Cross-talk between caveolae and glycosylphosphatidylinositol-rich domains

Most mammalian cells have in their plasma membrane at least two types of lipid microdomains, non-invaginated lipid rafts and caveolae. Glycosylphosphatidylinositol (GPI)-anchored proteins constitute a class of proteins that are enriched in rafts but not caveolae at steady state. We have analyzed the effects of abolishing GPI biosynthesis on rafts, caveolae, and cholesterol levels. GPI-deficient cells were obtained by screening for resistance to the pore-forming toxin aerolysin, which uses this class of proteins as receptors. Despite the absence of GPI-anchored proteins, mutant cells still contained lipid rafts, indicating that GPI-anchored proteins are not crucial structural elements of these domains. Interestingly, the caveolae-specific membrane proteins, caveolin-1 and 2, were up-regulated in GPI-deficient cells, in contrast to flotillin-I and GM1, which were expressed at normal levels. Additionally, the number of surface caveolae was increased. This effect was specific since recovery of GPI biosynthesis by gene recomplementation restored caveolin expression and the number of surface caveolae to wild type levels. The inverse correlation between the expression of GPI-anchored proteins and caveolin-1 was confirmed by the observation that overexpression of caveolin-1 in wild type cells led to a decrease in the expression of GPI-anchored proteins. In cells lacking caveolae, the absence of GPI-anchored proteins caused an increase in cholesterol levels, suggesting a possible role of GPI-anchored proteins in cholesterol homeostasis, which in some cells, such as Chinese hamster ovary cells, can be compensated by caveolin up-regulation.

Inflammasome activation by adenylate cyclase toxin directs Th17 responses and protection against Bordetella pertussis.

Inflammasome-mediated IL-1beta production is central to the innate immune defects that give rise to certain autoinflammatory diseases and may also be associated with the generation of IL-17-producing CD4(+) T (Th17) cells that mediate autoimmunity. However, the role of the inflammasome in driving adaptive immunity to infection has not been addressed. In this article, we demonstrate that inflammasome-mediated IL-1beta plays a critical role in promoting Ag-specific Th17 cells and in generating protective immunity against Bordetella pertussis infection. Using a murine respiratory challenge model, we demonstrated that the course of B. pertussis infection was significantly exacerbated in IL-1R type I-defective (IL-1RI(-/-)) mice. We found that adenylate cyclase toxin (CyaA), a key virulence factor secreted by B. pertussis, induced robust IL-1beta production by dendritic cells through activation of caspase-1 and the NALP3-containing inflammasome complex. Using mutant toxins, we demonstrate that CyaA-mediated activation of caspase-1 was not dependent on adenylate cyclase enzyme activity but was dependent on the pore-forming capacity of CyaA. In addition, CyaA promoted the induction of Ag-specific Th17 cells in wild-type but not IL-1RI(-/-) mice. Furthermore, the bacterial load was enhanced in IL-17-defective mice. Our findings demonstrate that CyaA, a virulence factor from B. pertussis, promotes innate IL-1beta production via activation of the NALP3 inflammasome and, thereby, polarizes T cell responses toward the Th17 subtype. In addition to its known role in subverting host immunity, our findings suggest that CyaA can promote IL-1beta-mediated Th17 cells, which promote clearance of the bacteria from the respiratory tract.

Regulation of Nav1.7 and Nav1.8 voltage-gated sodium channels by Nedd4-2 and β-subunits and its implication in neuropathic pain

In mammals, the presence of excitable cells in muscles, heart and nervous system is crucial and allows fast conduction of numerous biological information over long distances through the generation of action potentials (AP). Voltage-gated sodium channels (Navs) are key players in the generation and propagation of AP as they are responsible for the rising phase of the AP. Navs are heteromeric proteins composed of a large pore-forming a-subunit (Nav) and smaller ß-auxiliary subunits. There are ten genes encoding for Navl.l to Nav1.9 and NaX channels, each possessing its own specific biophysical properties. The excitable cells express differential combinations of Navs isoforms, generating a distinct electrophysiological signature. Noteworthy, only when anchored at the membrane are Navs functional and are participating in sodium conductance. In addition to the intrinsic properties of Navs, numerous regulatory proteins influence the sodium current. Some proteins will enhance stabilization of membrane Navs while others will favour internalization. Maintaining equilibrium between the two is of crucial importance for controlling cellular excitability. The E3 ubiquitin ligase Nedd4-2 is a well-characterized enzyme that negatively regulates the turnover of many membrane proteins including Navs. On the other hand, ß-subunits are known since long to stabilize Navs membrane anchoring. Peripheral neuropathic pain is a disabling condition resulting from nerve injury. It is characterized by the dysregulation of Navs expressed in dorsal root ganglion (DRG) sensory neurons as highlighted in different animal models of neuropathic pain. Among Navs, Nav1.7 and Nav1.8 are abundantly and specifically expressed in DRG sensory neurons and have been recurrently incriminated in nociception and neuropathic pain development. Using the spared nerve injury (SNI) experimental model of neuropathic pain in mice, I observed a specific reduction of Nedd4-2 in DRG sensory neurons. This decrease subsequently led to an upregulation of Nav1.7 and Nav1.8 protein and current, in the axon and the DRG neurons, respectively, and was sufficient to generate neuropathic pain-associated hyperexcitability. Knocking out Nedd4-2 specifically in nociceptive neurons led to the same increase of Nav1.7 and Nav1.8 concomitantly with an increased thermal sensitivity in mice. Conversely, rescuing Nedd4-2 downregulation using viral vector transfer attenuated neuropathic pain mechanical hypersensitivity. This study demonstrates the significant role of Nedd4-2 in regulating cellular excitability in vivo and its involvement in neuropathic pain development. The role of ß-subunits in neuropathic pain was already demonstrated in our research group. Because of their stabilization role, the increase of ßl, ß2 and ß3 subunits in DRGs after SNI led to increased Navs anchored at the membrane. Here, I report a novel mechanism of regulation of a-subunits by ß- subunits in vitro; ßl and ß3-subunits modulate the glycosylation pattern of Nav1.7, which might account for stabilization of its membrane expression. This opens new perspectives for investigation Navs state of glycosylation in ß-subunits dependent diseases, such as in neuropathic pain. - Chez les mammifères, la présence de cellules excitables dans les muscles, le coeur et le système nerveux est cruciale; elle permet la conduction rapide de nombreuses informations sur de longues distances grâce à la génération de potentiels d'action (PA). Les canaux sodiques voltage-dépendants (Navs) sont des participants importants dans la génération et la propagation des PA car ils sont responsables de la phase initiale de dépolarisation du PA. Les Navs sont des protéines hétéromériques composées d'une grande sous-unité a (formant le pore du canal) et de petites sous-unités ß accompagnatrices. Il existe dix gènes qui codent pour les canaux sodiques, du Nav 1.1 au Nav 1.9 ainsi que NaX, chacun possédant des propriétés biophysiques spécifiques. Les cellules excitables expriment différentes combinaisons des différents isoformes de Navs, qui engendrent une signature électrophysiologique distincte. Les Navs ne sont fonctionnels et ne participent à la conductibilité du Na+, que s'ils sont ancrés à la membrane plasmique. En plus des propriétés intrinsèques des Navs, de nombreuses protéines régulatrices influencent également le courant sodique. Certaines protéines vont favoriser l'ancrage et la stabilisation des Navs exprimés à la membrane, alors que d'autres vont plutôt favoriser leur internalisation. Maintenir l'équilibre des deux processus est crucial pour contrôler l'excitabilité cellulaire. Dans ce contexte, Nedd4-2, de la famille des E3 ubiquitin ligase, est une enzyme bien caractérisée qui régule l'internalisation de nombreuses protéines, notamment celle des Navs. Inversement, les sous-unités ß sont connues depuis longtemps pour stabiliser l'ancrage des Navs à la membrane. La douleur neuropathique périphérique est une condition débilitante résultant d'une atteinte à un nerf. Elle est caractérisée par la dérégulation des Navs exprimés dans les neurones sensoriels du ganglion spinal (DRG). Ceci a été démontré à de multiples occasions dans divers modèles animaux de douleur neuropathique. Parmi les Navs, Nav1.7 et Nav1.8 sont abondamment et spécifiquement exprimés dans les neurones sensoriels des DRG et ont été impliqués de façon récurrente dans le développement de la douleur neuropathique. En utilisant le modèle animal de douleur neuropathique d'épargne du nerf sural (spared nerve injury, SNI) chez la souris, j'ai observé une réduction spécifique des Nedd4-2 dans les neurones sensoriels du DRG. Cette diminution avait pour conséquence l'augmentation de l'expression des protéines et des courants de Nav 1.7 et Nav 1.8, respectivement dans l'axone et les neurones du DRG, et était donc suffisante pour créer l'hyperexcitabilité associée à la douleur neuropathique. L'invalidation pour le gène codant pour Nedd4-2 dans une lignée de souris génétiquement modifiées a conduit à de similaires augmentations de Nav1.7 et Nav1.8, parallèlement à une augmentation à la sensibilité thermique. A l'opposé, rétablir une expression normale de Nedd4-2 en utilisant un vecteur viral a eu pour effet de contrecarrer le développement de l'hypersensibilité mécanique lié à ce modèle de douleur neuropathique. Cette étude démontre le rôle important de Nedd4-2 dans la régulation de l'excitabilité cellulaire in vivo et son implication dans le développement des douleurs neuropathiques. Le rôle des sous-unités ß dans les douleurs neuropathiques a déjà été démontré dans notre groupe de recherche. A cause de leur rôle stabilisateur, l'augmentation des sous-unités ßl, ß2 et ß3 dans les DRG après SNI, conduit à une augmentation des Navs ancrés à la membrane. Dans mon travail de thèse, j'ai observé un nouveau mécanisme de régulation des sous-unités a par les sous-unités ß in vitro. Les sous-unités ßl et ß3 régulent l'état de glycosylation du canal Nav1.7, et stabilisent son expression membranaire. Ceci ouvre de nouvelles perspectives dans l'investigation de l'état de glycosylation des Navs dans des maladies impliquant les sous-unités ß, notamment les douleurs neuropathiques.

Transition from hemifusion to pore opening is rate limiting for vacuole membrane fusion.

Fusion pore opening and expansion are considered the most energy-demanding steps in viral fusion. Whether this also applies to soluble N-ethyl-maleimide sensitive fusion protein attachment protein receptor (SNARE)- and Rab-dependent fusion events has been unknown. We have addressed the problem by characterizing the effects of lysophosphatidylcholine (LPC) and other late-stage inhibitors on lipid mixing and pore opening during vacuole fusion. LPC inhibits fusion by inducing positive curvature in the bilayer and changing its biophysical properties. The LPC block reversibly prevented formation of the hemifusion intermediate that allows lipid, but not content, mixing. Transition from hemifusion to pore opening was sensitive to guanosine-5'-(gamma-thio)triphosphate. It required the vacuolar adenosine triphosphatase V0 sector and coincided with its transformation. Pore opening was rate limiting for the reaction. As with viral fusion, opening the fusion pore may be the most energy-demanding step for intracellular, SNARE-dependent fusion reactions, suggesting that fundamental aspects of lipid mixing and pore opening are related for both systems.

β1- and β3- voltage-gated sodium channel subunits modulate cell surface expression and glycosylation of Nav1.7 in HEK293 cells.

Voltage-gated sodium channels (Navs) are glycoproteins composed of a pore-forming α-subunit and associated β-subunits that regulate Nav α-subunit plasma membrane density and biophysical properties. Glycosylation of the Nav α-subunit also directly affects Navs gating. β-subunits and glycosylation thus comodulate Nav α-subunit gating. We hypothesized that β-subunits could directly influence α-subunit glycosylation. Whole-cell patch clamp of HEK293 cells revealed that both β1- and β3-subunits coexpression shifted V ½ of steady-state activation and inactivation and increased Nav1.7-mediated I Na density. Biotinylation of cell surface proteins, combined with the use of deglycosydases, confirmed that Nav1.7 α-subunits exist in multiple glycosylated states. The α-subunit intracellular fraction was found in a core-glycosylated state, migrating at ~250 kDa. At the plasma membrane, in addition to the core-glycosylated form, a fully glycosylated form of Nav1.7 (~280 kDa) was observed. This higher band shifted to an intermediate band (~260 kDa) when β1-subunits were coexpressed, suggesting that the β1-subunit promotes an alternative glycosylated form of Nav1.7. Furthermore, the β1-subunit increased the expression of this alternative glycosylated form and the β3-subunit increased the expression of the core-glycosylated form of Nav1.7. This study describes a novel role for β1- and β3-subunits in the modulation of Nav1.7 α-subunit glycosylation and cell surface expression.

Étude des mécanismes moléculaires de formation des pores des toxines formeuses de pores par la spectroscopie de fluorescence

Les toxines formeuses de pore (PFTs) sont des protéines exogènes responsables d’un grand nombre de maladies infectieuses qui perméabilisent les membranes cellulaires de leur hôte. La formation des pores ou l’introduction d’une enzyme dans le cytoplasme peut entrainer l’apparition de symptômes de maladies connues (l’anthrax, le botulisme) et, dans le pire des cas, la mort. Les mécanismes d’infection et de destruction des cellules infectées sont bien caractérisés. Toutefois, l’aspect dynamique des changements de conformation durant le processus de perméabilisation reste à découvrir pour la majorité des toxines formeuses de pore. Le but de cette thèse est d’étudier les mécanismes d’oligomérisation des PFTs, ainsi que la formation des pores à la membrane lipidique grâce à la spectroscopie de fluorescence. Nous avons choisi la toxine Cry1Aa, un bio pesticide produit par le bacille de Thuringe et qui a été rigoureusement caractérisé, en tant que modèle d’étude. La topologie de la Cry1Aa à l’état actif et inactif a pu être résolue grâce à l’utilisation d’une technique de spectroscopie de fluorescence, le FRET ou transfert d’énergie par résonance entre un fluorophore greffé au domaine formeur de pore (D1) et un accepteur non fluorescent (le DPA ou dipicrylamine) localisé dans la membrane et qui bouge selon le potentiel membranaire. Le courant électrique, ainsi que la fluorescence provenant de la bicouche lipidique membranaire horizontale ont été enregistrés simultanément. De cette manière, nous avons pu localiser toutes les boucles reliant les hélices de D1 avant et après la formation des pores. Dans la forme inactive de la toxine, toutes ces boucles se trouvent du côté interne de la bicouche lipidique, mais dans sa forme active l’épingle α3-α4 traverse du côté externe, alors que toutes les autres hélices demeurent du côté interne. Ces résultats suggèrent que α3-α4 forment le pore. Nous avons découvert que la toxine change significativement de conformation une fois qu’elle se trouve dans la bicouche lipidique, et que la Cry1Aa attaque la membrane lipidique de l’extérieur, mais en formant le pore de l’intérieur. Dans le but de caractériser la distribution de toxines à chaque extrémité de la bicouche, nous avons utilisé une technique de double FRET avec deux accepteurs ayant des vitesses de translocation différentes (le DPA et l’oxonol) dans la membrane lipidique. De cette manière, nous avons déterminé que la toxine était présente des deux côtés de la bicouche lipidique durant le processus de perméabilisation. La dynamique d’oligomérisation de la toxine dans une bicouche lipidique sans récepteurs a été étudiée avec une technique permettant le compte des sauts de fluorescence après le photoblanchiment des fluorophore liés aux sous unités composant un oligomère présent dans la bicouche lipidique supportée. Nous avons confirmé de cette manière que la protéine formait ultimement des tétramères, et que cet état résultait de la diffusion des monomères de toxine dans la bicouche et de leur assemblage subséquent. Enfin nous avons voulu étudier le « gating » de la colicine Ia, provenant de la bactérie E.Coli, dans le but d’observer les mouvements que font deux positions supposées traverser la bicouche lipidique selon le voltage imposé aux bornes de la bicouche. Nos résultats préliminaires nous permettent d’observer un mouvement partiel (et non total) de ces positions, tel que le suggèrent les études de conductances du canal.

Modulation de l’adressage membranaire et de la fonction du canal CaV2.3 par les résidus leucine du domaine guanylate kinase impliqués dans la liaison à forte affinité de CaVβ

Les canaux Ca2+ activés par le voltage (CaV) sont des protéines membranaires qui génèrent des courants Ca2+ dans les cellules excitables suite à une dépolarisation membranaire. Ces complexes oligomériques sont classifiés selon les propriétés structurelles de la sous-unité principale qui forme le pore du canal, soit la sous-unité CaVα1. La sous-unité auxiliaire CaVβ module l’expression membranaire et la dépendance au voltage du « gating » de la sous-unité CaVα1 des canaux HVA (« high-voltage-activated ») CaV1 et CaV2. La sous-unité CaVβ est formée par un domaine SH3 (« Src homology-3 ») connecté à un domaine GK (« guanylate kinase-like ») par le biais d’un domaine variable HOOK. Dans le but d’identifier les résidus dans la CaVβ3 qui sont responsables de la densité membranaire du CaV2.3, nous avons produit des mutants de la sous-unité auxiliaire le long de ses domaines fonctionnels. Cela dit, la délétion complète du domaine SH3 ainsi que la délétion du domaine HOOK n’ont pas modifié la densité membranaire de CaV2.3 ni ses propriétés d’activation. Cependant, la délétion de cinq résidus dans le domaine GK interrompt l’expression membranaire et l’expression fonctionnelle de CaV2.3. La mutation de résidus identifiés précédemment comme soutenant une affinité de liaison de l’ordre du nanomolaire dans le domaine GK de CaVβ n’a pas modifié de manière significative l’adressage membranaire de CaV2.3. Toutefois, les mutations de quatre résidus leucine dans les régions α3, α6, β10 et α9 du domaine GK ont grandement réduit l’adressage membranaire du canal CaV2.3. Nos résultats confirment que le domaine GK contient les déterminants moléculaires responsables de la fonction chaperone de CaVβ. Cela dit, l’adressage membranaire induit par CaVβ semble être déterminé par des éléments structuraux qui ne sont pas strictement dépendants d’une liaison à haute affinité de CaVβ sur CaVα1.

Étude de l'oligomérisation et de la fonction de canaux ioniques par spectroscopie de fluorescence et fluorométrie en voltage imposé

La fonction des canaux ioniques est finement régulée par des changements structuraux de sites clés contrôlant l’ouverture du pore. Ces modulations structurales découlent de l’interaction du canal avec l’environnement local, puisque certains domaines peuvent être suffisamment sensibles à des propriétés physico-chimiques spécifiques. Les mouvements engendrés dans la structure sont notamment perceptibles fonctionnellement lorsque le canal ouvre un passage à certains ions, générant ainsi un courant ionique mesurable selon le potentiel électrochimique. Une description détaillée de ces relations structure-fonction est cependant difficile à obtenir à partir de mesures sur des ensembles de canaux identiques, puisque les fluctuations et les distributions de différentes propriétés individuelles demeurent cachées dans une moyenne. Pour distinguer ces propriétés, des mesures à l’échelle de la molécule unique sont nécessaires. Le but principal de la présente thèse est d’étudier la structure et les mécanismes moléculaires de canaux ioniques par mesures de spectroscopie de fluorescence à l’échelle de la molécule unique. Les études sont particulièrement dirigées vers le développement de nouvelles méthodes ou leur amélioration. Une classe de toxine formeuse de pores a servi de premier modèle d’étude. La fluorescence à l’échelle de la molécule unique a aussi été utilisée pour l’étude d’un récepteur glutamate, d’un récepteur à la glycine et d’un canal potassique procaryote. Le premier volet porte sur l’étude de la stœchiométrie par mesures de photoblanchiment en temps résolu. Cette méthode permet de déterminer directement le nombre de monomères fluorescents dans un complexe isolé par le décompte des sauts discrets de fluorescence suivant les événements de photoblanchiment. Nous présentons ici la première description, à notre connaissance, de l’assemblage dynamique d’une protéine membranaire dans un environnement lipidique. La toxine monomérique purifiée Cry1Aa s’assemble à d’autres monomères selon la concentration et sature en conformation tétramérique. Un programme automatique est ensuite développé pour déterminer la stœchiométrie de protéines membranaires fusionnées à GFP et exprimées à la surface de cellules mammifères. Bien que ce système d’expression soit approprié pour l’étude de protéines d’origine mammifère, le bruit de fluorescence y est particulièrement important et augmente significativement le risque d’erreur dans le décompte manuel des monomères fluorescents. La méthode présentée permet une analyse rapide et automatique basée sur des critères fixes. L’algorithme chargé d’effectuer le décompte des monomères fluorescents a été optimisé à partir de simulations et ajuste ses paramètres de détection automatiquement selon la trace de fluorescence. La composition de deux canaux ioniques a été vérifiée avec succès par ce programme. Finalement, la fluorescence à l’échelle de la molécule unique est mesurée conjointement au courant ionique de canaux potassiques KcsA avec un système de fluorométrie en voltage imposé. Ces enregistrements combinés permettent de décrire la fonction de canaux ioniques simultanément à leur position et densité alors qu’ils diffusent dans une membrane lipidique dont la composition est choisie. Nous avons observé le regroupement de canaux KcsA pour différentes compositions lipidiques. Ce regroupement ne paraît pas être causé par des interactions protéine-protéine, mais plutôt par des microdomaines induits par la forme des canaux reconstitués dans la membrane. Il semble que des canaux regroupés puissent ensuite devenir couplés, se traduisant en ouvertures et fermetures simultanées où les niveaux de conductance sont un multiple de la conductance « normale » d’un canal isolé. De plus, contrairement à ce qui est actuellement suggéré, KcsA ne requiert pas de phospholipide chargé négativement pour sa fonction. Plusieurs mesures indiquent plutôt que des lipides de forme conique dans la phase cristalline liquide sont suffisants pour permettre l’ouverture de canaux KcsA isolés. Des canaux regroupés peuvent quant à eux surmonter la barrière d’énergie pour s’ouvrir de manière coopérative dans des lipides non chargés de forme cylindrique.

Modifications post-traductionnelles des canaux calciques cardiaques de type L : identification des résidus asparagine qui participent à la glycosylation de la sous-unité auxiliaire CaVα2δ1

Les canaux calciques de type L CaV1.2 sont principalement responsables de l’entrée des ions calcium pendant la phase plateau du potentiel d’action des cardiomyocytes ventriculaires. Cet influx calcique est requis pour initier la contraction du muscle cardiaque. Le canal CaV1.2 est un complexe oligomérique qui est composé de la sous-unité principale CaVα1 et des sous-unités auxiliaires CaVβ et CaVα2δ1. CaVβ joue un rôle déterminant dans l’adressage membranaire de la sous-unité CaVα1. CaVα2δ1 stabilise l’état ouvert du canal mais le mécanisme moléculaire responsable de cette modulation n’a pas été encore identifié. Nous avons récemment montré que cette modulation requiert une expression membranaire significative de CaVα2δ1 (Bourdin et al. 2015). CaVα2δ1 est une glycoprotéine qui possède 16 sites potentiels de glycosylation de type N. Nous avons donc évalué le rôle de la glycosylation de type-N dans l’adressage membranaire et la stabilité de CaVα2δ1. Nous avons d’abord confirmé que la protéine CaVα2δ1 recombinante, telle la protéine endogène, est significativement glycosylée puisque le traitement à la PNGase F se traduit par une diminution de 50 kDa de sa masse moléculaire, ce qui est compatible avec la présence de 16 sites Asn. Il s’est avéré par ailleurs que la mutation simultanée de 6/16 sites (6xNQ) est suffisante pour 1) réduire significativement la densité de surface de! CaVα2δ1 telle que mesurée par cytométrie en flux et par imagerie confocale 2) accélérer les cinétiques de dégradation telle qu’estimée après arrêt de la synthèse protéique et 3) diminuer la modulation fonctionnelle des courants générés par CaV1.2 telle qu’évaluée par la méthode du « patch-clamp ». Les effets les plus importants ont toutefois été obtenus avec les mutants N663Q, et les doubles mutants N348Q/N468Q, N348Q/N812Q, N468Q/N812Q. Ensemble, ces résultats montrent que Asn663 et à un moindre degré Asn348, Asn468 et Asn812 contribuent à la biogenèse et la stabilité de CaVα2δ1 et confirment que la glycosylation de type N de CaVα2δ1 est nécessaire à la fonction du canal calcique cardiaque de type L.

Relationship Between Expression of Voltage-Dependent Anion Channel (VDAC) Isoforms and Type of Hexokinase Binding Sites on Brain Mitochondria

Voltage-dependent anion channels (VDAC) are pore-forming proteins found in the outer mitochondrial membrane of eukaryotes. VDACs are known to play an essential role in cellular metabolism and in early stages of apoptosis. In mammals, three VDAC isoforms have been identified. A proteomic approach was exploited to study the expression of VDAC isoforms in rat, bovine, and chicken brain mitochondria. Given the importance of mitochondrially bound hexokinase in regulation of aerobic glycolysis in brain, we studied the possibility that differences in the relative expression of VDAC isoforms may be a factor in determining the species-dependent ratio of type A/type B hexokinase binding sites on brain mitochondria. The spots were characterized, and the signal intensities among spots were compared. VDAC1 was the most abundantly expressed of the three isoforms. Moreover the expression of VDAC1 plus VDAC2 was significantly higher in bovine than in rat brain. Chicken brain mitochondria showed the highest VDAC1 expression and the lowest of VDAC2. Bovine brain mitochondria had the highest VDAC2 levels. We concluded that the nature of hexokinase binding site is not determined by the expression of a single VDAC isoform.

Effects of the cationic antimicrobial peptide eumenitin from the venom of solitary wasp Eumenes rubronotatus in planar lipid bilayers: Surface charge and pore formation activity

Eumenitin, a novel cationic antimicrobial peptide from the venom of solitary wasp Eumenes rubronotatus, was characterized by its effects on black lipid membranes of negatively charged (azolectin) and zwitterionic (1,2-diphytanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPhPC) or DPhPC-cholesterol) phospholipids: surface potential changes, single-channel activity, ion selectivity, and pore size were studied. We found that eumenitin binds preferentially to charged lipid membranes as compared with zwitterionic ones. Eumenitin is able to form pores in azolectin (G(1) = 118.00 +/- 3.67 pS or G(2) = 160.00 +/- 7.07 pS) and DPhPC membranes (G = 61.13 +/- 7.57 pS). Moreover, cholesterol addition to zwitterionic DPhPC membranes inhibits pore formation activity but does not interfere with the binding of peptide. Open pores presented higher cation (K (+)) over anion (Cl-) selectivity. The pore diameter was estimated at between 8.5and 9.8 angstrom in azolectin membranes and about 4.3 angstrom in DPhPC membranes. The results are discussed based on the toroidal pore model for membrane pore-forming activity and ion selectivity. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Increased Activation of Stromal Interaction Molecule-1/Orai-1 in Aorta From Hypertensive Rats A Novel Insight Into Vascular Dysfunction

Disturbances in the regulation of cytosolic calcium (Ca(2+)) concentration play a key role in the vascular dysfunction associated with arterial hypertension. Stromal interaction molecules (STIMs) and Orai proteins represent a novel mechanism to control store-operated Ca(2+) entry. Although STIMs act as Ca(2+) sensors for the intracellular Ca(2+) stores, Orai is the putative pore-forming component of Ca(2+) release-activated Ca(2+) channels at the plasma membrane. We hypothesized that augmented activation of Ca(2+) release-activated Ca(2+)/Orai-1, through enhanced activity of STIM-1, plays a role in increased basal tonus and vascular reactivity in hypertensive animals. Endothelium-denuded aortic rings from Wistar-Kyoto and stroke-prone spontaneously hypertensive rats were used to evaluate contractions because of Ca(2+) influx. Depletion of intracellular Ca(2+) stores, which induces Ca(2+) release-activated Ca(2+) activation, was performed by placing arteries in Ca(2+) free-EGTA buffer. The addition of the Ca(2+) regular buffer produced greater contractions in aortas from stroke-prone spontaneously hypertensive rats versus Wistar-Kyoto rats. Thapsigargin (10 mu mol/L), an inhibitor of the sarcoplasmic reticulum Ca(2+) ATPase, further increased these contractions, especially in stroke-prone spontaneously hypertensive rat aorta. Addition of the Ca(2+) release-activated Ca(2+) channel inhibitors 2-aminoethoxydiphenyl borate (100 mu mol/L) or gadolinium (100 mu mol/L), as well as neutralizing antibodies to STIM-1 or Orai-1, abolished thapsigargin-increased contraction and the differences in spontaneous tone between the groups. Expression of Orai-1 and STIM-1 proteins was increased in aorta from stroke-prone spontaneously hypertensive rats when compared with Wistar-Kyoto rats. These results support the hypothesis that both Orai-1 and STIM-1 contribute to abnormal vascular function in hypertension. Augmented activation of STIM-1/Orai-1 may represent the mechanism that leads to impaired control of intracellular Ca(2+) levels in hypertension. (Hypertension. 2009; 53[part 2]: 409-416.)

Cys mutants in functional regions of Sticholysin I clarify the participation of these residues in pore formation

Experimental evidence shows that the mechanism of pore formation by actinoporins is a multistep process, involving binding of the water-soluble monomer to the membrane and subsequent oligomerization on the membrane surface, leading to the formation of a functional pore. However, as for other eukaryotic pore-forming toxins, the molecular details of the mechanism of membrane insertion and oligomerization are not clear. In order to obtain further insight with regard to the structure-function relationship in sticholysins, we designed and produced three cysteine mutants of recombinant sticholysin I (rStI) in relevant functional regions for membrane interaction: StI E2C and StI F15C (in the N-terminal region) and StI R52C (in the membrane binding site). The conformational characterization derived from fluorescence and CD spectroscopic studies of StI E2C, StI F15C and StI R52C suggests that replacement of these residues by Cys in rStI did not noticeably change the conformation of the protein. The substitution by Cys of Arg(52) in the phosphocholine-binding site, provoked noticeable changes in rStI permeabilizing activity; however, the substitutions in the N-terminal region (Glu(2), Phe(15)) did not modify the toxin`s permeabilizing ability. The presence of a dimerized population stabilized by a disulfide bond in the StI E2C mutant showed higher pore-forming activity than when the protein is in the monomeric state, suggesting that sticholysins pre-ensembled at the N-terminal region could facilitate pore formation. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Microstructure of ceramics TiO2 obtained by protein consolidation

Porous ceramics can be produced by adding starch (corn, potato) and protein (animal or vegetable) to raw material as pore forming element. In this study, titanium dioxide ceramics were formed by vegetable protein consolidation. Soybean was chosen as the binding agent and pore forming. The samples, which were produced in cylindrical shape, had the following processing: material mixture, gelling, drying, pre-sintering and sintering. Heated platinum microscopy were performed by using suspensions with different compositions in order to verify protein gelling capacity and better know the temperature in which this process occurs. The samples were characterized by apparent porosity and roughness measurement. Besides, imaging by light microscopy was also performed in order to determine the sample morphology and porosity. © (2012) Trans Tech Publications, Switzerland.

Estudo e desenvolvimento de cerâmicas porosas de dióxido de titânio aditivadas com proteínas de soja

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)