Tryptophan und Tyrosin als redox-aktive Aminosäuren in Membranproteine einbauen konnten und somit vor Oxidationsprozessen geschützt waren. Demzufolge wurde die biochemische Reaktivität als Selektionsparameter sowie oxidativer Stress als prägender Faktor der Evolution des genetischen Codes identifiziert.

Attention-deficit hyperactivity disorder (ADHD) and glial integrity: an exploration of associations of cytokines and kynurenine metabolites with symptoms and attention

In contrast to studies of depression and psychosis, the first part of this study showed no major differences in serum levels of cytokines and tryptophan metabolites between healthy children and those with attention-deficit/hyperactivity disorder of the combined type (ADHD). Yet, small decreases of potentially toxic kynurenine metabolites and increases of cytokines were evident in subgroups. Therefore we examined predictions of biochemical associations with the major symptom clusters, measures of attention and response variability.

Mutagenesis and computer modeling studies of a GPCR conserved residue W5.43(194) in ligand recognition and signal transduction for CB2 receptor

W5.43(194), a conserved tryptophan residue among G-protein coupled receptors (GPCRs) and cannabinoid receptors (CB), was examined in the present report for its significance in CB2 receptor ligand binding and adenylyl cyclase (AC) activity. Computer modeling postulates that this site in CB2 may be involved in the affinity of WIN55212-2 and SR144528 through aromatic contacts. In the present study, we reported that a CB2 receptor mutant, W5.43(194)Y, which had a tyrosine (Y) substitution for tryptophan (W), retained the binding affinity for CB agonist CP55940, but reduced binding affinity for CB2 agonist WIN55212-2 and inverse agonist SR144528 by 8-fold and 5-fold, respectively; the CB2 W5.43(194)F and W5.43(194)A mutations significantly affect the binding activities of CP55940, WIN55212-2 and SR144528. Furthermore, we found that agonist-mediated inhibition of the forskolin-induced cAMP production was dramatically diminished in the CB2 mutant W5.43(194)Y, whereas W5.43(194)F and W5.43(194)A mutants resulted in complete elimination of downstream signaling, suggesting that W5.43(194) was essential for the full activation of CB2. These results indicate that both aromatic interaction and hydrogen bonding are involved in ligand binding for the residue W5.43(194), and the mutations of this tryptophan site may affect the conformation of the ligand binding pocket and therefore control the active conformation of the wild type CB2 receptor. W5.43(194)Y/F/A mutations also displayed noticeable enhancement of the constitutive activation probably attributed to the receptor conformational changes resulted from the mutations.

Probing The Active And Allosteric Binding Sites Of Soybean Lipoxygenase-1

Soybean lipoxygenase-1 is a model for lipoxygenase activity. While the mechanism of oxygenation is understood, the substrate binding mechanism has not yet been elucidated. Two putative binding mechanisms are the ¿head-first¿ and ¿tail-first¿ models, in which the carboxy-terminus or the methyl terminus of the fatty acid substrate is inserted into the active site while the remainder of the molecule protrudes from the surface, respectively. Previous work has demonstrated that derivatization of fatty acid substrates with D-tryptophan increases active site affinity. It has also been shown that while polyunsaturated fatty acids are the natural substrates of lipoxygenases, monounsaturated fatty acids can be oxygenated at a much slower rate. Starting with a monounsaturated fatty acid, oleic acid, as a platform, the molecule N-oleoyl-D-tryptophan (ODT) was synthesized with the anticipation of it being a potent competitive substrate-analogue inhibitor that could be used to discern the substrate binding mechanism. Inhibition kinetics demonstrated that this molecule functions as a partially competitive inhibitor, through an unknown mechanism. The implication behind partially competitive inhibition is that substrate and inhibitor molecules can bind simultaneously to the enzyme, which alludes to the presence of an allosteric binding domain. To investigate the possibility of an inhibitor binding site on the non-catalytic subunit, limited proteolysis was used to cleave the subunits apart which should have eliminated inhibition. Interestingly, it was observed that at high substrate concentrations the inhibitor was completely ineffective, but at low substrate concentrations the inhibitor maintained its standard efficacy. A satisfactory explanation for these results has not yet been determined.

Purification and Preliminary Characterization of the TM0727 Protein from Thermotoga maritima

The TM0727 gene of Thermotoga maritima is responsible for encoding what has been reported to be a modulator of DNA gyrase (pmbA). Although the function of pmbA is still unknown, it is believedto be involved in cell division, carbon storage regulation, and the synthesis of the antibiotic peptide microcin B17. It is suggested that it serves together with tldD, a known zinc dependent protease, tomodulate DNA gyrase. TM0727 is believed to be a zinc dependent protease that binds zinc in the central active site of the molecule, located between two equivalent monomeric units. However, thecrystal structure determined by Wilson et al. (2005) did not contain zinc. It therefore remains to be seen if TM0727 requires zinc for activity, or regulation, and if the protein is indeed a protease. To begin studying this protein, the gene was expressed in BL21(DE3) pLysS cells and the induction time was optimized. Using affinity and ion exchange chromatography, the protein has been successfully purified. The purification procedure can be replicated to obtain sufficient protein for characterization. Purification results show that the protein loses stability after 24 hours and remains stable under an imidazole-free lysis workup. Preliminary characterization of TM0727 has focused on understanding the protein’s structuralproperties through tryptophan fluorescence anisotropy measurements. The four tryptophan residues located within the TM0727 dimer fluoresce at different maximum wavelengths and with differentintensities upon excitation with 295nm light. These emission properties are highly sensitive to the environment (solvent, surrounding residues) of each tryptophan residue. The low number oftryptophans allows for a specific monitoring of the protein’s structure as it denatures. As more denaturant is added to the protein, its tryptophan environments have clearly altered. This is indicative of unfolding and increased solvent exposure of the protein. This unfolding has been confirmed with the addition of a fluorescent quencher. Additionally, fluorescence anisotropy measurements have been carried out on the protein to gain a preliminary understanding of the rotational dynamics of the tryptophan residues. These experiments excite the tryptophan residues within the sample using a polarized light source. Polarized emission is then detected, the degree of which depends on the rotational dynamics and local environment of the tryptophan residues. The protein was denatured and the changes in emission were recorded to detect these structural changes. Results have shown a large change in quaternary structure, consistent with a dimer to monomer transition, occurs at 1.5M Guandidine HCl. There has also been an examination of the crystal structure for the location of a potential active site. The inner cavity of the protein was inspected visually to locate a potential location for a catalytic triad, specifically the amino acids found in the active sites of serine, cyteine, and aspartateproteases. It was found that a potential aspartic protease active site may be located between the Asparate286 and Aspartate287 residues. Further investigation is warranted to test this remotepossibility.

Inhibition of indoleamine 2,3-dioxygenase in mixed lymphocyte reaction affects glucose influx and enzymes involved in aerobic glycolysis and glutaminolysis in alloreactive T-cells

Indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO) suppresses adaptive immunity. T-cell proliferation and differentiation to effector cells require increased glucose consumption, aerobic glycolysis and glutaminolysis. The effect of IDO on the above metabolic pathways was evaluated in alloreactive T-cells. Mixed lymphocyte reaction (MLR) in the presence or not of the IDO inhibitor, 1-DL-methyl-tryptophane (1-MT), was used. In MLRs, 1-MT decreased tryptophan consumption, increased cell proliferation, glucose influx and lactate production, whereas it decreased tricarboxylic acid cycle activity. In T-cells, from the two pathways that could sense tryptophan depletion, i.e. general control nonrepressed 2 (GCN2) kinase and mammalian target of rapamycin complex 1, 1-MT reduced only the activity of the GCN2 kinase. Additionally 1-MT treatment of MLRs altered the expression and/or the phosphorylation state of glucose transporter-1 and of key enzymes involved in glucose metabolism and glutaminolysis in alloreactive T-cells in a way that favors glucose influx, aerobic glycolysis and glutaminolysis. Thus in alloreactive T-cells, IDO through activation of the GCN2 kinase, decreases glucose influx and alters key enzymes involved in metabolism, decreasing aerobic glycolysis and glutaminolysis. Acting in such a way, IDO could be considered as a constraining factor for alloreactive T-cell proliferation and differentiation to effector T-cell subtypes.

Regulatory mechanism of the light-activable allosteric switch LOV-TAP for the control of DNA binding: a computer simulation study

The spatio-temporal control of gene expression is fundamental to elucidate cell proliferation and deregulation phenomena in living systems. Novel approaches based on light-sensitive multiprotein complexes have recently been devised, showing promising perspectives for the noninvasive and reversible modulation of the DNA-transcriptional activity in vivo. This has lately been demonstrated in a striking way through the generation of the artificial protein construct light-oxygen-voltage (LOV)-tryptophan-activated protein (TAP), in which the LOV-2-Jα photoswitch of phototropin1 from Avena sativa (AsLOV2-Jα) has been ligated to the tryptophan-repressor (TrpR) protein from Escherichia coli. Although tremendous progress has been achieved on the generation of such protein constructs, a detailed understanding of their functioning as opto-genetical tools is still in its infancy. Here, we elucidate the early stages of the light-induced regulatory mechanism of LOV-TAP at the molecular level, using the noninvasive molecular dynamics simulation technique. More specifically, we find that Cys450-FMN-adduct formation in the AsLOV2-Jα-binding pocket after photoexcitation induces the cleavage of the peripheral Jα-helix from the LOV core, causing a change of its polarity and electrostatic attraction of the photoswitch onto the DNA surface. This goes along with the flexibilization through unfolding of a hairpin-like helix-loop-helix region interlinking the AsLOV2-Jα- and TrpR-domains, ultimately enabling the condensation of LOV-TAP onto the DNA surface. By contrast, in the dark state the AsLOV2-Jα photoswitch remains inactive and exerts a repulsive electrostatic force on the DNA surface. This leads to a distortion of the hairpin region, which finally relieves its tension by causing the disruption of LOV-TAP from the DNA.

Pneumococcal meningitis causes accumulation of neurotoxic kynurenine metabolites in brain regions prone to injury

Pneumococcal meningitis (PM) is characterized by an intense inflammatory host reaction that contributes to the development of cortical necrosis and hippocampal apoptosis. Inflammatory conditions in the brain are known to induce tryptophan degradation along the kynurenine pathway, resulting in accumulation of neurotoxic metabolites. In the present study, we investigated the contribution of the kynurenine pathway to brain injury in experimental PM by measuring the concentration of its metabolites and the enzymatic activities and mRNA levels of its major enzymes in the vulnerable brain regions. In the late phase of acute PM, we found a significant transcriptional upregulation of kynurenine-3-hydroxylase and an accumulation of the neurotoxic metabolites 3-hydroxykynurenine (3-HKYN) and 3-hydroxyanthranilic acid in cortex and hippocampus. The positive correlation between the concentration of 3-HKYN and the extent of hippocampal apoptosis adds support to the concept that 3-HKYN contributes to brain injury in PM.

[In Medea's gardens--two tales of colchicine]

Colchicine is a highly active alkaloid used in the treatment of acute inflammatory syndromes such as Mediterranean fever, M. Behçet or gouty arthritis. The two cases we present here illustrate exemplarily the pros and contras of colchicine therapy. In the first case, colchicine was successfully given for recurrent febrile attacks due to acute rheumatic fever. The second patient unfortunately had a fatal colchicine intoxication. The pharmacology of colchicine, the clinical features associated with overdose and the options for treatment are discussed. Colchicine should not be given in combination with macrolides, especially in patients with renal insufficiency.

Oxidation of 3-hydroxyanthranilic acid to the phenoxazinone cinnabarinic acid by peroxyl radicals and by compound I of peroxidases or catalase

Since 3-hydroxyanthranilic acid (3HAA), an oxidation product of tryptophan metabolism, is a powerful radical scavenger [Christen, S., Peterhans, E., ; Stocker, R. (1990) Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 87, 2506], its reaction with peroxyl radicals was investigated further. Exposure to aqueous peroxyl radicals generated at constant rate under air from the thermolabile radical initiator 2,2'-azobis[2-amid-inopropane] hydrochloride (AAPH) resulted in rapid consumption of 3HAA with initial accumulation of its cyclic dimer, cinnabarinic acid (CA). The initial rate of formation of the phenoxazinone CA accounted for approximately 75% of the initial rate of oxidation of 3HAA, taking into account that 2 mol of 3HAA are required to form 1 mol of CA. Consumption of 3HAA under anaerobic conditions (where alkyl radicals are produced from AAPH) was considerably slower and did not result in detectable formation of CA. Addition of superoxide dismutase enhanced autoxidation of 3HAA as well as the initial rates of peroxyl radical-induced oxidation of 3HAA and formation of CA by approximately 40-50%, whereas inclusion of xanthine/xanthine oxidase decreased the rate of oxidation of 3HAA by approximately 50% and inhibited formation of CA almost completely, suggesting that superoxide anion radical (O2.-) was formed and reacted with reaction intermediate(s) to curtail formation of CA. Formation of CA was also observed when 3HAA was added to performed compound I of horseradish peroxidase (HRPO) or catalytic amounts of either HRPO, myeloperoxidase, or bovine liver catalase together with glucose/glucose oxidase.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)

Inhibition of L-type amino acid transport with non-physiological amino acids in the Pahenu2 mouse model of phenylketonuria

Phenylketonuria, an autosomal recessive Mendelian disorder, is one of the most common inborn errors of metabolism. Although currently treated by diet, many suboptimal outcomes occur for patients. Neuropathological outcomes include cognitive loss, white matter abnormalities, and hypo- or demyelination, resulting from high concentrations and/or fluctuating levels of phenylalanine. High phenylalanine can also result in competitive exclusion of other large neutral amino acids from the brain, including tyrosine and tryptophan (essential precursors of dopamine and serotonin). This competition occurs at the blood brain barrier, where the L-type amino acid transporter, LAT1, selectively facilitates entry of large neutral amino acids. The hypothesis of these studies is that certain non-physiological amino acids (NPAA; DL-norleucine (NL), 2-aminonorbornane (NB; 2-aminobicyclo-(2,1,1)-heptane-2-carboxylic acid), α-aminoisobutyrate (AIB), and α-methyl-aminoisobutyrate (MAIB)) would competitively inhibit LAT1 transport of phenylalanine (Phe) at the blood-brain barrier interface. To test this hypothesis, Pah-/- mice (n=5, mixed gender; Pah+/-(n=5) as controls) were fed either 5% NL, 0.5% NB, 5% AIB or 3% MAIB (w/w 18% protein mouse chow) for 3 weeks. Outcome measurements included food intake, body weight, brain LNAAs, and brain monoamines measured via LCMS/MS or HPLC. Brain Phe values at sacrifice were significantly reduced for NL, NB, and MAIB, verifying the hypothesis that these NPAAs could inhibit Phe trafficking into the brain. However, concomitant reductions in tyrosine and methionine occurred at the concentrations employed. Blood Phe levels were not altered indicating no effect of NPAA competitors in the gut. Brain NL and NB levels, measured with HPLC, verified both uptake and transport of NPAAs. Although believed predominantly unmetabolized, NL feeding significantly increased blood urea nitrogen. Pah-/-disturbances of monoamine metabolism were exacerbated by NPAA intervention, primarily with NB (the prototypical LAT inhibitor). To achieve the overarching goal of using NPAAs to stabilize Phe transport levels into the brain, a specific Phe-reducing combination and concentration of NPAAs must be found. Our studies represent the first in vivo use of NL, NB and MAIB in Pah-/- mice, and provide proof-of-principle for further characterization of these LAT inhibitors. Our data is the first to document an effect of MAIB, a specific system A transport inhibitor, on large neutral amino acid transport.