Mass spectrometry as a tool to dissect the role of chromatin assembly factors in regulating nucleosome assembly

L'assemblage des nucléosomes est étroitement couplée à la synthèse des histones ainsi qu’à la réplication et la réparation de l’ADN durant la phase S. Ce processus implique un mécanisme de contrôle qui contribue soigneusement et de manière régulée à l’assemblage de l’ADN en chromatine. L'assemblage des nucléosomes durant la synthèse de l’ADN est crucial et contribue ainsi au maintien de la stabilité génomique. Cette thèse décrit la caractérisation par spectrométrie de masse(SM) des protéines jouant un rôle critique dans l’assemblage et le maintien de la structure chromatinienne. Plus précisément, la phosphorylation de deux facteurs d’assemblage des nucléosome, le facteur CAF-1, une chaperone d’histone qui participe à l'assemblage de la chromatine spécifiquement couplée à la réplication de l'ADN, ainsi que le complexe protéique Hir, jouant de plus un rôle important dans la régulation transcriptionelle des gènes d’histones lors de la progression normale du cycle cellulaire et en réponse aux dommages de l'ADN, a été examiné. La caractérisation des sites de phosphorylation par SM nécéssite la séparation des protéines par éléctrophorèse suivi d’une coloration a l’argent. Dans le chapitre 2, nous demontrons que la coloration à l’argent induit un artéfact de sulfatation. Plus précisément, cet artéfact est causé par un réactif spécifiquement utilisé lors de la coloration. La sulfatation présente de fortes similitudes avec la phosphorylation. Ainsi, l’incrément de masse observé sur les peptides sulfatés et phosphorylés (+80 Da) nécéssite des instruments offrant une haute résolution et haute précision de masse pour différencier ces deux modifications. Dans les chapitres 3 et 4, nous avons d’abord démontré par SM que Cac1, la plus grande sous-unité du facteur CAF-1, est cible de plusieurs sites de phosphorylation. Fait intéréssant, certains de ces sites contiennent des séquences consensus pour les kinases Cdc7-Dbf4 et CDKs. Ainsi, ces résultats fournissent les premières évidences que CAF-1 est potentiellement régulé par ces deux kinases in vivo. La fonction de tous les sites de phosphorylation identifiés a ensuite été évaluée. Nous avons démontré que la phosphorylation de la Ser-503, un site consensus de la DDK, est essentielle à la répréssion transcriptionelle des gènes au niveau des télomères. Cependant, cette phosphorylation ne semble pas être nécéssaire pour d’autres fonctions connues de CAF-1, indiquant que le blocage de la phsophorylation de Cac1 Ser-503 affecte spécifiquement la fonction de CAF-1 aux structures hétérochromatiques des télomères. Ensuite, nous avons identifiés une intéraction physique entre CAF-1 et Cdc7-Dbf4. Des études in vitro ont également demontré que cette kinase phosphoryle spécifiquement Cac1 Ser-503, suggérant un rôle potential pour la kinase Cdc7-Dbf4 dans l’assemblage et la stabilité de la structure hétérochromatique aux télomères. Finalement, les analyses par SM nous ont également permi de montrer que la sous-unité Hpc2 du complexe Hir est phosphorylée sur plusieurs sites consensus des CDKs et de Cdc7-Dbf4. De plus, la quantification par SM d’un site spécifique de phosphorylation de Hpc2, la Ser-330, s’est révélée être fortement induite suite à l’activation du point de contrôle de réplication (le “checkpoint”) suite au dommage a l’ADN. Nous montrons que la Ser-330 de Hpc2 est phopshorylée par les kinases de point de contrôle de manière Mec1/Tel1- et Rad53-dépendante. Nos données préliminaires suggèrent ainsi que la capacité du complex Hir de réguler la répréssion transcriptionelle des gènes d'histones lors de la progression du cycle cellulaire normal et en réponse au dommage de l'ADN est médiée par la phosphorylation de Hpc2 par ces deux kinases. Enfin, ces deux études mettent en évidence l'importance de la spectrométrie de masse dans la caractérisation des sites de phosphorylation des protéines, nous permettant ainsi de comprendre plus précisement les mécanismes de régulation de l'assemblage de la chromatine et de la synthèse des histones.

Efectes del fotoperíode sobre la qualitat espermàtica de mascles porcins Sus domesticus

En el presente estudio se analizan los efectos de los fotoperiodos ambientales de otoño e invierno y los fotoperiodos experimentales de 24, 12 y 0 horas de luz artificial sobre la calidad del semen de machos reproductores porcinos de raza Landrace. El estudio se realizó sobre 30 machos postpuberales de 8 meses de edad y testados con el fin de comprobar la homogeneidad. Los machos fueron distribuidos aleatóriamente en los 3 grupos de luz artificial durante 3 meses. El tratamiento de 12 horas de luz artificial fue considerado como grupo control. Previamente al inicio de cada tratamiento, se sometió a cada grupo de machos al fotoperiodo ambiental correspondiente a la época del año; así, se caracterizó también la calidad seminal en otoño e invierno, manteniendo la temperatura constante. La nave experimental que acogió a los machos tiene una superficie de 100 m2 y una altura de 3,5 m. Un pasillo central divide la nave en dos hileras de 5 y 6 celdas respectivamente. En una de las celdas pequeñas se instaló el maniquí y fue utilizada para las extracciones de semen. La iluminación artificial se consiguió con la instalación de 6 lámparas fluorescentes en el techo del pasillo central que proporcionaron una luz homogénea superior a 200 lux. Así mismo, la nave se mantuvo en todo momento a 21±1ºC y la humedad relativa osciló entre el 60-75%. A todos los verracos se les proporcionó una dieta nutritiva y equilibrada y se les sometió a un regimen de extracciones de semen de 2 veces por semana, habiendo sido previamente entrenados en la monta del maniquí. Les muestras de semen fueron recogidas según la técnica de la mano enguantada (Martín, 1982; Daza, 1992) y se analizaron los siguientes parámetros: el volumen y el pH seminales, la concentración, la vitalidad y la motilidad espermáticas, la resistencia acrosómica de los espermatozoides, la morfología espermàtica a partir de la frecuencia de los espermatozoides maduros, inmaduros y aberrantes, la producción testicular y el número de dosis seminales. Se analizó, además, bioquímicamente el plasma seminal al principio y al final de cada tratamiento experimental de luz artificial a partir de la concentración de proteína total, de la identificación de residuos fosforilados de proteína y del contenido de azúcares. También se determinaron los índices de fertilidad y prolificidad. El volumen y el pH de los eyaculados se utilizaron como marcadores del estado funcional de las glándulas sexuales accesorias; la concentración espermàtica como un indicador de la actividad testicular (Pinart y col., 1999). La vitalidad y la motilidad espermáticas fueron estimadores del grado de diferenciación del espermatozoide tanto a nivel testicular como epididimario; la resistencia acrosómica fue utilizada para valorar el nivel de diferenciación de la membrana acrosómica durante la espermiogénesis y/o maduración epididimària (Briz i col., 1996; Pinart i col., 1999). Referente a la morfología espermática, los espermatozoides inmaduros fueron marcadores de anomalías en la maduración de éstos a lo largo del conducto epididimario y los espermatozoides aberrantes se utilizaron como marcadores de una diferenciación defectuosa a nivel de testículo (anomalías primarias) y a nivel de conducto epididimario (anomalías secundarias) (Briz i col., 1996). La concentración de proteína total se utilizó para valorar la integridad funcional de las membranas del espermatozoide y la actividad de las glándulas sexuales accesorias. La identificación de proteínas con residuos de tirosina fosforilados fue un estimador de la viabilidad celular y la actividad de las glándulas sexuales, y el contenido de azúcares como un indicador de la producción de las vesículas seminales. La determinación del volumen y el pH de los eyaculados se realizó en las instalaciones de la granja a partir de semen fresco el mismo día de la extracción. El resto de parámetros se analizaron en el laboratorio durante las 48 horas posteriores a la extracción a partir de semen diluido en BTS (diluyente de Bestville) (Daza, 1992) y transportado y conservado a 15ºC. Las muestras fueron previamente filtradas con el fin de eliminar la tapioca. El estudio estadístico de los resultados obtenidos se realizó a partir del análisis de la varianza (ANOVA) con un nivel de significación de =0,05. En cuanto al estudio comparativo de los fotoperiodos ambientales estacionales se ha observado un incremento significativo del pH del eyaculado en los machos expuestos a otoño (P0,0001), mientras que el volumen seminal se mantiene en valores similares en ambos tratamientos (P=0,1650). La concentración espermàtica, la producción espermàtica y el número de dosis seminales que se pueden preparar a partir de un eyaculado se duplica en los verracos sometidos al fotoperiodo de primavera (P0,0001). La vitalidad y la motilidad espermáticas no experimentan cambios significativos entre tratamientos (P=0,3440 y P=0,9220, respectivamente). La resistencia osmótica de los acrosomas desciende únicamente en los machos expuestos a condiciones estacionales de otoño (P0,0001). En referencia a la morfología espermàtica aunque no se observan diferencias entre primavera y otoño (P0,05), sí se detecta un incremento de los porcentajes de espermatozoides inmaduros y aberrantes en ambos fotoperiodos estacionales, y en especial en los machos expuestos a condiciones fotoperiódicas de otoño. Según los resultados obtenidos en este estudio la calidad seminal de los verracos es inferior en el fotoperiodo de otoño debido a un descenso de la concentración y la producción espermáticas, un aumento del pH seminal, una disminución de la resistencia de la membrana acrosómica y a un incremento en la frecuencia de espermatozoides inmaduros y aberrantes. Parece ser, pues, que en el otoño tiene lugar la disminución de la producción testicular, cambios en la actividad de las glándulas sexuales accesorias y disfunciones en el proceso de diferenciación testicular y epididimària de los espermatozoides y especialmente del acrosoma. En relación a los resultados obtenidos en el estudio de los diferentes fotoperiodos artificiales se observa que la iluminación continua provoca un aumento significativo del volumen del eyaculado en el primer y segundo mes de tratamiento (P0,0001), disminuyendo en el tercer mes. La oscuridad absoluta no modifica este parámetro (P0,05). En cuanto al pH seminal la iluminación continua provoca un incremento progresivo del valor del pH a lo largo del periodo experimental (P0,0001), mientras que la oscuridad absoluta tiene un efecto más irregular. La exposición de los machos a iluminación continua y a oscuridad absoluta se manifiesta en un descenso de la concentración y la producción espermáticas que se mantiene hasta el segundo mes de tratamiento (P0,0001), observándose un incremento en el tercer mes de exposición de los machos a oscuridad absoluta (P=0,1010). De todas maneras, este descenso es mas severo en los machos sometidos a iluminación continua ya que no presentan recuperación. La vitalidad y la motilidad espermáticas no se ven alteradas por la iluminación continua y la oscuridad absoluta, ni tampoco el contenido de los azúcares mayoritarios del plasma seminal (P0,005). La glucosa aparece como un azúcar minoritario y sí que presenta concentraciones inferiores en los tratamientos experimentales de luz continua y de oscuridad absoluta (P0,0001 y P=0,0002, respectivamente). La resistencia osmótica de los acrosomas desciende en ambos tratamientos artificiales extremos de luz continua y oscuridad total (P0,0001), aunque en los machos expuestos a iluminación continua se produce una recuperación a partir del segundo mes de tratamiento (P=0,4930). Dado que tampoco se han observado diferencias significativas en las concentraciones de proteína total (P0,05), es probable que las anomalías de la membrana acrosómica se originen durante el proceso de espermiogénesis y/o maduración epididimària. La exposición de los verracos a oscuridad absoluta no altera la morfología espermàtica de los eyaculados, aunque se observa un aumento de la frecuencia de espermatozoides con anomalías en la forma de la cola en el primer mes (P0,0001), y un aumento de la frecuencia de espermatozoides inmaduros con gota distal y de espermatozoides con anomalías en el número de colas en el tercer mes de experimentación (P=0,0030 y P0,0001). La luz continua, sin embargo, provoca un incremento de la frecuencia de espermatozoides inmaduros con gota distal (P0,0001) y de espermatozoides con anomalías en la forma de la cola (P=0,0040) ya en el primer mes. El fotoperiodo provoca un descenso de la fertilidad de los machos expuestos a oscuridad absoluta en el tercer mes de tratamiento (P0,0001) y un incremento de ésta en los machos sometidos a iluminación continua (P=0,0005). La prolificidad no se ve modificada por ambas condiciones extremas de luz artificial (P0,05). Así pues, los resultados obtenidos demuestran que el fotoperiodo afecta la actividad testicular, provoca alteraciones en la actividad de las glándulas sexuales accesorias, altera el proceso de expulsión de la gota citoplasmática y provoca anomalías en el proceso de diferenciación de la cola tanto a nivel testicular como epididimario, siendo los verracos expuestos a luz continua más sensibles a estos parámetros que los verracos sometidos a oscuridad absoluta. El fotoperiodo, sin embargo, no altera de forma esencial la integridad de las membranas del espermatozoide ni la capacidad fecundante de éste.

Pèptids biarílics a partir de 4-iodofenilalanina o 3-iodotirosina per borilació i reacció de Suzuki-Miyaura en fase sòlida. Avaluació de l'activitat antimicrobiana

En aquesta tesi doctoral es va estudiar la preparació de pèptids biarílics en fase sòlida. En primer lloc, es varen borilar residus de fenilalanina o tirosina presents a la seqüència peptídica a través d’una reacció de Miyaura. A continuació, es varen arilar els boronats resultants a través d’una reacció de Suzuki-Miyaura sota irradiació de microones, utilitzant diversos halurs d’aril i haloaminoàcids. La metodologia trobada es va estendre a la preparació de pèptids biarílics cíclics. Aquesta aproximació presenta l’avantatge d’evitar la síntesi en dissolució i la purificació del boronoaminoàcid. A més, permet la preparació d’una àmplia diversitat de pèptids biarílics a partir d’un únic boronopèptid. L’avaluació de l’activitat biològica dels pèptids sintetitzats va permetre idenficar seqüències actives enfront dels bacteris Erwinia amylovora, Xanthomonas vesicatoria, i Pseudomonas syringae, que són responsables de malalties greus en plantes d’interès econòmic com pereres i pomeres, i que varen resultar ser molt poc tòxics enfront cèl•lules eucariotes.

A new motif in the formation of peptide nanotubes: the crystallographic signature

Terminally protected acyclic tripeptides Boc-Tyr(1)-Val(2)-Tyr(3)-OMe 1 and Boc-Tyr(1)-lle(2)-Tyr(3)-OMe 2 self-assemble into nanotubes in crystals through various noncovalent interactions with an average internal diameter of 5 Angstrom (0.5 nm), and the tubular ensemble is developed through the hydrogen-bonded side chains of tyrosine residues. The inside of the hollow nanotubular structures is hydrophilic; however, no solvent molecules have been crystallographically detected.

Alignment of a model amyloid peptide fragment in bulk and at a solid surface

The alignment of model amyloid peptide YYKLVFFC is investigated in bulk and at a solid surface using a range of spectroscopic methods employing polarized radiation. The peptide is based on a core sequence of the amyloid beta (A beta) peptide, KLVFF. The attached tyrosine and cysteine units are exploited to yield information on alignment and possible formation of disulfide or dityrosine links. Polarized Raman spectroscopy on aligned stalks provides information on tyrosine orientation, which complements data from linear dichroism (LD) on aqueous solutions subjected to shear in a Couette cell. LD provides a detailed picture of alignment of peptide strands and aromatic residues and was also used to probe the kinetics of self-assembly. This suggests initial association of phenylalanine residues, followed by subsequent registry of strands and orientation of tyrosine residues. X-ray diffraction (XRD) data from aligned stalks is used to extract orientational order parameters from the 0.48 nm reflection in the cross-beta pattern, from which an orientational distribution function is obtained. X-ray diffraction on solutions subject to capillary flow confirmed orientation in situ at the level of the cross-beta pattern. The information on fibril and tyrosine orientation from polarized Raman spectroscopy is compared with results from NEXAFS experiments on samples prepared as films on silicon. This indicates fibrils are aligned parallel to the surface, with phenyl ring normals perpendicular to the surface. Possible disulfide bridging leading to peptide dimer formation was excluded by Raman spectroscopy, whereas dityrosine formation was probed by fluorescence experiments and was found not to occur except under alkaline conditions. Congo red binding was found not to influence the cross-beta XRD pattern.

Determination of orientations of aromatic groups in self-assembled peptide fibrils by polarised Raman spectroscopy

In this paper we describe a novel combination of Raman spectroscopy, isotope editing and X-ray scattering as a powerful approach to give detailed structural information on aromatic side chains in peptide fibrils. The orientation of the tyrosine residues in fibrils of the peptide YTIAALLSPYS with respect to the fibril axis has been determined from a combination of polarised Raman spectroscopy and X-ray diffraction measurements. The Raman intensity of selected tyrosine bands collected at different polarisation geometries is related to the values and orientation of the Raman tensor for those specific vibrations. Using published Raman tensor values we solved the relevant expressions for both of the two tyrosine residues present in this peptide. Ring deuteration in one of the two tyrosine side chains allowed for the calculation to be performed individually for both, by virtue of the isotopic shift that eliminates band overlapping. Sample disorder was taken into account by obtaining the distribution of orientations of the samples from X-ray diffraction experiments. The results provide previously unavailable details about the molecular conformation of this peptide, and demonstrate the value of this approach for the study of amyloid fibrils.

Biological effects of insulin on murine melanoma cells and fish erythrophoroma cells: A comparative study

Insulin is the hormone that plays an essential role in metabolism and mitosis of normal and tumor cells, exerting its pleiotropic effects through binding to specific membrane receptors and promoting the phosphorylation of tyrosine residues of the receptor itself and of other components of the signaling pathway. The aim of this study was to investigate the effects of insulin on melanogenesis and cell growth in three different cell lines: the goldfish GEM-81 erythrophoroma cells (undifferentiated and differentiated with 1.5% dimethylsulfoxide-DMSO), and the murine B16F10 and Cloudman S91 melanoma cells. Undifferentiated GEM-81 and B16F10 cells responded to insulin with a small increase of cell proliferation, whereas S91 cells responded with a decrease of growth. In the two mammalian cell lines, and in DMSO-differentiated GEM-81 cells, the hormone strongly inhibited melanogenesis, by decreasing tyrosinase activity. In undifferentiated GEM-81 cells, insulin had no effect on tyrosinase activity. An increase in the tyrosine phosphorylation status of pp 185 (insulin receptor substrate 1 and 2-IRS-1/2) phosphorylation degree was observed in S91 mouse melanoma and in differentiated GEM-81 erythrophoroma cells, suggesting that this specific protein was maintained during transformation process and participates in insulin signaling. Our results imply an ancient and diverse history of the insulin signaling system in vertebrate pigment cells. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Non-invasive strategy in assessing asthma through biofluids metabolomics exploration: exhaled breath and urine potentialities

Asthma is a significant health issue in the pediatric population with a noteworthy growth over the years. The proposed challenge for this PhD thesis was the development of advanced methodologies to establish metabolomic patterns in urine and exhaled breath associated with asthma whose applicability was subsequently exploited to evaluate the disease state, the therapy adhesion and effect and for diagnostic purposes. The volatile composition of exhaled breath was studied combining headspace solid phase microextraction (HS-SPME) with gas chromatography coupled to mass spectrometry or with comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled to mass spectrometry with a high resolution time of flight analyzer (GC×GC–ToFMS). These methodologies allowed the identification of several hundred compounds from different chemical families. Multivariate analysis (MVA) led to the conclusion that the metabolomic profile of asthma individuals is characterized by higher levels of compounds associated with lipid peroxidation, possibly linked to oxidative stress and inflammation (alkanes and aldehydes) known to play an important role in asthma. For future applications in clinical settings a set of nine compounds was defined and the clinical applicability was proven in monitoring the disease status and in the evaluation of the effect and / or adherence to therapy. The global volatile metabolome of urine was also explored using an HSSPME/GC×GC–ToFMS method and c.a. 200 compounds were identified. A targeted analysis was performed, with 78 compounds related with lipid peroxidation and consequently to oxidative stress levels and inflammation. The urinary non-volatile metabolomic pattern of asthma was established using proton nuclear magnetic resonance (1H NMR). This analysis allowed identifying central metabolic pathways such as oxidative stress, amino acid and lipid metabolism, gut microflora alterations, alterations in the tricarboxylic acid (TCA) cycle, histidine metabolism, lactic acidosis, and modification of free tyrosine residues after eosinophil stimulation. The obtained results allowed exploring and demonstrating the potential of analyzing the metabolomic profile of exhaled air and urine in asthma. Besides the successful development of analysis methodologies, it was possible to explore through exhaled air and urine biochemical pathways affected by asthma, observing complementarity between matrices, as well as, verify the clinical applicability.

Signaling pathways associated with the expression of inflammatory mediators activated during the course of two models of experimental periodontitis

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

Structure determination of proteins and peptides in solution: simulation, chirality and NMR studies

The study of protein fold is a central problem in life science, leading in the last years to several attempts for improving our knowledge of the protein structures. In this thesis this challenging problem is tackled by means of molecular dynamics, chirality and NMR studies. In the last decades, many algorithms were designed for the protein secondary structure assignment, which reveals the local protein shape adopted by segments of amino acids. In this regard, the use of local chirality for the protein secondary structure assignment was demonstreted, trying to correlate as well the propensity of a given amino acid for a particular secondary structure. The protein fold can be studied also by Nuclear Magnetic Resonance (NMR) investigations, finding the average structure adopted from a protein. In this context, the effect of Residual Dipolar Couplings (RDCs) in the structure refinement was shown, revealing a strong improvement of structure resolution. A wide extent of this thesis is devoted to the study of avian prion protein. Prion protein is the main responsible of a vast class of neurodegenerative diseases, known as Bovine Spongiform Encephalopathy (BSE), present in mammals, but not in avian species and it is caused from the conversion of cellular prion protein to the pathogenic misfolded isoform, accumulating in the brain in form of amiloyd plaques. In particular, the N-terminal region, namely the initial part of the protein, is quite different between mammal and avian species but both of them contain multimeric sequences called Repeats, octameric in mammals and hexameric in avians. However, such repeat regions show differences in the contained amino acids, in particular only avian hexarepeats contain tyrosine residues. The chirality analysis of avian prion protein configurations obtained from molecular dynamics reveals a high stiffness of the avian protein, which tends to preserve its regular secondary structure. This is due to the presence of prolines, histidines and especially tyrosines, which form a hydrogen bond network in the hexarepeat region, only possible in the avian protein, and thus probably hampering the aggregation.

Water-soluble organic compounds in air particulate matter analyzed by HPLC-DAD-MS and HPLC-MS/MS: abundance, sources and transformation of carboxylic acids, nitrophenols and nitrated proteins

Wasserlösliche organische Verbindungen (WSOCs) sind Hauptbestandteile atmosphärischer Aerosole, die bis zu ~ 50% und mehr der organischen Aerosolfraktion ausmachen. Sie können die optischen Eigenschaften sowie die Hygroskopizität von Aerosolpartikeln und damit deren Auswirkungen auf das Klima beeinflussen. Darüber hinaus können sie zur Toxizität und Allergenität atmosphärischer Aerosole beitragen.In dieser Studie wurde Hochleistungsflüssigchromatographie gekoppelt mit optischen Diodenarraydetektion und Massenspektrometrie (HPLC-DAD-MS und HPLC-MS/MS) angewandt, um WSOCs zu analysieren, die für verschiedene Aerosolquellen und -prozesse charakteristisch sind. Niedermolekulare Carbonsäuren und Nitrophenole wurden als Indikatoren für die Verbrennung fossiler Brennstoffe und die Entstehung sowie Alterung sekundärer organischer Aerosole (SOA) aus biogenen Vorläufern untersucht. Protein-Makromoleküle wurden mit Blick auf den Einfluss von Luftverschmutzung und Nitrierungsreaktionen auf die Allergenität primärer biologischer Aerosolpartikel – wie Pollen und Pilzsporen – untersucht.rnFilterproben von Grob- und Feinstaubwurden über ein Jahr hinweg gesammelt und auf folgende WSOCs untersucht: die Pinen-Oxidationsprodukte Pinsäure, Pinonsäure und 3-Methyl-1,2,3-Butantricarbonsäure (3-MBTCA) sowie eine Vielzahl anderer Dicarbonsäuren und Nitrophenole. Saisonale Schwankungen und andere charakteristische Merkmale werden mit Blick auf Aerosolquellen und -senken im Vergleich zu Daten anderen Studien und Regionen diskutiert. Die Verhätlnisse von Adipinsäure und Phthalsäure zu Azelainsäure deuten darauf hin, dass die untersuchten Aerosolproben hauptsächlich durch biogene Quellen beeinflusst werden. Eine ausgeprägte Arrhenius-artige Korrelation wurde zwischen der 3-MBTCA-¬Konzentration und der inversen Temperatur beobachtet (R2 = 0.79, Ea = 126±10 kJ mol-1, Temperaturbereich 275–300 K). Modellrechnungen zeigen, dass die Temperaturabhängigkeit auf eine Steigerung der photochemischen Produktionsraten von 3-MBTCA durch erhöhte OH-Radikal-Konzentrationen bei erhöhten Temperaturen zurückgeführt werden kann. Im Vergleich zur chemischen Reaktionskinetik scheint der Einfluss von Gas-Partikel-Partitionierungseffekten nur eine untergeordnete Rolle zu spielen. Die Ergebnisse zeigen, dass die OH-initiierte Oxidation von Pinosäure der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Bildung von 3-MBTCA ist. 3-MBTCA erscheint somit als Indikator für die chemische Alterung von biogener sekundärer organischer Aerosole (SOA) durch OH-Radikale geeignet. Eine Arrhenius-artige Temperaturabhängigkeit wurde auch für Pinäure beobachtet und kann durch die Temperaturabhängigkeit der biogenen Pinen-Emissionen als geschwindigkeitsbestimmender Schritt der Pinsäure-Bildung erklärt werden (R2 = 0.60, Ea = 84±9 kJ mol-1).rn rnFür die Untersuchung von Proteinnitrierungreaktionen wurde nitrierte Protein¬standards durch Flüssigphasenreaktion von Rinderserumalbumin (BSA) und Ovalbumin (OVA) mit Tetranitromethan (TNM) synthetisiert.Proteinnitrierung erfolgt vorrangig an den Resten der aromatischen Aminosäure Tyrosin auf, und mittels UV-Vis-Photometrie wurde der Proteinnnitrierungsgrad (ND) bestimmt. Dieser ist definiert als Verhältnis der mittleren Anzahl von Nitrotyrosinresten zur Tyrosinrest-Gesamtzahl in den Proteinmolekülen. BSA und OVA zeigten verschiedene Relationen zwischen ND und TNM/Tyrosin-Verhältnis im Reaktionsgemisch, was vermutlich auf Unterschiede in den Löslichkeiten und den molekularen Strukturen der beiden Proteine zurück zu führen ist.rnDie Nitrierung von BSA und OVA durch Exposition mit einem Gasgemisch aus Stickstoffdioxid (NO2) und Ozon (O3) wurde mit einer neu entwickelten HPLC-DAD-¬Analysemethode untersucht. Diese einfache und robuste Methode erlaubt die Bestimmung des ND ohne Hydrolyse oder Verdau der untersuchten Proteine und ernöglicht somit eine effiziente Untersuchung der Kinetik von Protein¬nitrierungs-Reaktionen. Für eine detaillierte Produktstudien wurden die nitrierten Proteine enzymatisch verdaut, und die erhaltenen Oligopeptide wurden mittels HPLC-MS/MS und Datenbankabgleich mit hoher Sequenzübereinstimmung analysiert. Die Nitrierungsgrade individueller Nitrotyrosin-Reste (NDY) korrelierten gut mit dem Gesamt-Proteinnitrierungsgrad (ND), und unterschiedliche Verhältnisse von NDY zu ND geben Aufschluss über die Regioselektivität der Reaktion. Die Nitrierungmuster von BSA und OVA nach Beahndlung mit TNM deuten darauf hin, dass die Nachbarschaft eines negativ geladenen Aminosäurerestes die Tyrosinnitrierung fördert. Die Behandlung von BSA durch NO2 und O3 führte zu anderend Nitrierungemustern als die Behandlung mit TNM, was darauf hindeutet, dass die Regioselektivität der Nitrierung vom Nitrierungsmittel abhängt. Es zeigt sich jedoch, dass Tyrosinreste in Loop-Strukturen bevorzugt und unabhängig vom Reagens nitriert werden.Die Methoden und Ergebnisse dieser Studie bilden eine Grundlage für weitere, detaillierte Untersuchungen der Reaktionskinetik sowie der Produkte und Mechanismen von Proteinnitrierungreaktionen. Sie sollen helfen, die Zusammenhänge zwischen verkehrsbedingten Luftschadstoffen wie Stickoxiden und Ozon und der Allergenität von Luftstaub aufzuklären.rn

Coating of surfaces of composite materials with enzymatically formed biosilica

Die Bildung kieselsäurehaltiger Spicula in marinen Schwämmen ist nur möglich durch die enzymatische Aktivität des Silicatein- in Verbindung mit der stöchiometrischen Selbstassemblierung des Enzyms mit anderen Schwammproteinen. Die vorliegende Arbeit basiert auf einem biomimetischen Ansatz mit dem Ziel, unterschiedliche Oberflächen für biotechnologische und biomedizinische Anwendungen mit Biosilica und Biotitania zu beschichten und zu funktionalisieren. Für biotechnologische Anwendungen ist dabei das Drucken von Cystein-getaggtem Silicatein auf Gold-Oberflächen von Bedeutung, denn es ermöglichte die Bildung definierter Biotitania-Strukturen (Anatas), welche als Photokatalysator den Abbau eines organischen Farbstoffs bewirkten. Des Weiteren zeigte sich die bio-inspirierte Modifikation von Tyrosin-Resten an rekombinantem Silicatein-(via Tyrosinase) als vielversprechendes Werkzeug zur Beschleunigung der Selbstassemblierung des Enzyms zu mesoskaligen Filamenten. Durch eine solche Modifikation konnte Silicatein auch auf der Oberfläche von anorganischen Partikeln immobilisiert werden, welches die Assemblierung von anorganisch-organischen Verbundwerkstoffen in wäßriger Umgebung förderte. Die resultierenden supramolekularen Strukturen könnten dabei in bio-inspirierten und biotechnologischen Anwendungen genutzt werden. Weiterhin wurde in der vorliegenden Arbeit die Sekundärstruktur von rekombinantem Silicatein- (Monomer und Oligomer) durch Raman Spektroskopie analysiert, nachdem das Protein gemäß einer neu etablierten Methode rückgefaltet worden war. Diese Spektraldaten zeigten insbesondere Änderungen der Proteinkonformation durch Solubilisierung und Oligomerisierung des Enzyms. Außerdem wurden die osteoinduzierenden und osteogenen Eigenschaften unterschiedlicher organischer Polymere, die herkömmlich als Knochenersatzmaterial genutzt werden, durch Oberflächenmodifikation mit Silicatein/Biosilica verbessert: Die bei der Kultivierung knochenbildender Zellen auf derart oberflächenbehandelten Materialien beobachtete verstärkte Biomineralisierung, Aktivierung der Alkalischen Phosphatase, und Ausbildung eines typischen zellulären Phänotyps verdeutlichen das Potential von Silicatein/Biosilica für der Herstellung neuartiger Implantat- und Knochenersatzmaterialien.

PDZ interaction site in ephrinB2 is required for the remodeling of lymphatic vasculature

The transmembrane ligand ephrinB2 and its cognate Eph receptor tyrosine kinases are important regulators of embryonic blood vascular morphogenesis. However, the molecular mechanisms required for ephrinB2 transduced cellular signaling in vivo have not been characterized. To address this question, we generated two sets of knock-in mice: ephrinB2DeltaV mice expressed ephrinB2 lacking the C-terminal PDZ interaction site, and ephrinB2(5F) mice expressed ephrinB2 in which the five conserved tyrosine residues were replaced by phenylalanine to disrupt phosphotyrosine-dependent signaling events. Our analysis revealed that the homozygous mutant mice survived the requirement of ephrinB2 in embryonic blood vascular remodeling. However, ephrinB2DeltaV/DeltaV mice exhibited major lymphatic defects, including a failure to remodel their primary lymphatic capillary plexus into a hierarchical vessel network, hyperplasia, and lack of luminal valve formation. Unexpectedly, ephrinB2(5F/5F) mice displayed only a mild lymphatic phenotype. Our studies define ephrinB2 as an essential regulator of lymphatic development and indicate that interactions with PDZ domain effectors are required to mediate its functions.

Intracellular signalling by the insulin receptor

The insulin receptor transduces insulin's biological signal through the tyrosine kinase present in the receptor's B subunit. The activated insulin receptor kinase then phosphorylates a series of intracellular substrate including insulin receptor substrate 1 (IRS-1), which has been shown to be the pivotal substrate for insulin receptor signal transduction. The phosphorylated tyrosine residues in IRS-1 can bind and activate the downstream effectors, many of which are SH2 domain containing proteins such as phosphotidylinositol 3-kinase, growth factor binding protein 2, and SH2 phosphotyrosine phosphatase 2. Phosphorylated synthetic IRS-1 peptides with the corresponding sequences of the IRS-1 have been shown to associate and activate their respective SH2 domain containing proteins. Another important event happening during insulin binding with the insulin receptor is that the insulin receptor rapidly undergoes internalization. However, the insulin receptor signalling and the receptor endocytosis have been studied as two independent processes. The hypothesis of the present thesis is that the insulin receptor endocytosis is involved in insulin receptor signalling and signal termination. The results of the present investigation demonstrate that insulin receptors in the earliest stage of endocytosis contain significantly greater kinase activity towards IRS-1 peptides than the receptors localized at the plasma membrane, indicating that they are potentially more capable of transducing signals. On the other hand, insulin receptors in the middle and late stage of endocytosis lose their kinase activity, suggesting that insulin receptor kinase activity inactivation and signal termination might take place in the late phase of the insulin receptor internalization. In addition, this study also found that the increased insulin receptor kinase activity in the endosomes is related to the tyrosyl phosphorylation of the specific domains of the receptor's $\beta$ subunit. ^

Studies on the role of BCR in Philadelphia chromosome-positive leukemias

It is well established that the chimeric Bcr-Abl oncoprotein resulting from fusing 3$\sp\prime$ ABL sequences on chromosome 9 to 5$\sp\prime$ BCR sequences on chromosome 22 is the primary cause of Philadelphia chromosome-positive (Ph$\sp1$) leukemias. Although it is clear that the cis-Bcr sequence present within Bcr-Abl is able to activate the tyrosine kinase activity and F-actin binding capacity of Bcr-Abl which is critical for the transforming ability of BCR-ABL, the biological role of normal BCR gene product (P160 BCR) remains largely unknown. The previous finding by our lab that P160 BCR forms stable complexes with Bcr-Abl oncoprotein in Ph$\sp1$-positive leukemic cells implicated P160 BCR in the pathogenesis of Ph$\sp1$-positive leukemias. Here, we demonstrated that P160 BCR physically interacts with P210 BCR-ABL and become tyrosine phosphorylated when co-expressed with P210 BCR-ABL in COS1 cells while no tyrosine phosphorylation of P160 BCR can be detected when it is expressed alone. The results suggest that P160 BCR is a target for the Bcr-Abl tyrosine kinase. Although we were unable to detect stable physical interaction between P160 BCR and P145 c-ABL (Ib) in COS1 cells overexpressing both proteins, P160 BCR was phosphorylated on tyrosine residues when co-expressed with activated tyrosine kinase of P145 c-ABL (Ib). In addition, studies of tyrosine phosphorylation of BCR deletion mutants and 2-dimensional tryptic mapping of in vitro phosphorylated wild type and mutant (tyrosine to phenylalanine) Bcr-Abl indicated that tyrosine 177, 283 and 360 of Bcr represent some of the phosphorylation sites. Even though the significance of tyrosine phosphorylation of residues 283 and 360 of Bcr has not been determined, tyrosine phosphorylation of residue 177 within Bcr-Abl has been reported to be critical for its interaction with Grb2 molecule and subsequent activation of Ras signaling pathway. Here, we further demonstrated that tyrosine 177 phosphorylated P160 BCR is also able to bind to Grb2 molecule suggesting the role of P160 BCR in the Ras signaling pathway.^ Surprisingly, using 3$\sp\prime$ BCR antisense oligonucleotide to reduce the expression of P160 BCR without interfering with the expression of BCR-ABL resulted in increased growth or survival of B15 cells and M3.16 cells expressing either P185 BCR-ABL or P210 BCR-ABL respectively. The results provided strong arguments that P160 BCR may function as a negative regulator for cell growth.^ Considering all these results, we hypothesize that P160 BCR negatively regulate cell growth and tyrosine phosphorylation of P160 BCR turns off its growth suppressor function and turns on its growth stimulatory function. We further speculate that Bcr-Abl oncoprotein in leukemia cells stably interacts with and constitutively phosphorylates portions of P160 BCR converting it into a growth stimulatory state. In normal cells, the growth suppressor effects of P160 BCR could only be transiently and conditionally switched to growth stimulatory action by a strictly regulated cellular tyrosine kinase such as c-ABL. The model will be further discussed in the text. ^