Understanding adaptation to pH in an industrially relevant glycoside hydrolase family 8 xylanase

Dissertação de mestrado em Genética Molecular

Fatty acid amide hydrolase deficiency enhances intraplaque neutrophil recruitment in atherosclerotic mice.

OBJECTIVE: Endocannabinoid levels are elevated in human and mouse atherosclerosis, but their causal role is not well understood. Therefore, we studied the involvement of fatty acid amide hydrolase (FAAH) deficiency, the major enzyme responsible for endocannabinoid anandamide degradation, in atherosclerotic plaque vulnerability. METHODS AND RESULTS: We assessed atherosclerosis in apolipoprotein E-deficient (ApoE(-/-)) and ApoE(-/-)FAAH(-/-) mice. Before and after 5, 10, and 15 weeks on high-cholesterol diet, we analyzed weight, serum cholesterol, and endocannabinoid levels, and atherosclerotic lesions in thoracoabdominal aortas and aortic sinuses. Serum levels of FAAH substrates anandamide, palmitoylethanolamide (PEA), and oleoylethanolamide (OEA) were 1.4- to 2-fold higher in case of FAAH deficiency. ApoE(-/-)FAAH(-/-) mice had smaller plaques with significantly lower content of smooth muscle cells, increased matrix metalloproteinase-9 expression, and neutrophil content. Circulating and bone marrow neutrophil counts were comparable between both genotypes, whereas CXC ligand1 levels were locally elevated in aortas of FAAH-deficient mice. We observed enhanced recruitment of neutrophils, but not monocytes, to large arteries of ApoE(-/-) mice treated with FAAH inhibitor URB597. Spleens of ApoE(-/-)FAAH(-/-) mice had reduced CD4+FoxP3+regulatory T-cell content, and in vitro stimulation of splenocytes revealed significantly elevated interferon-γ and tumor necrosis factor-α production in case of FAAH deficiency. CONCLUSIONS: Increased anandamide and related FAAH substrate levels are associated with the development of smaller atherosclerotic plaques with high neutrophil content, accompanied by an increased proinflammatory immune response.

Evidence for eosinophil recruitment, leukotriene B4 production and mast cell hyperplasia following Toxocara canis infection in rats

It is well known that eosinophilia is a key pathogenetic component of toxocariasis. The objective of the present study was to determine if there is an association between peritoneal and blood eosinophil influx, mast cell hyperplasia and leukotriene B4 (LTB4) production after Toxocara canis infection. Oral inoculation of 56-day-old Wistar rats (N = 5-7 per group) with 1000 embryonated eggs containing third-stage (L3) T. canis larvae led to a robust accumulation of total leukocytes in blood beginning on day 3 and peaking on day 18, mainly characterized by eosinophils and accompanied by higher serum LTB4 levels. At that time, we also noted increased eosinophil numbers in the peritoneal cavity. In addition, we observed increased peritoneal mast cell number in the peritoneal cavity, which correlated with the time course of eosinophilia during toxocariasis. We also demonstrated that mast cell hyperplasia in the intestines and lungs began soon after the T. canis larvae migrated to these compartments, reaching maximal levels on day 24, which correlated with the complete elimination of the parasite. Therefore, mast cells appear to be involved in peritoneal and blood eosinophil infiltration through an LTB4-dependent mechanism following T. canis infection in rats. Our data also demonstrate a tight association between larval migratory stages and intestinal and pulmonary mast cell hyperplasia in the toxocariasis model.

Regulation of microsomal prostaglandin E2 synthase-1 and 5-lipoxygenase-activating protein/5-lipoxygenase by 4-hydroxynonenal in human osteoarthritic chondrocytes

L’arthrose (OA) est une maladie dégénérative et multifactorielle caractérisée par une destruction de cartilage, une formation d’ostéophytes et une inflammation au niveau de la membrane synoviale. Le 4-hydroxynonénal (HNE), un produit final de la peroxydation lipidique, a été identifié récemment comme un facteur catabolique et un médiateur inflammatoire dans le cartilage arthrosique humain. Notre projet vise à étudier l’effet du HNE sur la régulation de la prostaglandine E2 synthase-1 microsomale (mPGES-1) et de la protéine activante 5-lipoxygénase (FLAP)/5-lipoxygénase (5-LOX) dans les chondrocytes arthrosiques humains. Lorsque les cellules sont traitées une seule fois avec 10 µM HNE, les résultats de Western blot et de PCR en temps réel montrent que l’expression de la cyclooxygénase-2 (COX-2) et de la mPGES-1 augmente de manière significative et atteint respectivement le maximum après 8 et 16 heures d’incubation puis diminue graduellement. Cependant, lorsque les cellules sont traitées plusieurs fois avec 10 µM HNE à 2 heures d’intervalle, l’expression de la COX-2 et de la mPGES-1 augmente en fonction du temps sans subir une baisse après 24 heures d’incubation. Le HNE induit l’activité du promoteur de la mPGES-1 via l’activation du facteur de transcription Egr-1. L’investigation de la 2ème voie du métabolisme de l’acide arachidonique, à savoir 5-LOX/FLAP, montre que le HNE induit l’expression de FLAP après 24 heures de stimulation et celle de 5-LOX seulement après 48 heures. Ceci semble survenir à l’étape de transcription au cours de laquelle HNE induit l’expression de l’ARNm et l’activité du promoteur du gène 5-LOX. Nous avons démontré aussi que le niveau de leukotriène B4 (LTB4) augmente et suit le même profil que celui de la 5-LOX. L’étude des mécanismes moléculaires susceptibles d’être impliqués dans la régulation de la 5-LOX/FLAP par le HNE montre que ce dernier stimule leur expression via l’action de prostaglandine E2 (PGE2) et du facteur de croissance transformant-beta 1 (TGF-β1). En conclusion, notre étude démontre que le HNE induit à court-terme d’incubation la voie de COX-2/mPGES-1 puis par la suite stimule celle de FLAP/5-LOX à long-terme d’incubation dans les chondrocytes arthrosiques humains. Ces résultats suggèrent que la mPGES-1 et 5-LOX/FLAP sont des potentielles cibles thérapeutiques intéressantes pour contrôler la production de PGE2 et LTB4 dans OA.

Structural basis for branching-enzyme activity of glycoside hydrolase family 57: Structure and stability studies of a novel branching enzyme from the hyperthermophilic archaeon Thermococcus Kodakaraensis KOD1

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Deciphering the synergism of endogenous glycoside hydrolase families 1 and 9 from Coptotermes gestroi

Termites can degrade up to 90% of the lignocellulose they ingest using a repertoire of endogenous and symbiotic degrading enzymes. Termites have been shown to secrete two main glycoside hydrolases, which are GH1 (EC 3.2.1.21) and GH9 (EC 3.2.1.4) members. However, the molecular mechanism for lignocellulose degradation by these enzymes remains poorly understood. The present study was conducted to understand the synergistic relationship between GH9 (CgEG1) and GH1 (CgBG1) from Coptotermes gestroi, which is considered the major urban pest of São Paulo State in Brazil. The goal of this work was to decipher the mode of operation of CgEG1 and CgBG1 through a comprehensive biochemical analysis and molecular docking studies. There was outstanding degree of synergy in degrading glucose polymers for the production of glucose as a result of the endo-β-1,4-glucosidase and exo-β-1,4-glucosidase degradation capability of CgEG1 in concert with the high catalytic performance of CgBG1, which rapidly converts the oligomers into glucose. Our data not only provide an increased comprehension regarding the synergistic mechanism of these two enzymes for cellulose saccharification but also give insight about the role of these two enzymes in termite biology, which can provide the foundation for the development of a number of important applied research topics, such as the control of termites as pests as well as the development of technologies for lignocellulose-to-bioproduct applications. © 2013 Elsevier Ltd.

Aspergillus niger beta-Glucosidase Has a Cellulase-like Tadpole Molecular Shape INSIGHTS INTO GLYCOSIDE HYDROLASE FAMILY 3 (GH3) beta-GLUCOSIDASE STRUCTURE AND FUNCTION

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Understanding the Function of Conserved Variations in the Catalytic Loops of Fungal Glycoside Hydrolase Family 12

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Conformational changes in a hyperthermostable glycoside hydrolase: enzymatic activity is a consequence of the loop dynamics and protonation balance

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

An inhibitor of leukotriene synthesis affects vasopressin secretion following osmotic stimulus in rats

Previous studies revealed the presence of LTC4 synthase in paraventricular vasopressinergic neurons, suggesting a role for leukotrienes (LTs) in certain neuroendocrine system functions. Our aim was to study the effect of an inhibitor of LT synthesis in the release of arginine vasopressin (AVP) following an osmotic stimulus in rats. Male Wistar rats received an intra-cerebroventricular injection of 2 mu l of the LT synthesis inhibitor MK-886 (1, 2, or 4 mu g/kg), or vehicle (DMSO 5%), 1 h before an intraperitoneal injection of hypertonic saline (NaCl 2 M) or isotonic saline (NaCl 0.01 M) in a volume corresponding to 1% of body weight. Thirty minutes after the osmotic stimulus, the animals were decapitated and blood was collected for determining hematocrit, plasma osmolality and plasma AVP levels. As expected, the injection of hypertonic saline significantly increased (P<0.05) the hematocrit, plasma osmolality and plasma AVP levels. While inhibiting LT synthesis by central administration of MK-886 did not cause any additional increase in hematocrit or osmolality, plasma AVP levels were augmented (P<0.05). We conclude that central leukotrienes may have a modulatory role in AVP secretion following an osmotic stimulus, this deserving future studies. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Design of a Dinuclear Nickel(II) Bioinspired Hydrolase to Bind Covalently to Silica Surfaces: Synthesis, Magnetism, and Reactivity Studies

Presented herein is the design of a dinuclear Ni-II synthetic hydrolase [Ni-2(HBPPAMFF)(mu-OAc)(2)(H2O)]-BPh4 (1) (H(2)BPPAMFF = 2-[(N-benzyl-N-2-pyridylmethylamine)]-4-methyl-6-[N-(2-pyridylmethyl)aminomethyl)])-4- methyl-6-formylphenol) to be covalently attached to silica surfaces, while maintaining its catalytic activity. An aldehyde-containing ligand (H(2)BPPAMFF) provides a reactive functional group that can serve as a cross-linking group to bind the complex to an organoalkoxysilane and later to the silica surfaces or directly to amino-modified surfaces. The dinuclear Ni-II complex covalently attached to the silica surfaces was fully characterized by different techniques. The catalytic turnover number (k(cat)) of the immobilized (NiNiII)-Ni-II catalyst in the hydrolysis of 2,4-bis(dinitrophenyl)phosphate is comparable to the homogeneous reaction; however, the catalyst interaction with the support enhanced the substrate to complex association constant, and consequently, the catalytic efficiency (E - k(cat)/K-M) and the supported catalyst can be reused for subsequent diester hydrolysis reactions.

Aminoacylase 1-catalysed deacetylation of bioactives epoxides mycotoxin-derived mercapturates; 3,4-epoxyprecocenes as models of cytotoxic epoxides

The mycotoxin aflatoxin B1 (AFB1) is a carcinogenic food contaminant which is metabolically activated by epoxydation. The metabolism of mycotoxins via the mercapturate metabolic pathway was shown, in general, to lead to their detoxication. Mercapturic acids thus formed (S-substitued-N-acetyl-L-cysteines) may be accumulated in the kidney and either excreted in the urine or desacetylated by Acylase 1 (ACY1) to yield cysteine S-conjugates. To be toxic, the N-acetyl-L-cysteine-S-conjugates first have to undergo deacetylation by ACY 1. The specificity and rate of mercapturic acid deacetylation may determine the toxicity, however the exact deacetylation processes involved are not well known. The aim of this study was to investigate the role of ACY1 in the toxicity of some bioactive epoxides from Aflatoxin B1. We characterized the kinetic parameters of porcine kidney and human recombinant aminoacylase-1 towards some aromatic and aliphatic-derived mercapturates analogue of mycotoxin mercapturic acids and 3,4-epoxyprecocene, a bioactive epoxide derivated from aflatoxin. The deacetylation of mercapturated substrates was followed both by reverse phase HPLC and by TNBS method. Catalytic activity was discussed in a structure function relationship. Ours results indicate for the first time that aminoacylase-1 could play an important role in deacetylating mercapturate metabolites of aflatoxin analogues and this process may be in relation with their cyto- and nephrotoxicity in human. (C) 2012 Published by Elsevier Masson SAS.

Leukotriene B4-loaded microspheres: a new therapeutic strategy to modulate cell activation

Abstract Background Leukotriene B4 (LTB4) is a potent inflammatory mediator that also stimulates the immune response. In addition, it promotes polymorphonuclear leukocyte phagocytosis, chemotaxis, chemokinesis and modulates cytokines release. Regarding chemical instability of the leukotriene molecule, in the present study we assessed the immunomodulatory activities conferred by LTB4 released from microspheres (MS). A previous oil-in-water emulsion solvent extraction-evaporation method was chosen to prepare LTB4-loaded MS. Results In the mice cremasteric microcirculation, intraescrotal injection of 0.1 ml of LTB4-loaded MS provoked significant increases in leukocyte rolling flux, adhesion and emigration besides significant decreases in the leukocyte rolling velocity. LTB4-loaded MS also increase peroxisome proliferator-activated receptor-α (PPARα) expression by murine peritoneal macrophages and stimulate them to generate nitrite levels. Monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) and nitric oxide (NO) productions were also increased when human umbilical vein and artery endothelial cells (HUVECs and HUAECs, respectively) were stimulated with LTB4-loaded MS. Conclusion LTB4-loaded MS preserve the biological activity of the encapsulated mediator indicating their use as a new strategy to modulate cell activation, especially in the innate immune response.

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