Different behavior of nitrenes and carbenes on photolysis and thermolysis: Formation of azirine, ylidic cumulene, and cyclic ketenimine and the rearrangement of 6-phenanthridylcarbene to 9-phenanthrylnitrene

Flash vacuum thermolysis (FVT) of 9-azidophenanthrene 8, 6-(5-tetrazolyl)phenanthridine 18, and [1,2,3]triazolo[1,5-f]phenanthridine 19 yields 9-cyanofluorene 12 as the principal product and 4-cyanofluorene as a minor product. In all cases, when the product is condensed at or below 77 K, the seven-membered ring ketenimine 24 is detectable by IR spectroscopy (1932 cm(-1)) up to 200 K. Photolysis of Ar matrix isolated 8 at lambda = 308 or 313 nm generates at first the azirine 26, rapidly followed by the ylidic cumulene 27. The latter reverts to azirine 26 at lambda > 405 nm, and the azirine reverts to the ylidic cumulene at 313 nm. Nitrene 9 is observed by ESR spectroscopy following FVT of either azide 8, tetrazole 18, or triazole 19 with Ar matrix isolation of the products. Nitrene 9 and carbene 21 are observed by ESR spectroscopy in the Ar matrix photolyses of azide 8 and triazole 19, respectively.

TRPV4 is necessary for trigeminal irritant pain and functions as a cellular formalin receptor.

Detection of external irritants by head nociceptor neurons has deep evolutionary roots. Irritant-induced aversive behavior is a popular pain model in laboratory animals. It is used widely in the formalin model, where formaldehyde is injected into the rodent paw, eliciting quantifiable nocifensive behavior that has a direct, tissue-injury-evoked phase, and a subsequent tonic phase caused by neural maladaptation. The formalin model has elucidated many antipain compounds and pain-modulating signaling pathways. We have adopted this model to trigeminally innervated territories in mice. In addition, we examined the involvement of TRPV4 channels in formalin-evoked trigeminal pain behavior because TRPV4 is abundantly expressed in trigeminal ganglion (TG) sensory neurons, and because we have recently defined TRPV4's role in response to airborne irritants and in a model for temporomandibular joint pain. We found TRPV4 to be important for trigeminal nocifensive behavior evoked by formalin whisker pad injections. This conclusion is supported by studies with Trpv4(-/-) mice and TRPV4-specific antagonists. Our results imply TRPV4 in MEK-ERK activation in TG sensory neurons. Furthermore, cellular studies in primary TG neurons and in heterologous TRPV4-expressing cells suggest that TRPV4 can be activated directly by formalin to gate Ca(2+). Using TRPA1-blocker and Trpa1(-/-) mice, we found that both TRP channels co-contribute to the formalin trigeminal pain response. These results imply TRPV4 as an important signaling molecule in irritation-evoked trigeminal pain. TRPV4-antagonistic therapies can therefore be envisioned as novel analgesics, possibly for specific targeting of trigeminal pain disorders, such as migraine, headaches, temporomandibular joint, facial, and dental pain, and irritation of trigeminally innervated surface epithelia.

Degradation of Biofumigant Isothiocyanates and Allyl Glucosinolate in Soil and Their Effects on the Microbial Community Composition

Brassicales species rich in glucosinolates are used for biofumigation, a process based on releasing enzymatically toxic isothiocyanates into the soil. These hydrolysis products are volatile and often reactive compounds. Moreover, glucosinolates can be degraded also without the presence of the hydrolytic enzyme myrosinase which might contribute to bioactive effects. Thus, in the present study the stability of Brassicaceae plant-derived and pure glucosinolates hydrolysis products was studied using three different soils ( model biofumigation). In addition, the degradation of pure 2-propenyl glucosinolate was investigated with special regard to the formation of volatile breakdown products. Finally, the influence of pure glucosinolate degradation on the bacterial community composition was evaluated using denaturing gradient gel electrophoresis of 16S rRNA gene amplified from total community DNA. The model biofumigation study revealed that the structure of the hydrolysis products had a significant impact on their stability in the soil but not the soil type. Following the degradation of pure 2-propenyl glucosinolate in the soils, the nitrile as well as the isothiocyanate can be the main degradation products, depending on the soil type. Furthermore, the degradation was shown to be both chemically as well as biologically mediated as autoclaving reduced degradation. The nitrile was the major product of the chemical degradation and its formation increased with iron content of the soil. Additionally, the bacterial community composition was significantly affected by adding pure 2-propenyl glucosinolate, the effect being more pronounced than in treatments with myrosinase added to the glucosinolate. Therefore, glucosinolates can have a greater effect on soil bacterial community composition than their hydrolysis products.

Degradación bacteriana de cianuro y compuestos nitrogenados tóxicos

La ruta de asimilación de cianuro en P. pseudoalcaligenes CECT5344 transcurre a través de un nitrilo formado por la reacción química del cianuro con el oxalacetato, siendo este último acumulado como consecuencia de la acción conjunta de una malato:quinona oxidoreductasa (MQO) y la oxidasa terminal resistente a cianuro (CioAB) (Luque-Almagro et al., 2011b). Los nitrilos pueden ser convertidos en amonio por la acción de una nitrilasa o un sistema nitrilo hidratasa/amidasa. Con el objetivo de elucidar la ruta de asimilación de cianuro en P. pseudoalcalígenes CECT5344, se ha analizado el proteoma de este microorganismo en condiciones cianotróficas frente a nitrato como fuente de nitrógeno como control. En este estudio se identificaron proteínas relacionadas con la ruta de asimilación de cianuro en la estirpe CECT5344, que aparecían inducidas por cianuro, como NitB y NitG, cuyos genes se encuentran localizados en la agrupación génica nit1C. Además de NitB y NitG, de función desconocida, la agrupación génica nit1C codifica un regulador transcripcional del tipo Fis dependiente de σ54 (NitA), una nitrilasa (NitC), una proteína que pertenece a la superfamilia S-adenosilmetionina (NitD), un miembro de la superfamilia N-aciltransferasa (NitE), un polipéptido de la familia AIRS/GARS (NitF) y una oxidorreductasa dependiente de NADH (NitH). Un análisis transcripcional mediante RT-PCR determinó que los genes nitBCDEFGH se cotranscriben, mientras que el gen regulador nitA se transcribe de forma divergente. Además, resultados obtenidos por RT-PCR confirman que la expresión de los genes nitBCDEFGH está inducida por cianuro y reprimida por amonio. La relación entre el cianuro y el grupo de genes nit1C queda patente por el fenotipo de los mutantes deficientes nitA, nitB y nitC, incapaces de usar complejos cianuro-metálicos o 2-hidroxinitrilos como única fuente de nitrógeno. Todos estos datos indican que la nitrilasa NitC, junto con la proteína NitB, utilizan de forma específica determinados nitrilos alifáticos como sustrato, entre los que se encuentran el formado durante la asimilación de cianuro (Estepa et al., 2012). Además, entre las proteínas inducidas por cianuro se identificaron una dihidropicolinato sintasa (DapA), una fosfoserina transaminasa (SerC) y una proteína de función desconocida (Orf1), las tres codificadas por genes del operón cio, una cianasa (CynS), la proteína S6 de la subunidad ribosomal 30S (RpsF), una superóxido dismutasa (SodB), la ferritina (Dps), una oxidorreductasa (Fpr) y un factor de elongación P (EF-P). Una vez identificadas, estas proteínas se han analizado funcionalmente y se han localizado en el genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 los genes correspondientes, así como los genes adyacentes. La inducción de estas proteínas en condiciones cianotróficas sugiere que el metabolismo del cianuro incluye, además de la resistencia y asimilación de este tóxico, otros procesos biológicos relacionados con el metabolismo del cianato y de algunos aminoácidos, el estrés oxidativo y la homeostasis de hierro, entre otros. Por otra parte, el conocimiento en profundidad y la interpretación de la secuencia génica de P. pseudoalcaligenes CECT5344, así como el análisis comparativo frente a organismos no cianotrofos ha permitido entender algunos de los mecanismos implicados en la resistencia y asimilación de cianuro, lo que permitiría conducir a la posterior mejora del proceso de biodegradación de cianuro. Además, el estudio del genoma de la estirpe CECT5344 permitirá explorar la capacidad de este organismo para ser utilizado en procesos de biorremediación de residuos cianurados en los que se encuentran metales y otros tóxicos (Luque-Almagro et al., 2013; Wibberg et al., 2014). En este trabajo se muestran y discuten los resultados de la secuenciación del genoma de P. pseudoalcaligenes, así como el estudio del análisis filogenético y evolutivo de la cepa, estableciéndose de esta manera relaciones con otras especies en base a los genomas secuenciados de las mismas, entre las que destaca P. mendocina ymp relacionada con P. pseudoalcaligenes CECT5344. El estudio de las características del genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 ha sido completado con un análisis comparativo frente a los genomas de otras especies de Pseudomonas, encontrándose así semejanzas y diferencias en cuanto a la distribución génica funcional. Por último, se muestra un análisis del genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 en relación con los genes implicados probablemente en los procesos de asimilación de cianuro y residuos cianurados, tales como los codificantes de nitrilasas y aquellos implicados en la resistencia a cianuro como los constituyentes del operón cio que codifican la oxidasa terminal insensible a cianuro. Finalmente, se discute la presencia de genes implicados posiblemente en otros procesos con una alto potencial biotecnológico, tales como la producción de bioplásticos y la biodegradación de diversos contaminantes.