Aberrant transcript produced by a splice donor site deletion in the TECTA gene is associated with autosomal dominant deafness in a Brazilian family

We ascertained a Brazilian family with nine individuals affected by autosomal dominant nonsyndromic sensorineural hearing loss. The bilateral hearing loss affected mainly mid-high frequencies, was apparently stable with an early onset. Microsatellites close to the DFNA8/DFNA12 locus, which harbors the TECTA gene, showed significant multipoint lod scores (32) close to marker D11S4107. Sequencing of the exons and exon-intron boundaries of the TECTA gene in one affected subject revealed the deletion c.5383 + 5delGTGA in the 5' end of intron 16, that includes the last two bases of the donor splice site consensus sequence. This mutation segregates with deafness within the family. To date, 33 different TECTA mutations associated with autossomal dominant hearing loss have been described. Among them is the mutation reported herein, first described by Hildebrand et al. (2011) in a UK family. The audioprofiles from the UK and Brazilian families were similar. In order to investigate the transcripts produced by the mutated allele, we performed cDNA analysis of a lymphoblastoid cell line from an affected heterozygote with the c.5383 + 5delGTGA and a noncarrier from the same family. The analysis allowed us to identify an aberrant transcript with skipping of exon 16, without affecting the reading frame. One of the dominant TECTA mutations already described, a synonymous substitution in exon 16 (c.5331 G<A), was also shown to affect splicing resulting in an aberrant transcript lacking exon 16. Despite the difference in the DNA level, both the synonymous substitution in exon 16 (c.5331 G<A) and the mutation described herein affect splicing of exon 16, leading to its skipping. At the protein level they would have the same effect, an in-frame deletion of 37 amino-acids (p.S1758Y/G1759_N1795del) probably leading to an impaired function of the ZP domain. Thus, like the TECTA missense mutations associated with dominant hearing loss, the c5383 + 5delGTGA mutation does not have an inactivating effect on the protein. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Purification and characterization of Hb 98-114: A novel hemoglobin-derived antimicrobial peptide from the midgut of Rhipicephalus (Boophilus) microplus

The antimicrobial activity of hemoglobin fragments (hemocidins) has been reported in a variety of models. The cattle tick Rhipicephalus (Boophilus) microplus is a blood sucking arthropod from where the first in vivo-generated hemocidin was characterized (Hb 33-61). In the present work we identified a novel antimicrobial peptide from the midgut of fully engorged R. (B.) microplus females, which comprises the amino acids 98-114 of the alpha subunit of bovine hemoglobin, and was designated Hb 98-114. This peptide was active against several yeast and filamentous fungi, although no activity was detected against bacteria up to 50 mu M of the synthetic peptide. Hb 98-114 was capable of permeabilizing Candida albicans cell membrane and had a fungicidal effect against this yeast. Circulardichroism (CD) and nuclear magnetic resonance (NMR) experiments showed that Hb 98-114 has a random conformation in aqueous solution but switches to an alpha-helical conformation in the presence of sodium dodecyl sulfate (SDS). This alpha helix adopts an amphipathic structure which may be the mechanism of cell membrane permeabilization. Importantly, Hb 98-114 may play an important role in defending the tick midgut against fungal pathogens and is the first hemocidin with specific antifungal activity to be characterized. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Isolation and biochemical, functional and structural characterization of a novel L-amino acid oxidase from Lachesis muta snake venom

The aim of this study was the isolation of the LAAO from Lachesis muta venom (LmLAAO) and its biochemical, functional and structural characterization. Two different purification protocols were developed and both provided highly homogeneous and active LmLAAO. It is a homodimeric enzyme with molar mass around 120 kDa under non-reducing conditions, 60 kDa under reducing conditions in SDS-PAGE and 60852 Da by mass spectrometry. Forty amino acid residues were directly sequenced from LmLAAO and its complete cDNA was identified and characterized from an Expressed Sequence Tags data bank obtained from a venom gland. A model based on sequence homology was manually built in order to predict its three-dimensional structure. LmLAAO showed a catalytic preference for hydrophobic amino acids (K-m of 0.97 mmol/L with Leu). A mild myonecrosis was observed histologically in mice after injection of 100 mu g of LmLAAO and confirmed by a 15-fold increase in CK activity. LmLAAO induced cytotoxicity on AGS cell line (gastric adenocarcinoma, IC50: 22.7 mu g/mL) and on MCF-7 cell line (breast adenocarcinoma, IC50:1.41 mu g/mL). It presents antiparasitic activity on Leishmania brasiliensis (IC50: 2.22 mu g/nnL), but Trypanosoma cruzi was resistant to LmLAAO. In conclusion, LmLAAO showed low systemic toxicity but important in vitro pharmacological actions. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

THE NEGATIVE EFFECTS OF ALCOHOL HANGOVER ON HIGH-ANXIETY PHENOTYPE RATS ARE INFLUENCED BY THE GLUTAMATE RECEPTORS OF THE DORSAL MIDBRAIN

Alcoholism is a chronic disorder characterized by the appearance of a withdrawal syndrome following the abrupt cessation of alcohol intake that includes symptoms of physical and emotional disturbances, anxiety being the most prevalent symptom. In humans, it was shown that anxiety may increase the probability of relapse. In laboratory animals, however, the use of anxiety to predict alcohol preference has remained difficult. Excitatory amino acids as glutamate have been implicated in alcohol hangover and may be responsible for the seizures and anxiety observed during withdrawal. The dorsal periaqueductal gray (DPAG) is a midbrain region critical for the modulation/expression of anxiety- and fear-related behaviors and the propagation of seizures induced by alcohol withdrawal, the glutamate neurotransmission being one of the most affected. The present study was designed to evaluate whether low- (LA) and high-anxiety rats (HA), tested during the alcohol hangover phase, in which anxiety is the most prevalent symptom, are more sensitive to the reinforcing effects of alcohol when tested in a voluntary alcohol drinking procedure. Additionally, we were interested in investigating the main effects of reducing the excitatory tonus of the dorsal midbrain, after the blockade of the ionotropic glutamate receptors into the DPAG, on the voluntary alcohol intake of HA and LA motivated rats that were made previously experienced with the free operant response of alcohol drinking. For this purpose, we used local infusions of the N-metil D-Aspartato (NMDA) and alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA)-kainate receptors antagonist DL-2-Amino-7-phosphonoheptanoic acid - DL-AP7 (10 nmol/0.2 mu l) and L-glutamic acid diethyl ester - GDEE (160 nmol/0.2 mu l) respectively. Alcohol intoxication was produced by 10 daily bolus intraperitonial (IP) injections of alcohol (2.0 g/kg). Peak-blood alcohol levels were determined by gas-chromatography analysis in order to assess blood-alcohol content. Unconditioned and conditioned anxiety-like behavior was assessed by the use of the fear-potentiated startle procedure (FPS). Data collected showed that anxiety and alcohol drinking in HA animals are positively correlated in animals that were made previously familiarized with the anxiolytic effects of alcohol. In addition, anxiety-like behavior induced during alcohol hangover seems to be an effect of changes in glutamatergic neurotransmission into DPAG possibly involving AMPA/kainate and NMDA receptors, among others. (C) 2012 IBRO. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Synthesis, anti-inflammatory activity and molecular docking studies of 2,5-diarylfuran amino acid derivatives

A series of 2,5-diaryl substituted furans functionalized with several amino acids were synthesized and evaluated as the cyclooxygenases COX-1 and COX-2 enzymes inhibitors. The proline-substituted compound inhibited PGE(2) secretion by LPS-stimulated neutrophils, suggesting selectivity for COX-2. Molecular docking studies in the binding site of COX-2 were performed. (C) 2011 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

Geographic differentiation of polymorphism in the Plasmodium falciparum malaria vaccine candidate gene SERA5

SERA5 is regarded as a promising malaria vaccine candidate of the most virulent human malaria parasite Plasmodium falciparum. SERA5 is a 120 kDa abundantly expressed blood-stage protein containing a papain-like protease. Since substantial polymorphism in blood-stage vaccine candidates may potentially limit their efficacy, it is imperative to fully investigate polymorphism of the SERA5 gene (sera5). In this study, we performed evolutionary and population genetic analysis of sera5. The level of inter-species divergence (kS = 0.076) between P. falciparum and Plasmodium reichenowi, a closely related chimpanzee malaria parasite is comparable to that of housekeeping protein genes. A signature of purifying selection was detected in the proenzyme and enzyme domains. Analysis of 445 near full-length P. falciparum sera5 sequences from nine countries in Africa, Southeast Asia, Oceania and South America revealed extensive variations in the number of octamer repeat (OR) and serine repeat (SR) regions as well as substantial level of single nucleotide polymorphism (SNP) in non-repeat regions (2562 bp). Remarkably, a 14 amino acid sequence of SERA5 (amino acids 59-72) that is known to be the in vitro target of parasite growth inhibitory antibodies was found to be perfectly conserved in all 445 worldwide isolates of P. falciparum evaluated. Unlike other major vaccine target antigen genes such as merozoite surface protein-1, apical membrane antigen-1 or circumsporozoite protein, no strong evidence for positive selection was detected for SNPs in the non-repeat regions of sera5. A biased geographical distribution was observed in SNPs as well as in the haplotypes of the sera5 OR and SR regions. In Africa, OR- and SR-haplotypes with low frequency (<5%) and SNPs with minor allele frequency (<5%) were abundant and were mostly continent-specific. Consistently, significant genetic differentiation, assessed by the Wright's fixation index (FST) of inter-population variance in allele frequencies, was detected for SNPs and both OR- and SR-haplotypes among almost all parasite populations. The exception was parasite populations between Tanzania and Ghana, suggesting frequent gene flow in Africa. The present study points to the importance of investigating whether biased geographical distribution for SNPs and repeat variants in the OR and SR regions affect the reactivity of human serum antibodies to variants. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The COP9 signalosome counteracts the accumulation of cullin SCF ubiquitin E3 RING ligases during fungal development

Defects in the COP9 signalosome (CSN) impair multicellular development, including embryonic plant or animal death or a block in sexual development of the fungus Aspergillus nidulans. CSN deneddylates cullin-RING ligases (CRLs), which are activated by covalent linkage to ubiquitin-like NEDD8. Deneddylation allows CRL disassembly for subsequent reassembly. An attractive hypothesis is a consecutive order of CRLs for development, which demands repeated cycles of neddylation and deneddylation for reassembling CRLs. Interruption of these cycles could explain developmental blocks caused by csn mutations. This predicts an accumulation of neddylated CRLs exhibiting developmental functions when CSN is dysfunctional. We tested this hypothesis in A. nidulans, which tolerates reduced levels of neddylation for growth. We show that only genes for CRL subunits or neddylation are essential, whereas CSN is primarily required for development. We used functional tagged NEDD8, recruiting all three fungal cullins. Cullins are associated with the CSN1/CsnA subunit when deneddylation is defective. Two CRLs were identified which are specifically involved in differentiation and accumulate during the developmental block. This suggests that an active CSN complex is required to counteract the accumulation of specific CRLs during development.

Exogenous ornithine is an effective precursor and the delta-ornithine amino transferase pathway contributes to proline accumulation under high N recycling in salt-stressed cashew leaves

The role of the delta-ornithine amino transferase (OAT) pathway in proline synthesis is still controversial and was assessed in leaves of cashew plants subjected to salinity. The activities of enzymes and the concentrations of metabolites involved in proline synthesis were examined in parallel with the capacity of exogenous ornithine and glutamate to induce proline accumulation. Proline accumulation was best correlated with OAT activity, which increased 4-fold and was paralleled by NADH oxidation coupled to the activities of OAT and Delta(1)-pyrroline-5-carboxylate reductase (P5CR), demonstrating the potential of proline synthesis via OAT/P5C. Overall, the activities of GS. GOGAT and aminating GDH remained practically unchanged under salinity. The activity of P5CR did not respond to NaCl whereas Delta(1)-pyrroline-5-carboxylate dehydrogenase was sharply repressed by salinity. We suggest that if the export of P5C from the mitochondria to the cytosol is possible, its subsequent conversion to proline by P5CR may be important. In a time-course experiment, proline accumulation was associated with disturbances in amino acid metabolism as indicated by large increases in the concentrations of ammonia, free amino acids, glutamine, arginine and ornithine. Conversely, glutamate concentrations increased moderately and only within the first 24 h. Exogenous feeding of ornithine as a precursor was very effective in inducing proline accumulation in intact plants and leaf discs, in which proline concentrations were several times higher than glutamate-fed or salt-treated plants. Our data suggest that proline accumulation might be a consequence of salt-induced increase in N recycling, resulting in increased levels of ornithine and other metabolites involved with proline synthesis and OAT activity. Under these metabolic circumstances the OAT pathway might contribute significantly to proline accumulation in salt-stressed cashew leaves. (C) 2011 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Fatty acids as a tool to compare cachara (Pseudoplatystoma reticulatum) (Siluriformes: Pimelodidae) and hybrid (Pseudoplatystoma corruscans x Pseudoplatystoma reticulatum) larvae during early development

In this study, we investigated the physiological alterations during ontogeny for cachara (Pseudoplatystoma reticulatum) and their hybrid larvae (Pseudoplatystoma corruscans x P. reticulatum) using lipids and fatty acids as physiological tools to elucidate the basis for differences in these groups' productivity in an industrial setting. Eggs and larvae samples were collected during January and February of 2008 in the city of Bandeirantes, MS, and were divided into three primary phases: phase I (0-16 h after fertilization); phase II (24 h after fertilization to 6 days after fertilization); and phase III (7-25 days after fertilization). The larvae of both groups showed a high degree of similarity, suggesting that the hybrid larvae showed a high level of heritability from the cachara broodstock. Analysis of the total lipid content provided evidence that there is no alteration in lipid concentration during ontogeny for both groups (i.e., the cachara and hybrids). However, the fatty acid profile showed that during the endogenous feeding period (phase II), when the larvae must use the energy reserves from the mother, the cachara larvae used mainly monounsaturated fatty acids for development. This is typical for most fish species, though notably, the hybrids preferentially used saturated fatty acids. Furthermore, certain specific changes demonstrate unique patterns of energy utilization and structural substrates, which may aid in elucidating the empirical differences reported by fish farmers (i.e., that the hybrids perform better than cacharas in captivity).

Protein turnover, amino acid requirements and recommendations for athletes and active populations

Skeletal muscle is the major deposit of protein molecules. As for any cell or tissue, total muscle protein reflects a dynamic turnover between net protein synthesis and degradation. Noninvasive and invasive techniques have been applied to determine amino acid catabolism and muscle protein building at rest, during exercise and during the recovery period after a single experiment or training sessions. Stable isotopic tracers (13C-lysine, 15N-glycine, ²H5-phenylalanine) and arteriovenous differences have been used in studies of skeletal muscle and collagen tissues under resting and exercise conditions. There are different fractional synthesis rates in skeletal muscle and tendon tissues, but there is no major difference between collagen and myofibrillar protein synthesis. Strenuous exercise provokes increased proteolysis and decreased protein synthesis, the opposite occurring during the recovery period. Individuals who exercise respond differently when resistance and endurance types of contractions are compared. Endurance exercise induces a greater oxidative capacity (enzymes) compared to resistance exercise, which induces fiber hypertrophy (myofibrils). Nitrogen balance (difference between protein intake and protein degradation) for athletes is usually balanced when the intake of protein reaches 1.2 g·kg-1·day-1 compared to 0.8 g·kg-1·day-1 in resting individuals. Muscular activities promote a cascade of signals leading to the stimulation of eukaryotic initiation of myofibrillar protein synthesis. As suggested in several publications, a bolus of 15-20 g protein (from skimmed milk or whey proteins) and carbohydrate (± 30 g maltodextrine) drinks is needed immediately after stopping exercise to stimulate muscle protein and tendon collagen turnover within 1 h.

Charakterisierung der Vinorin-Synthase aus Rauvolfia serpentina durch Reinigung, Expression, Mutation und Kristallisation

ABSTRACTDie vorliegende Arbeit befasste sich mit der Reinigung,heterologen Expression, Charakterisierung, molekularenAnalyse, Mutation und Kristallisation des EnzymsVinorin-Synthase. Das Enzym spielt eine wichtige Rolle inder Ajmalin-Biosynthese, da es in einerAcetyl-CoA-abhängigen Reaktion die Umwandlung desSarpagan-Alkaloids 16-epi-Vellosimin zu Vinorin unterBildung des Ajmalan-Grundgerüstes katalysiert. Nach der Reinigung der Vinorin-Synthase ausHybrid-Zellkulturen von Rauvolfia serpentina/Rhazya strictamit den fünf chromatographischen TrennmethodenAnionenaustauschchromatographie an SOURCE 30Q, HydrophobeInteraktionen Chromatographie an SOURCE 15PHE,Chromatographie an MacroPrep Ceramic Hydroxyapatit,Anionenaustauschchromatographie an Mono Q undGrößenausschlußchromatographie an Superdex 75 konnte dieVinorin-Synthase aus 2 kg Zellkulturgewebe 991fachangereichert werden.Das nach der Reinigung angefertigte SDS-Gel ermöglichte eineklare Zuordnung der Protein-Bande als Vinorin-Synthase.Der Verdau der Enzymbande mit der Endoproteinase LysC unddie darauffolgende Sequenzierung der Spaltpeptide führte zuvier Peptidsequenzen. Der Datenbankvergleich (SwissProt)zeigte keinerlei Homologien zu Sequenzen bekannterPflanzenenzyme. Mit degenerierten Primern, abgeleitet voneinem der erhaltenen Peptidfragmente und einer konserviertenRegion bekannter Acetyltransferasen gelang es, ein erstescDNA-Fragment der Vinorin-Synthase zu amplifizieren. Mit derMethode der RACE-PCR wurde die Nukleoidsequenzvervollständigt, was zu einem cDNA-Vollängenklon mit einerGröße von 1263 bp führte, der für ein Protein mit 421Aminosäuren (46 kDa) codiert.Das Vinorin-Synthase-Gen wurde in den pQE2-Expressionsvektorligiert, der für einen N-terminalen 6-fachen His-tagcodiert. Anschließend wurde sie erstmals erfolgreich in E.coli im mg-Maßstab exprimiert und bis zur Homogenitätgereinigt. Durch die erfolgreiche Überexpression konnte dieVinorin-Synthase eingehend charakterisiert werden. DerKM-Wert für das Substrat Gardneral wurde mit 20 µM, bzw.41.2 µM bestimmt und Vmax betrug 1 pkat, bzw. 1.71 pkat.Nach erfolgreicher Abspaltung des His-tags wurden diekinetischen Parameter erneut bestimmt (KM- Wert 7.5 µM, bzw.27.52 µM, Vmax 0.7 pkat, bzw. 1.21 pkat). Das Co-Substratzeigt einen KM- Wert von 60.5 µM (Vmax 0.6 pkat). DieVinorin-Synthase besitzt ein Temperatur-Optimum von 35 °Cund ein pH-Optimum bei 7.8.Homologievergleiche mit anderen Enzymen zeigten, dass dieVinorin-Synthase zu einer noch kleinen Familie von bisher 10Acetyltransferasen gehört. Alle Enzyme der Familie haben einHxxxD und ein DFGWG-Motiv zu 100 % konserviert. Basierendauf diesen Homologievergleichen und Inhibitorstudien wurden11 in dieser Proteinfamilie konservierte Aminosäuren gegenAlanin ausgetauscht, um so die Aminosäuren einer in derLiteratur postulierten katalytischen Triade(Ser/Cys-His-Asp) zu identifizieren.Die Mutation aller vorhandenen konservierten Serine undCysteine resultierte in keiner Mutante, die zumvollständigen Aktivitätsverlust des Enzyms führte. Nur dieMutationen H160A und D164A resultierten in einemvollständigen Aktivitätsverlust des Enzyms. Dieses Ergebniswiderlegt die Theorie einer katalytischen Triade und zeigte,dass die Aminosäuren H160A und D164A exklusiv an derkatalytischen Reaktion beteiligt sind.Zur Überprüfung dieser Ergebnisse und zur vollständigenAufklärung des Reaktionsmechanismus wurde dieVinorin-Synthase kristallisiert. Die bis jetzt erhaltenenKristalle (Kristallgröße in µm x: 150, y: 200, z: 200)gehören der Raumgruppe P212121 (orthorhombisch primitiv) anund beugen bis 3.3 Å. Da es bis jetzt keine Kristallstruktureines zur Vinorin-Synthase homologen Proteins gibt, konntedie Struktur noch nicht vollständig aufgeklärt werden. ZurLösung des Phasenproblems wird mit der Methode der multiplenanomalen Dispersion (MAD) jetzt versucht, die ersteKristallstruktur in dieser Enzymfamilie aufzuklären.

Domänen des Kapsidproteins L2 humanpathogener Papillomviren für die Interaktion mit viralen und zellulären Bindungspartnern

Die Kapsidproteine L1 und L2 von humanen Papillomviren (HPV) werden im Cytoplasma infizierter Keratinocyten synthetisiert und gelangen unabhängig voneinander in den Kern (Florin et al. 2002b). L2 lokalisiert in speziellen Kerndomänen, sog. ND10, und induziert die Reorganisation dieser Kernstrukturen: L2-abhängig akkumuliert der transkriptionelle Modulator Daxx verstärkt in ND10 und außerdem kommt es zum Ausschluss des transkriptionellen Aktivators Sp100 aus diesen Domänen (Florin et al. 2002a). Im Anschluss an diese Umorganisation im Kern induziert L2 die Lokalisation des Kapsidproteins L1 in ND10 (Florin et al. 2002b). Da auch die Replikation und Transkription von Papillomviren in oder in unmittelbarer Nähe von ND10 stattfinden, werden ND10 als Orte der Papillomvirus-Morphogenese diskutiert (Swindle et al. 1999). Innerhalb dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass L1 und L2 im Cytoplasma der Zellen mit Chaperonen interagieren, und dass der Kerntransport von L2 von der L2/Hsc70-Assoziation abhängig ist. Hsc70, das mit dem C-Terminus von L2 assoziiert ist, wird in virusähnliche Partikel (VLPs) eingebaut. Erst durch die Verpackung von DNA in die Kapside kommt es zum Ausschluss von Hsc70 aus dem Papillomvirus-Kapsid. Ergebnisse dieser Arbeit lassen zudem vermuten, dass L2 über seinen C-Terminus mit Mikrotubuli interagieren kann, falls diese Aminosäure-Region in L2 nicht durch das Chaperon maskiert wird. Mit Hilfe dieser Erkenntnisse wurde eine Modellvorstellung für die Rolle von L2 während der Infektion und der Morphogenese von HPV entwickelt. Die ND10-Lokalisationsdomäne (NDLD) in L2 konnte wie bei keinem Protein zuvor auf eine sehr kurze Sequenz von 22 Aminosäuren eingeengt werden. Welcher Mechanismus für die ND10-Lokalisation verantwortlich ist, muss dagegen noch geklärt werden. Alle L2-Mutanten, die ND10-Lokalisation zeigen, induzieren auch die Reorganisation dieser Domänen. Dies spricht dafür, dass L2 direkt in ND10 die Veränderungen hervorruft und wahrscheinlich keine zusätzlichen Domänen in L2 daran beteiligt sind. Es konnten zwei L1-Interaktionsdomänen in L2 kartiert werden. Diese beiden Regionen in L2 konnten nicht genauer lokalisiert werden und umfassen möglicherweise mehrere L1-Interaktionsdomänen. Der Einbau von L2 in die Kapside kann nur im Kern infizierter Zellen stattfinden. Hierfür ist die Lokalisation der Kapsidproteine in ND10 nicht notwendig. Weiterführende Versuche müssen jedoch noch klären, inwieweit ND10 trotzdem unerlässlich für eine produktive Morphogenese sind. Zudem wurde klar, dass die ersten 150 Aminosäuren im L2-Protein für das L1/L2-Verhältnis in Kapsiden verantwortlich sind. In Virionen beträgt dieses Verhältnis 30:1, d. h. zwölf L2-Moleküle werden in die Partikel aus 360 L1-Molekülen eingebaut. Bei der Verwendung der Deletionsmutante L2-150/467 beträgt dieses Verhältnis 5:1. Weitere Analysen, welche Regionen von L1 und L2 miteinander interagieren und wodurch die Beschränkung des L1/L2-Verhältnisses in Papillomviren zustande kommt, können genauere Einblicke in den Aufbau der Kapside und speziell die Lage von L2 im Kapsid liefern.

Selektiv deblockierbare 2,6-Diamino-2,6-didesoxy-D-glucose-Scaffolds für die kombinatorische Synthese potentieller RNA-Liganden

Aminoglydosid-Antibiotika wie Neomycin B oder Cyclopeptid-Antibiotike wie Viaomycin sind dafür bekannt, daß sie selektiv an RNA binden können. Diese Interaktionen beruhen sowohl auf elektrostatischen Wechselwirkungen als auch auf H-Brücken-Bindungen. Des weiteren ist die definierte räumliche Anordnung von Donor- und Akzeptor-Resten in den Strukturen der RNA-Liganden wichtig für die Affinität. Eine Möglichkeit natürliche RNA-Liganden zu imitieren ist der Einsatz polyfunktioneller Template wie zum Beispiel das 2,6-Diamino-2,6-didesoxy-D-glucose-Scaffold. Mit Hilfe dieser Scaffolds können dann verschiedene positv geladene Reste und Donatoren sowie Akzeptoren für H-Brücken-Bindungen oder auch Interkalatoren räumlich definiert präsentiert werden. Für die unabhängige Funktionalisierung einer jeden Position ist ein Satz orthogonal stabiler Schutzgruppen nötig, wobei eine Hydroxylguppe durch einen Anker ersetzt wird, der eine Anbindung des Scaffolds an einen polymeren Träger ermöglicht. Das neu entwickelte 2,6-Diamino-2,6-didesoxy-D-glucose-Scaffold ist das erste Monosaccharid-Templat, das in allen fünf Positionen mit orthogonal stabilen Schutzgruppen blockiert ist. Alle Positionen könne in beliebiger Reihenfolge selektiv deblockiert und anschließend derivatisiert werden. Das Scaffold kann mit Aminosäuren, Guanidinen oder Interkalatoren umgesetzt werden, um so natürlich vorkommende RNA-bindende Aminoglycoside oder Peptide zu imitieren. Aufbauend auf diesem Monosaccharid-Templat wurde eine Bibliothek von über 100 potentiellen RNA-Liganden synthetisiert, die im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 579 (RNA-Liganden-Wechselwirkungen) in Zellassays auf ihre Fähigkeit zur Hemmung der Tat/TAR-Wechselwirkung untersucht wurden, wobei bis jetzt 9 Verbindungen mit einer hemmenden Wirkung im micromolaren Bereich gefunden wurden.

Die Synthese von Glycopeptiden und Glycopeptid-Protein-Konjugaten mit einer Partialstruktur des tumorassoziierten Mucins MUC1 zur Entwicklung von Tumorvakzinen

„Synthese von Glycopeptiden und Glycopeptid-Protein-Konjugaten mit einer Partialstruktur des tumorassoziierten Mucins MUC1 zur Entwicklung von Tumorvakzinen“ Das Glycoprotein MUC1 ist in Tumorepithelzellen sonderlich stark überexprimiert und wegen der vorzeitig einsetzenden Sialylierung sind die Saccharid-Epitope der O-Glycanketten stark verkürzt (sog. tumorassoziierte Antigene). Dadurch werden auch bisher verborgene Peptidepitope des Glycoprotein-Rückgrates auf der Zelloberfläche der Epithelzellen zugänglich, die als fremd von den Zellen des Immunsystems erkannt werden können. Dies macht das MUC1-Zelloberfächenmolekül zu einem Zielmolekül in der Entwicklung von Tumorvakzinen. Diese beiden strukturellen Besonderheiten wurden in der Synthese von Glycohexadecapeptiden verbunden, indem die veränderten tumorassoziierten Saccharidstrukturen TN-, STN- und T-Antigen als Glycosylaminosäure-Festphasenbausteine synthetisiert wurden und in das Peptidepitop der Wiederholungseinheit des MUC1 durch Glycopeptid-Festphasensynthese eingebaut wurden. Wegen der inhärenten schwachen Immunogenität der kurzen Glycopeptide müssen die synthetisierten Glycopeptidstrukturen an ein Trägerprotein, welches das Immunsystem stimuliert, gebunden werden. Zur Anbindung der Glycopeptide ist ein selektives Kupplungsverfahren nötig, um definierte und strukturell einheitliche Glycopeptid-Protein-Konjugate zu erhalten. Es konnte eine neue Methode entwickelt werden, bei der die Konjugation durch eine radikalische Additionsreaktion von als Allylamide funktionalisierten Glycopeptiden an ein Thiol-modifiziertes Trägerprotein erfolgte. Dazu wurde anhand von synthetisierten, als Allylamide modifizierten Modellaminosäuren untersucht, ob diese Reaktion generell für eine Biokonjugation geeignet ist und etwaige Nebenreaktionen auftreten können. Mit dieser Methode konnten verschiedene MUC1-Glycopeptid-Trägerprotein-Konjugate hergestellt werden, deren immunologische Untersuchung noch bevorsteht. Das tumorassoziierte MUC1 nimmt in der immundominanten Region seiner Wiederholungseinheit eine knaufartige Struktur ein. Für die Entwicklung von selektiven Tumorvakzinen ist es von großer Bedeutung möglichst genau die Struktur der veränderten Zelloberflächenmoleküle nachzubilden. Durch die Synthese von cyclischen (Glyco)Peptiden wurde dieses Strukturelement fixiert. Dazu wurden olefinische Aminosäure Festphasenbausteine hergestellt, die zusammen mit den oben genannten Glycosylaminosäuren mittels einer Glycopeptid-Festphasensynthese in acyclische Glycopeptide eingebaut wurden. Diese wurden dann durch Ringschlussmetathese zyklisiert und im Anschluss reduziert und vollständig deblockiert. In einem dritten Projekt wurde der Syntheseweg zur Herstellung einer C-Glycosylaminosäure mit einer N-Acetylgalactosamin-Einheit entwickelt. Wichtige Schritte bei der von Glucosamin ausgehenden Synthese sind die Keck-Allylierung, eine Epimerisierung, die Herstellung eines Brom-Dehydroalanin-Derivates und eine B-Alkyl-Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplung sowie Schutzgruppenoperationen. Der racemische Baustein konnte dann in der Peptid-Festphasensynthese eines komplexen MUC1-Tetanustoxin-Konjugates eingesetzt werden.

Eine neue Form der Pyruvatkinase in Säugerspermien

Nach Homogenisation ejakulierter Eberspermien und Zentrifugation des Homogenates blieben mehr als 60% der Aktivität des glykolytischen Enzyms Pyruvatkinase (PK) an Zellfragmenten im Sediment gebunden. Diese strukturgebundene PK wurde als PK-S bezeichnet. Das Detergenz Triton X-100 führte nicht zur Ablösung der PK-S; mit Trypsin konnten jedoch rund 80% der PK-S ohne Verlust an Aktivität von den Strukturen gelöst und durch kombinierte Kationenaustausch- und Hydrophobizitätschromatographie gereinigt werden (spezifische Aktivität: 116,7 U/mg Protein). Die lösliche PK aus Eberspermien konnte ebenfalls durch ein ähnliches Verfahren angereichert werden. Im Gel (SDS-PAGE) zeigten die Untereinheiten der PK-S mit 64.400 eine geringfügig größere relative Molekülmasse als die der PK-M1 aus Kaninchenmuskel (62.000). Die kinetischen Eigenschaften der abgelösten PK-S als auch der noch an Spermienstrukturen gebundenen PK-S und der löslichen PK aus Eberspermien waren sehr ähnlich und entsprachen der M1-Isoform der PK. Antikörper gegen Kaninchenmuskel-PK (Anti-PK-M1) reagierten auch mit der löslichen PK und der PK-S aus Eberspermien. Edman-Abbau der ersten 19 Aminosäuren zeigte, dass die tryptisch abgelöste PK-S am N-Terminus um 5 Aminosäuren gegenüber nativer PK-M1 verlängert ist, während der C-Terminus der erhaltenen PK-S-Sequenz mit einem meist nahe dem N-Terminus gelegenen Sequenzabschnitt der PK-M1 und -M2 übereinstimmt. Die N-terminale Verlängerung der nativen PK-S enthält sicherlich mehr als die nach tryptischer Lyse nachgewiesenen 5 Aminosäuren. Vergleiche der Aminosäure- und übersetzten Nukleotidsequenzen sowie die kinetischen Eigenschaften lassen vermuten, dass die PK-S, wie die PK-M1 und PK-M2, vom PKM-Gen codiert wird. Gegen die gereinigte PK-S wurden Antikörper in Kaninchen produziert. Da das Antiserum nicht ausreichend spezifisch für PK-S war, wurden aus ihm affinitätschromatographisch Antikörper (Anti-PK-S) isoliert, die hohe Affinität zu einem synthetisierten PK-S-Peptid (13 N-terminale Aminosäuren der tryptisch abgelösten PK-S) hatten. Dieses Anti-PK-S-Präparat war spezifisch für PK-S; es reagierte weder mit Kaninchenmuskel-PK noch mit löslicher PK oder anderen Proteinen aus Eberspermien. Anti-PK-S und Anti-PK-M1 wurden zur Lokalisierung von PK-S und löslicher PK in Spermien von Eber, Bulle und Mensch sowie in Schnitten von Eberhoden eingesetzt. Mit Anti-PK-S wurden der Bereich des Akrosoms und das lange flagellare Hauptstück sowie der Übergangsbereich zwischen Kopf und Mittelstück von Eberspermien fluoreszenzmarkiert, wogegen das kurze, die Mitochondrien enthaltende Mittelstück des Flagellums und der postakrosomale Kopfbereich nur mit Anti-PK-M1 markiert wurden. Immunogoldmarkierung in elektronenmikroskopischen Bildern bestätigte die Lokalisierung von PK-S im Akrosombereich. Im Hauptstück banden Anti-PK-M1 und Anti-PK-S an die fibröse Scheide. Glyzerinaldehyd-3-phosphat Dehydrogenase (GAPDH) konnte von mir ebenfalls im Akrosombereich, im Übergangsbereich zwischen Kopf und Mittelstück und an der fibrösen Scheide detektiert werden. Auch an Bullen- und Humanspermien konnte über Immunogoldmarkierung PK und vermutlich GAPDH an der fibrösen Scheide gezeigt werden. Im Akrosombereich dieser Spermien waren die Nachweise von PK und GAPDH jedoch nicht sicher. In Eberhodenschnitten war die PK-S erstmals, oder zumindest vermehrt, in den elongierenden Spermatiden über Fluoreszenzmarkierung nachweisbar, während andere, vermutlich somatische PK vermehrt in den früheren Stadien (Spermatogonien, aber auch in den Spermatozyten und runden Spermatiden) auftrat. Für die GAPDH zeigte sich ein ähnlicher Entwicklungsverlauf. Die Ergebnisse zeigen, dass in Eberspermien zwei Isoformen der PK auftreten: eine N-terminal verlängerte, strukturgebundene Form, die PK-S, und eine lösliche Form, die beide der PK-M1 ähneln. Der ungewöhnliche N-Terminus der PK-S dient vermutlich der spezifischen räumlichen Anordnung der PK-S im Akrosombereich und an der fibrösen Scheide, nicht aber der Modulation kinetischer Eigenschaften. Meine Untersuchungen stützen die Hypothese, dass in bestimmten Kompartimenten von Säugerspermien die Glykolyse durch Verankerung einiger ihrer Enzyme strukturell hochgeordnet ist. Dadurch wird vermutlich die Versorgung der Mitochondrien-freien Regionen mit ATP sichergestellt. Man kann diese Organisation als Anpassung des Stoffwechsels von Spermien deuten, bei denen die Mitochondrien in einem kleinen Bereich (Mittelstück) hinter dem Spermienkopf kompartimentiert sind. Im Hauptstück des Flagellums könnte die Glykolyse ATP für die Spermienmotilität liefern, im Akrosombereich für die Verhinderung einer vorzeitigen Akrosomreaktion. Somit käme der strukturierten Glykolyse eine essentielle Bedeutung für die Befruchtungsfähigkeit von Säugerspermien zu.