Desmin: molecular interactions and putative functions of the muscle intermediate filament protein

Desmin is the intermediate filament (IF) protein occurring exclusively in muscle and endothelial cells. There are other IF proteins in muscle such as nestin, peripherin, and vimentin, besides the ubiquitous lamins, but they are not unique to muscle. Desmin was purified in 1977, the desmin gene was characterized in 1989, and knock-out animals were generated in 1996. Several isoforms have been described. Desmin IFs are present throughout smooth, cardiac and skeletal muscle cells, but can be more concentrated in some particular structures, such as dense bodies, around the nuclei, around the Z-line or in costameres. Desmin is up-regulated in muscle-derived cellular adaptations, including conductive fibers in the heart, electric organs, some myopathies, and experimental treatments with drugs that induce muscle degeneration, like phorbol esters. Many molecules have been reported to associate with desmin, such as other IF proteins (including members of the membrane dystroglycan complex), nebulin, the actin and tubulin binding protein plectin, the molecular motor dynein, the gene regulatory protein MyoD, DNA, the chaperone alphaB-crystallin, and proteases such as calpain and caspase. Desmin has an important medical role, since it is used as a marker of tumors' origin. More recently, several myopathies have been described, with accumulation of desmin deposits. Yet, after almost 30 years since its identification, the function of desmin is still unclear. Suggested functions include myofibrillogenesis, mechanical support for the muscle, mitochondrial localization, gene expression regulation, and intracellular signaling. This review focuses on the biochemical interactions of desmin, with a discussion of its putative functions.

High pressure near infrared study of the mutated light-harvesting complex LH2

The pressure sensitivities of the near infrared spectra of the light-harvesting (LH2) complex and a mutant complex with a simplified BChl-B850 binding pocket were compared. In the mutant an abrupt change in the spectral properties occurred at 250 MPa, which was not observed with the native sample. Increased disorder due to collapse of the chromophore pocket is suggested.

Identification of the divergent calmodulin binding motif in yeast Ssb1/Hsp75 protein and in other HSP70 family members

Yeast soluble proteins were fractionated by calmodulin-agarose affinity chromatography and the Ca2+/calmodulin-binding proteins were analyzed by SDS-PAGE. One prominent protein of 66 kDa was excised from the gel, digested with trypsin and the masses of the resultant fragments were determined by MALDI/MS. Twenty-one of 38 monoisotopic peptide masses obtained after tryptic digestion were matched to the heat shock protein Ssb1/Hsp75, covering 37% of its sequence. Computational analysis of the primary structure of Ssb1/Hsp75 identified a unique potential amphipathic alpha-helix in its N-terminal ATPase domain with features of target regions for Ca2+/calmodulin binding. This region, which shares 89% similarity to the experimentally determined calmodulin-binding domain from mouse, Hsc70, is conserved in near half of the 113 members of the HSP70 family investigated, from yeast to plant and animals. Based on the sequence of this region, phylogenetic analysis grouped the HSP70s in three distinct branches. Two of them comprise the non-calmodulin binding Hsp70s BIP/GR78, a subfamily of eukaryotic HSP70 localized in the endoplasmic reticulum, and DnaK, a subfamily of prokaryotic HSP70. A third heterogeneous group is formed by eukaryotic cytosolic HSP70s containing the new calmodulin-binding motif and other cytosolic HSP70s whose sequences do not conform to those conserved motif, indicating that not all eukaryotic cytosolic Hsp70s are target for calmodulin regulation. Furthermore, the calmodulin-binding domain found in eukaryotic HSP70s is also the target for binding of Bag-1 - an enhancer of ADP/ATP exchange activity of Hsp70s. A model in which calmodulin displaces Bag-1 and modulates Ssb1/Hsp75 chaperone activity is discussed.

Genetic polymorphisms in vitamin D receptor, vitamin D-binding protein, Toll-like receptor 2, nitric oxide synthase 2, and interferon-γ genes and its association with susceptibility to tuberculosis

Mycobacterium tuberculosis kills more people than any other single pathogen, with an estimated one-third of the world's population being infected. Among those infected, only 10% will develop the disease. There are several demonstrations that susceptibility to tuberculosis is linked to host genetic factors in twins, family and associated-based case control studies. In the past years, there has been dramatic improvement in our understanding of the role of innate and adaptive immunity in the human host defense to tuberculosis. To date, attention has been paid to the role of genetic host and parasitic factors in tuberculosis pathogenesis mainly regarding innate and adaptive immune responses and their complex interactions. Many studies have focused on the candidate genes for tuberculosis susceptibility ranging from those expressed in several cells from the innate or adaptive immune system such as Toll-like receptors, cytokines (TNF-α, TGF-β, IFN-γ, IL-1b, IL-1RA, IL-12, IL-10), nitric oxide synthase and vitamin D, both nuclear receptors and their carrier, the vitamin D-binding protein (VDBP). The identification of possible genes that can promote resistance or susceptibility to tuberculosis could be the first step to understanding disease pathogenesis and can help to identify new tools for treatment and vaccine development. Thus, in this mini-review, we summarize the current state of investigation on some of the genetic determinants, such as the candidate polymorphisms of vitamin D, VDBP, Toll-like receptor, nitric oxide synthase 2 and interferon-γ genes, to generate resistance or susceptibility to M. tuberculosis infection.

The Streptococcus mutans GlnR protein exhibits an increased affinity for the glnRA operon promoter when bound to GlnK

The control of nitrogen metabolism in pathogenic Gram-positive bacteria has been studied in a variety of species and is involved with the expression of virulence factors. To date, no data have been reported regarding nitrogen metabolism in the odontopathogenic species Streptococcus mutans. GlnR, which controls nitrogen assimilation in the related bacterial species, Bacillus subtilis, was assessed in S. mutans for its DNA and protein binding activity. Electrophoretic mobility shift assay of the S. mutans GlnR protein indicated that GlnR binds to promoter regions of the glnRA and amtB-glnK operons. Cross-linking and pull-down assays demonstrated that GlnR interacts with GlnK, a signal transduction protein that coordinates the regulation of nitrogen metabolism. Upon formation of this stable complex, GlnK enhances the affinity of GlnR for the glnRA operon promoter. These results support an involvement of GlnR in transcriptional regulation of nitrogen metabolism-related genes and indicate that GlnK relays information regarding ammonium availability to GlnR.

Microparticles obtained by complex coacervation: influence of the type of reticulation and the drying process on the release of the core material

Microparticles obtained by complex coacervation were crosslinked with glutaraldehyde or with transglutaminase and dried using freeze drying or spray drying. Moist samples presented Encapsulation Efficiency (%EE) higher than 96%. The mean diameters ranged from 43.7 ± 3.4 to 96.4 ± 10.3 µm for moist samples, from 38.1 ± 5.36 to 65.2 ± 16.1 µm for dried samples, and from 62.5 ± 7.5 to 106.9 ± 26.1 µm for rehydrated microparticles. The integrity of the particles without crosslinking was maintained when freeze drying was used. After spray drying, only crosslinked samples were able to maintain the wall integrity. Microparticles had a round shape and in the case of dried samples rugged walls apparently without cracks were observed. Core distribution inside the particles was multinuclear and homogeneous and core release was evaluated using anhydrous ethanol. Moist particles crosslinked with glutaraldehyde at the concentration of 1.0 mM.g-1 protein (ptn), were more efficient with respect to the core retention compared to 0.1 mM.g-1 ptn or those crosslinked with transglutaminase (10 U.g-1 ptn). The drying processes had a strong influence on the core release profile reducing the amount released to all dry samples

Restoration of sensory dysfunction following peripheral nerve injury by the polysaccharide from culinary and medicinal mushroom, Hericium erinaceus (Bull.: Fr.) Pers. through its neuroregenerative action

Abstract Peripheral nerves have the unique capability to regenerate after injury. Insights into regeneration of peripheral nerves after injury may have implications for neurodegenerative diseases of the nervous system. We investigated the ability of polysaccharide from Hericium erinaceus mushroom in the treatment of nerve injury following peroneal nerve crush in Sprague-Dawley rats by daily oral administration. In sensory functional recovery test, the time taken for the rats to withdraw its hind limb from contact with the hot plate was measured. The test revealed acceleration of sensory recovery in the polysaccharide group compared to negative controls. Further, peripheral nerve injury leads to changes at the remotely located DRG containing cell bodies of sensory neurons. Immunofluorescence studies showed that Akt and p38 MAPK were expressed in DRG and strongly upregulated in polysaccharide group after peripheral nerve injury. The intensity of endothelial cells antigen-1 that recognized endothelial cells in the blood vessels of distal segments in crushed nerves was significantly higher in the treated groups than in the negative control group. Our findings suggest that H. erinaceus is capable of accelerating sensory functional recovery after peripheral nerve injury and the effect involves the activation of protein kinase signaling pathways and restoration of blood-nerve barrier.

Family rivalry in the testis: Retinoblastoma protein and E2F transcription factors in testicular development and adult spermatogenesis

Disorders of male reproductive health are becoming increasingly prevalent globally. These defects, ranging from decreasing sperm counts to an increasing rate of infertility and testicular cancer, have a common origin in the early phases of testicular development, but the exact mechanisms that cause them remain unknown. Testicular development and adult spermatogenesis are complex processes in which different cell types undergo mitosis, meiosis, differentiation and apoptosis. The retinoblastoma protein family and its associated E2F transcription factors are key regulators of these cellular events. In the present study, the functions of these factors in postnatal testicular development and adult spermatogenesis were explored using different animal models. In addition, a new application of flow cytometry to study testicular cell dynamics was developed. An ablation of retinoblastoma protein in mouse Sertoli cells resulted in their cell cycle re-entry in adult testes, dedifferentiation and a severe spermatogenic defect. We showed that deregulated E2F3 contributed to these changes. Our results indicated that the E2F1 transcription factor is critical for the control of apoptosis in the developing postnatal testis. In the adult testis, E2F1 controls the maintenance of the spermatogonial stem cell pool, in addition to inhibiting apoptosis of spermatocytes. In summary, this study elucidated the complex interdependencies of the RB and E2F transcription factor families in the control of postnatal testicular development and adult spermatogenesis. Furthermore, this study provided a new methodology for the analysis of testicular cells.

Requirements for the selective degradation of CD4 receptor molecules by the human immunodeficiency virus type 1 Vpu protein in the endoplasmic reticulum.

BACKGROUND: HIV-1 Vpu targets newly synthesized CD4 receptor for rapid degradation by a process reminiscent of endoplasmic reticulum (ER)-associated protein degradation (ERAD). Vpu is thought to act as an adaptor protein, connecting CD4 to the ubiquitin (Ub)-proteasome degradative system through an interaction with beta-TrCP, a component of the SCFbeta-TrCP E3 Ub ligase complex. RESULTS: Here, we provide direct evidence indicating that Vpu promotes trans-ubiquitination of CD4 through recruitment of SCFbeta-TrCP in human cells. To examine whether Ub conjugation occurs on the cytosolic tail of CD4, we substituted all four Ub acceptor lysine residues for arginines. Replacement of cytosolic lysine residues reduced but did not prevent Vpu-mediated CD4 degradation and ubiquitination, suggesting that Vpu-mediated CD4 degradation is not entirely dependent on the ubiquitination of cytosolic lysines and as such might also involve ubiquitination of other sites. Cell fractionation studies revealed that Vpu enhanced the levels of ubiquitinated forms of CD4 detected in association with not only the ER membrane but also the cytosol. Interestingly, significant amounts of membrane-associated ubiquitinated CD4 appeared to be fully dislocated since they could be recovered following sodium carbonate salt treatment. Finally, expression of a transdominant negative mutant of the AAA ATPase Cdc48/p97 involved in the extraction of ERAD substrates from the ER membrane inhibited Vpu-mediated CD4 degradation. CONCLUSION: Taken together, these results are consistent with a model whereby HIV-1 Vpu targets CD4 for degradation by an ERAD-like process involving most likely poly-ubiquitination of the CD4 cytosolic tail by SCFbeta-TrCP prior to dislocation of receptor molecules across the ER membrane by a process that depends on the AAA ATPase Cdc48/p97.

Manipulation of the ubiquitin-proteasome system by HIV-1 : role of the accessory protein Vpr

Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), l’agent étiologique du SIDA, est un rétrovirus complexe arborant plusieurs protéines accessoires : Nef, Vif, Vpr, et Vpu. Celles-ci sont impliquées dans la modulation de la réplication virale, dans l’évasion immunitaire et dans la progression de la pathogenèse du SIDA. Dans ce contexte, il a été démontré que la protéine virale R (Vpr) induit un arrêt de cycle cellulaire en phase G2. Le mécanisme par lequel Vpr exerce cette fonction est l’activation, ATR (Ataxia telangiectasia and Rad3 related)-dépendante, du point de contrôle de dommage à l’ADN, mais les facteurs et mécanismes moléculaires directement impliqués dans cette activité demeurent inconnus. Afin d’identifier de nouveaux facteurs cellulaires interagissant avec Vpr, nous avons utilisé une purification d’affinité en tandem (TAP) pour isoler des complexes protéiques natifs contenant Vpr. Nous avons découvert que Vpr s’associait avec CRL4A(VprBP), un complexe cellulaire d’E3 ubiquitine ligase, comprenant les protéines Cullin 4A, DDB1 (DNA damage-binding protein 1) et VprBP (Vpr-binding protein). Nos études ont mis en évidence que le recrutement de la E3 ligase par Vpr était nécessaire mais non suffisant pour l’induction de l’arrêt de cycle cellulaire en G2, suggérant ainsi que des événements additionnels seraient impliqués dans ce processus. À cet égard, nous apportons des preuves directes que Vpr détourne les fonctions de CRL4A(VprBP) pour induire la polyubiquitination de type K48 et la dégradation protéosomale de protéines cellulaires encore inconnues. Ces événements d’ubiquitination induits par Vpr ont été démontrés comme étant nécessaire à l’activation d’ATR. Finalement, nous montrons que Vpr forme des foyers ancrés à la chromatine co-localisant avec VprBP ainsi qu’avec des facteurs impliqués dans la réparation de l’ADN. La formation de ces foyers représente un événement essentiel et précoce dans l’induction de l’arrêt de cycle cellulaire en G2. Enfin, nous démontrons que Vpr est capable de recruter CRL4A(VprBP) au niveau de la chromatine et nous apportons des preuves indiquant que le substrat inconnu ciblé par Vpr est une protéine associée à la chromatine. Globalement, nos résultats révèlent certains des ménanismes par lesquels Vpr induit des perturbations du cycle cellulaire. En outre, cette étude contribue à notre compréhension de la modulation du système ubiquitine-protéasome par le VIH-1 et son implication fonctionnelle dans la manipulation de l’environnement cellulaire de l’hôte.

Regulation of BAP1 tumor suppressor complex by post-translational modifications

Le régulateur transcriptionnel BAP1 est une déubiquitinase nucléaire (DUB) dont le substrat est l’histone H2A modifiée par monoubiquitination au niveau des residus lysines 118 et 119 (K118/K119). Depuis les dernières années, BAP1 emerge comme un gene suppresseur de tumeur majeur. En effet, BAP1 est inactivé dans un plethore de maladies humaines héréditaires et sporadiques. Cependant, malgré l’accumulation significative des connaissances concernant l’occurrence, la pénétrance et l’impact des défauts de BAP1 sur le développement de cancers, ses mécanismes d’action et de régulation restent très peu compris. Cette étude est dédiée à la caractérisation moléculaire et fonctionnelle du complexe multi-protéique de BAP1 et se présente parmi les premiers travaux décrivant sa régulation par des modifications post-traductionnelles. D’abord, nous avons défini la composition du corps du complexe BAP1 ainsi que ses principaux partenaires d’interaction. Ensuite, nous nous sommes spécifiquement intéressés a investiguer d’avantage deux principaux aspects de la régulation de BAP1. Nous avons d’abord décrit l’inter-régulation entre deux composantes majeures du complexe BAP1, soit HCF-1 et OGT. D’une manière très intéressante, nous avons trouvé que le cofacteur HCF-1 est un important régulateur des niveaux protéiques d’OGT. En retour, OGT est requise pour la maturation protéolytique de HCF-1 en promouvant sa protéolyse par O-GlcNAcylation, un processus de régulation très important pour le bon fonctionnement de HCF-1. D’autre part, nous avons découvert un mécanisme unique de régulation de BAP1 médiée par l’ubiquitine ligase atypique UBE2O. en effet, UBE2O se caractérise par le fait qu’il s’agit aussi bien d’une ubiquitine conjuratrice et d’une ubiquitine ligase. UBE2O, multi-monoubiquitine BAP1 au niveau de son domaine NLS et promeut son exclusion du noyau, le séquestrant ainsi dans le cytoplasme. De façon importante, nos travaux ont permis de mettre de l’emphase sur le rôle de l’activité auto-catalytique de chacune de ces enzymes, soit l’activité d’auto-déubiquitination de BAP1 qui est requise pour la maintenance de sa localisation nucléaire ainsi que l’activité d’auto-ubiquitination d’UBE2O impliquée dans son transport nucléo-cytoplasmique. De manière significative, nous avons trouvé que des défauts au niveau de l’auto-déubiquitination de BAP1 due à des mutations associées à certains cancers indiquent l’importance d’une propre regulation de cette déubiquitinase pour les processus associés à la suppression de tumeurs.

Searching for novel gene functions in yeast : identification of thousands of novel molecular interactions by protein-fragment complementation assay followed by automated gene function prediction and high-throughput lipidomics

La compréhension de processus biologiques complexes requiert des approches expérimentales et informatiques sophistiquées. Les récents progrès dans le domaine des stratégies génomiques fonctionnelles mettent dorénavant à notre disposition de puissants outils de collecte de données sur l’interconnectivité des gènes, des protéines et des petites molécules, dans le but d’étudier les principes organisationnels de leurs réseaux cellulaires. L’intégration de ces connaissances au sein d’un cadre de référence en biologie systémique permettrait la prédiction de nouvelles fonctions de gènes qui demeurent non caractérisées à ce jour. Afin de réaliser de telles prédictions à l’échelle génomique chez la levure Saccharomyces cerevisiae, nous avons développé une stratégie innovatrice qui combine le criblage interactomique à haut débit des interactions protéines-protéines, la prédiction de la fonction des gènes in silico ainsi que la validation de ces prédictions avec la lipidomique à haut débit. D’abord, nous avons exécuté un dépistage à grande échelle des interactions protéines-protéines à l’aide de la complémentation de fragments protéiques. Cette méthode a permis de déceler des interactions in vivo entre les protéines exprimées par leurs promoteurs naturels. De plus, aucun biais lié aux interactions des membranes n’a pu être mis en évidence avec cette méthode, comparativement aux autres techniques existantes qui décèlent les interactions protéines-protéines. Conséquemment, nous avons découvert plusieurs nouvelles interactions et nous avons augmenté la couverture d’un interactome d’homéostasie lipidique dont la compréhension demeure encore incomplète à ce jour. Par la suite, nous avons appliqué un algorithme d’apprentissage afin d’identifier huit gènes non caractérisés ayant un rôle potentiel dans le métabolisme des lipides. Finalement, nous avons étudié si ces gènes et un groupe de régulateurs transcriptionnels distincts, non préalablement impliqués avec les lipides, avaient un rôle dans l’homéostasie des lipides. Dans ce but, nous avons analysé les lipidomes des délétions mutantes de gènes sélectionnés. Afin d’examiner une grande quantité de souches, nous avons développé une plateforme à haut débit pour le criblage lipidomique à contenu élevé des bibliothèques de levures mutantes. Cette plateforme consiste en la spectrométrie de masse à haute resolution Orbitrap et en un cadre de traitement des données dédié et supportant le phénotypage des lipides de centaines de mutations de Saccharomyces cerevisiae. Les méthodes expérimentales en lipidomiques ont confirmé les prédictions fonctionnelles en démontrant certaines différences au sein des phénotypes métaboliques lipidiques des délétions mutantes ayant une absence des gènes YBR141C et YJR015W, connus pour leur implication dans le métabolisme des lipides. Une altération du phénotype lipidique a également été observé pour une délétion mutante du facteur de transcription KAR4 qui n’avait pas été auparavant lié au métabolisme lipidique. Tous ces résultats démontrent qu’un processus qui intègre l’acquisition de nouvelles interactions moléculaires, la prédiction informatique des fonctions des gènes et une plateforme lipidomique innovatrice à haut débit , constitue un ajout important aux méthodologies existantes en biologie systémique. Les développements en méthodologies génomiques fonctionnelles et en technologies lipidomiques fournissent donc de nouveaux moyens pour étudier les réseaux biologiques des eucaryotes supérieurs, incluant les mammifères. Par conséquent, le stratégie présenté ici détient un potentiel d’application au sein d’organismes plus complexes.

Role of the Protein Tyrosine Kinase 7 gene in human neural tube defects

Les anomalies du tube neural (ATN) sont des anomalies développementales où le tube neural reste ouvert (1-2/1000 naissances). Afin de prévenir cette maladie, une connaissance accrue des processus moléculaires est nécessaire. L’étiologie des ATN est complexe et implique des facteurs génétiques et environnementaux. La supplémentation en acide folique est reconnue pour diminuer les risques de développer une ATN de 50-70% et cette diminution varie en fonction du début de la supplémentation et de l’origine démographique. Les gènes impliqués dans les ATN sont largement inconnus. Les études génétiques sur les ATN chez l’humain se sont concentrées sur les gènes de la voie métabolique des folates du à leur rôle protecteur dans les ATN et les gènes candidats inférés des souris modèles. Ces derniers ont montré une forte association entre la voie non-canonique Wnt/polarité cellulaire planaire (PCP) et les ATN. Le gène Protein Tyrosine Kinase 7 est un membre de cette voie qui cause l’ATN sévère de la craniorachischisis chez les souris mutantes. Ptk7 interagit génétiquement avec Vangl2 (un autre gène de la voie PCP), où les doubles hétérozygotes montrent une spina bifida. Ces données font de PTK7 comme un excellent candidat pour les ATN chez l’humain. Nous avons re-séquencé la région codante et les jonctions intron-exon de ce gène dans une cohorte de 473 patients atteints de plusieurs types d’ATN. Nous avons identifié 6 mutations rares (fréquence allélique <1%) faux-sens présentes chez 1.1% de notre cohorte, dont 3 sont absentes dans les bases de données publiques. Une variante, p.Gly348Ser, a agi comme un allèle hypermorphique lorsqu'elle est surexprimée dans le modèle de poisson zèbre. Nos résultats impliquent la mutation de PTK7 comme un facteur de risque pour les ATN et supporte l'idée d'un rôle pathogène de la signalisation PCP dans ces malformations.

Investigations on the preparation of composite polysaccharide films and micro / nanoparticles for novel applications

chemical Sciences and Technology Division, National Institute for Interdisciplinary Science and Technology, CSIR

Loss of Anticodon Wobble Uridine Modifications Affects tRNALys Function and Protein Levels in Saccharomyces cerevisiae

In eukaryotes, wobble uridines in the anticodons of tRNALysUUU, tRNAGluUUC and tRNAGlnUUG are modified to 5-methoxy-carbonyl-methyl-2-thio-uridine (mcm5s2U). While mutations in subunits of the Elongator complex (Elp1-Elp6), which disable mcm5 side chain formation, or removal of components of the thiolation pathway (Ncs2/Ncs6, Urm1, Uba4) are individually tolerated, the combination of both modification defects has been reported to have lethal effects on Saccharomyces cerevisiae. Contrary to such absolute requirement of mcm5s2U for viability, we demonstrate here that in the S. cerevisiae S288C-derived background, both pathways can be simultaneously inactivated, resulting in combined loss of tRNA anticodon modifications (mcm5U and s2U) without a lethal effect. However, an elp3 disruption strain displays synthetic sick interaction and synergistic temperature sensitivity when combined with either uba4 or urm1 mutations, suggesting major translational defects in the absence of mcm5s2U modifications. Consistent with this notion, we find cellular protein levels drastically decreased in an elp3uba4 double mutant and show that this effect as well as growth phenotypes can be partially rescued by excess of tRNALysUUU. These results may indicate a global translational or protein homeostasis defect in cells simultaneously lacking mcm5 and s2 wobble uridine modification that could account for growth impairment and mainly originates from tRNALysUUU hypomodification and malfunction.