An evaluation of 3-rhamnosylquertetin, a glycolylated form of quercitin, against the myotoxic and edematogenic effects of sPLA2s from Crotalus durissus terrificus

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Isolamento e caracterização de ciclotídeos da espécie Noisettia orchidiflora (Rudge) Ging.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Investigation of the relationship between the structure and function of Ts2, a neurotoxin from Tityus serrulatus venom

Scorpion toxins targeting voltage-gated sodium (NaV) channels are peptides that comprise 6076 amino acid residues cross-linked by four disulfide bridges. These toxins can be divided in two groups (a and beta toxins), according to their binding properties and mode of action. The scorpion a-toxin Ts2, previously described as a beta-toxin, was purified from the venom of Tityus serrulatus, the most dangerous Brazilian scorpion. In this study, seven mammalian NaV channel isoforms (rNaV1.2, rNaV1.3, rNaV1.4, hNaV1.5, mNaV1.6, rNaV1.7 and rNaV1.8) and one insect NaV channel isoform (DmNaV1) were used to investigate the subtype specificity and selectivity of Ts2. The electrophysiology assays showed that Ts2 inhibits rapid inactivation of NaV1.2, NaV1.3, NaV1.5, NaV1.6 and NaV1.7, but does not affect NaV1.4, NaV1.8 or DmNaV1. Interestingly, Ts2 significantly shifts the voltage dependence of activation of NaV1.3 channels. The 3D structure of this toxin was modeled based on the high sequence identity (72%) shared with Ts1, another T. serrulatus toxin. The overall fold of the Ts2 model consists of three beta-strands and one a-helix, and is arranged in a triangular shape forming a cysteine-stabilized a-helix/beta-sheet (CSa beta) motif.

Effectiveness, against tuberculosis, of pseudo-ternary complexes: Peptide-DNA-cationic liposome

We report the effects of a synthetic peptide designed to act as a nuclear localization signal on the treatment of tuberculosis. The peptide contains 21 amino acid residues with the following specific domains: nuclear localization signal from SV 40T, cationic shuttle sequence, and cysteamide group at the C-terminus. The peptide was complexed with the plasmid DNAhsp65 and incorporated into cationic liposomes, forming a pseudo-ternary complex. The same cationic liposomes, composed of egg chicken L-alpha-phosphatidylcholine, 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane, and 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (2:1:1 M), were previously evaluated as a gene carrier for tuberculosis immunization protocols with DNAhsp65. The pseudo-ternary complex presented a controlled size (250 nm), spherical-like shape, and various lamellae in liposomes as evaluated by transmission electron microscopy. An assay of fluorescence probe accessibility confirmed insertion of the peptide/DNA into the liposome structure. Peptide addition conferred no cytotoxicity in vitro, and similar therapeutic effects against tuberculosis were seen with four times less DNA compared with naked DNA treatment. Taken together, the results indicate that the pseudo-ternary complex is a promising gene vaccine for tuberculosis treatment. This work contributes to the development of multifunctional nanostructures in the search for strategies for in vivo DNA delivery. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

End-to-end Distance Distribution in Fluorescent Derivatives of Bradykinin in Interaction with Lipid Vesicles

Cellular membranes have relevant roles in processes related to proteases like human kallikreins and cathepsins. As enzyme and substrate may interact with cell membranes and associated co-factors, it is important to take into account the behavior of peptide substrates in the lipid environment. In this paper we report an study based on energy transfer in two bradykinin derived peptides labeled with the donor-acceptor pair Abz/Eddnp (ortho-aminobenzoic acid/N-[2,4-dinitrophenyl]-ethylenediamine). Time-resolved fluorescence experiments were performed in phosphate buffer and in the presence of large unilamelar vesicles of phospholipids, and of micelles of sodium dodecyl sulphate (SDS). The decay kinetics were analyzed using the program CONTIN to obtain end-to-end distance distribution functions f(r). Despite of the large difference in the number of residues the end-to-end distance of the longer peptide (9 amino acid residues) is only 20 % larger than the values obtained for the shorter peptide (5 amino acid residues). The proline residue, in position 4 of the bradykinin sequence promotes a turn in the longer peptide chain, shortening its end-to-end distance. The surfactant SDS has a strong disorganizing effect, substantially broadening the distance distributions, while temperature increase has mild effects in the flexibility of the chains, causing small increase in the distribution width. The interaction with phospholipid vesicles stabilizes more compact conformations, decreasing end-to-end distances in the peptides. Anisotropy experiments showed that rotational diffusion was not severely affected by the interaction with the vesicles, suggesting a location for the peptides in the surface region of the bilayer, a result consistent with small effect of lipid phase transition on the peptides conformations.

Batroxase, a new metalloproteinase from B. atrox snake venom with strong fibrinolytic activity

The structures and functional activities of metalloproteinases from snake venoms have been widely studied because of the importance of these molecules in envenomation. Batroxase, which is a metalloproteinase isolated from Bothrops atrox (Para) snake venom, was obtained by gel filtration and anion exchange chromatography. The enzyme is a single protein chain composed of 202 amino acid residues with a molecular mass of 22.9 kDa, as determined by mass spectrometry analysis, showing an isoelectric point of 7.5. The primary sequence analysis indicates that the proteinase contains a zinc ligand motif (HELGHNLGISH) and a sequence C164I165M166 motif that is associated with a "Met-turn" structure. The protein lacks N-glycosylation sites and contains seven half cystine residues, six of which are conserved as pairs to form disulfide bridges. The three-dimensional structure of Batroxase was modeled based on the crystal structure of BmooMP alpha-I from Bothrops moojeni. The model revealed that the zinc binding site has a high structural similarity to the binding site of other metalloproteinases. Batroxase presented weak hemorrhagic activity, with a MHD of 10 mu g, and was able to hydrolyze extracellular matrix components, such as type IV collagen and fibronectin. The toxin cleaves both a and beta-chains of the fibrinogen molecule, and it can be inhibited by EDTA. EGTA and beta-mercaptoethanol. Batroxase was able to dissolve fibrin clots independently of plasminogen activation. These results demonstrate that Batroxase is a zinc-dependent hemorrhagic metalloproteinase with fibrin(ogen)olytic and thrombolytic activity. Published by Elsevier Ltd.

Conformational stability of recombinant manganese superoxide dismutase from the filamentous fungus Trichoderma reesei

Superoxide dismutases (SODS; EC 1.15.1.1) are part of the antioxidant system of aerobic organisms and are used as a defense against oxidative injury caused by reactive oxygen species (ROS). The cloning and sequencing of the 788-bp genomic DNA from Trichoderma reesei strain QM9414 (anamorph of Hypocrea jecorina) revealed an open reading frame encoding a protein of 212 amino acid residues, with 65-90% similarity to manganese superoxide dismutase from other filamentous fungi. The TrMnSOD was purified and shown to be stable from 20 to 90 degrees C for 1 h at pH from 8 to 11.5, while maintaining its biological activity. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Isolation, enzymatic characterization and antiedematogenic activity of the first reported rattlesnake hyaluronidase from Crotalus durissus terrificus venom

A hyaluronidase (CdtHya1) from Crotalus durissus terrificus snake venom (CdtV) was isolated and showed to exhibit a high activity on hyaluronan cleavage. However, surveys on this enzyme are still limited. This study aimed at its isolation, functional/structural characterization and the evaluation of its effect on the spreading of crotoxin and phospholipase A(2) (PLA(2)). The enzyme was purified through cation exchange, gel filtration and hydrophobic chromatography. After that, it was submitted to a reverse-phase fast protein liquid chromatography (RP-FPLC) and Edman degradation sequencing, which showed the first N-terminal 44 amino acid residues whose sequence evidenced identity with other snake venom hyaluronidases. CdtHya1 is a monomeric glycoprotein of 64.5 kDa estimated by SDS-PAGE under reducing conditions. It exhibited maximum activity in the presence of 0.2 M NaCl, at 37 degrees C, pH 5.5 and a specificity to hyaluronan higher than that to chondroitin-4-sulphate, chondroitin-6-sulphate or dermatan. Divalent cations (Ca2+ and Mg2+) and 1 M NaCl significantly reduced the enzyme activity. The specific activity of CdtHya1 was 5066 turbidity reducing units (TRU)/mg, against 145 TRU/mg for the soluble venom, representing a 34.9-fold purification. The pure enzyme increased the diffusion of crotoxin and PLA (2) through mice tissues. CdtHya1 (32 TRU/40 mu L) potentiated crotoxin action, as evidenced by mice death, and it decreased the oedema caused by subplantar injections of buffer, crotoxin or PLA(2), thus evidencing the relevance of hyaluronidase in the crotalic envenoming. This work yielded a highly active antiedematogenic hyaluronidase from CdtV, the first one isolated from rattlesnake venoms. (C) 2012 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

On the three-finger protein domain fold and CD59-like proteins in Schistosoma mansoni

Background: It is believed that schistosomes evade complement-mediated killing by expressing regulatory proteins on their surface. Recently, six homologues of human CD59, an important inhibitor of the complement system membrane attack complex, were identified in the schistosome genome. Therefore, it is important to investigate whether these molecules could act as CD59-like complement inhibitors in schistosomes as part of an immune evasion strategy. Methodology/Principal Findings: Herein, we describe the molecular characterization of seven putative SmCD59-like genes and attempt to address the putative biological function of two isoforms. Superimposition analysis of the 3D structure of hCD59 and schistosome sequences revealed that they contain the three-fingered protein domain (TFPD). However, the conserved amino acid residues involved in complement recognition in mammals could not be identified. Real-time RT-PCR and Western blot analysis determined that most of these genes are up-regulated in the transition from free-living cercaria to adult worm stage. Immunolocalization experiments and tegument preparations confirm that at least some of the SmCD59-like proteins are surface-localized; however, significant expression was also detected in internal tissues of adult worms. Finally, the involvement of two SmCD59 proteins in complement inhibition was evaluated by three different approaches: (i) a hemolytic assay using recombinant soluble forms expressed in Pichia pastoris and E. coli; (ii) complement-resistance of CHO cells expressing the respective membrane-anchored proteins; and (iii) the complement killing of schistosomula after gene suppression by RNAi. Our data indicated that these proteins are not involved in the regulation of complement activation. Conclusions: Our results suggest that this group of proteins belongs to the TFPD superfamily. Their expression is associated to intra-host stages, present in the tegument surface, and also in intra-parasite tissues. Three distinct approaches using SmCD59 proteins to inhibit complement strongly suggested that these proteins are not complement inhibitors and their function in schistosomes remains to be determined.

Untersuchung der Bindung des humanen Papillomvirus HPV16 an Heparansulfate der Zelloberfläche

In 99,7% aller Zervixkarzinome kann die DNA humaner Papillomviren (HPV) nachgewiesen werden, die somit den Hauptauslöser für eine der häufigsten Krebserkrankungen bei Frauen weltweit darstellen. HPV16 ist verantwortlich für etwa 50% aller Zervixkarzinome. Für die Infektion von Zellen mit HPV16 ist die Interaktion mit Heparansulfatproteoglykanen der Zelloberfläche essentiell. Um Aminosäuren auf der Oberfläche des majoren Kapsidproteins L1 von HPV16 zu identifizieren, die zu dieser Interaktion beitragen, wurden im Rahmen dieser Arbeit zahlreiche Punktmutanten hergestellt und analysiert. Der Austausch der drei Lysine K278, K356 und K361 zu Alaninen führte zu signifikant verminderter Zell-, Heparin- und Heparansulfatbindung, die noch weiter reduziert wurde, wenn zwei oder drei der Lysine gleichzeitig mutiert waren. Auch die Infektiosität der mutanten Pseudovirionen war stark beeinträchtigt, die Trippelmutante zeigte nur noch 5% Infektiosität. Diese Ergebnisse demonstrieren, dass die drei Lysine gemeinsam die Bindestelle für Heparansulfate bilden. Ihr Austausch zu Argininen beeinflusste die Infektiosität der Partikel hingegen nicht, was bestätigt, dass die Interaktion mit Heparansulfaten von der positiven Ladungsdichte abhängt und nicht sequenzspezifisch ist. Die drei Lysine befinden sich auf der Spitze des HPV16-Kapsomers in einer flachen Tasche, die aufgrund ihrer Struktur bereits früher als potentielle Rezeptorbindestelle vorgeschlagen wurde. Fab-Fragmente des bindungsneutralisierenden Antikörpers H16.56E, dessen Epitop in direkter Nachbarschaft der Lysine liegt, inhibierten die heparansulfatvermittelte Zellbindung viraler Partikel. Auch Epitope anderer bindungsneutralisierender Antikörper befinden sich in der Nähe. Dies untermauert die Hypothese, dass die Lysine K278, K356 und K361 die Heparansulfatbindestelle von HPV16 bilden. Der Austausch von Threoninen, die genau zwischen den Lysinen liegen, hatte keine Auswirkung auf Bindung der Partikel und Infektiosität. Sie könnten jedoch durch die Bildung von Wasserstoffbrücken die Bindung an Heparansulfat stabilisieren. Die Bedeutung der Lysine K278, K356 und K361 bei der primären Interaktion von HPV16 mit Heparansulfaten konnte durch die Computersimulation der Interaktion der Virusoberfläche mit einem Heparinmolekül bestätigt werden. Des Weiteren konnten Anforderungen ermittelt werden, die eine solche Interaktion an das Heparinmolekül stellt. Weiterhin zeigten die Ergebnisse dieser Arbeit, dass basische Aminosäuren in der interkapsomeren Grube nicht an der primären Zellbindung an Heparansulfate beteiligt zu sein scheinen, aber eine Rolle bei sekundären Interaktionen mit der Zelloberfläche spielen könnten.

Ursachen der unterschiedlichen Oligomerisierung von Lichtsammelproteinen

Die verschiedenen Lichtsammelproteine (Lhc-Proteine) höherer Pflanzen unterscheiden sich im Oligomerisierungsverhalten. Im Photosystem II existieren 6 Lhc-Proteine, die entweder die monomeren Lichtsammelkomplexe (LHC) CP24 (Lhcb6), CP26 (Lhcb5) und CP29 (Lhcb4) oder den trimeren LHCII (Lhcb1, Lhcb2 und Lhcb3) bilden. Im Photosystem I sind laut Kristallstruktur vier Lhc-Proteine lokalisiert, die als Heterodimere organisiert vorliegen. Der schwerpunktmäßig untersuchte LHCI-730 setzt sich aus Lhca1 und Lhca4 zusammen, während der LHCI-680 aus Lhca2 und Lhca3 besteht. Das Ziel der Arbeit bestand in der Identifizierung der für das unterschiedliche Oligomerisierungsverhalten verantwortlichen Proteinbereiche und Aminosäuren. Die für diese Arbeit generierten Consensussequenzalignments verschiedener Lhca- und Lhcb-Proteine vieler Arten unterstützen die Folgerungen aus Strukturdaten und anderen Sequenzalignments, dass den LHCs eine gemeinsame Monomerstruktur zu Grunde liegt. Die Helices 1 und 3 weisen weitgehend sehr hohe Sequenzidentitäten auf, während die N- und C-Termini, die zwei Schleifenregionen und die Helix 2 nur schwach konserviert sind. Falls die Bereiche mit hoher Sequenzübereinstimmung für das Zustandekommen ähnlicher monomerer LHC-Strukturen verantwortlich sind, könnten in den schwach konservierten Domänen die Ursachen für das unterschiedliche Oligomerisierungsverhalten lokalisiert sein. Aufgrund dessen wurden die schwach konservierten Domänen des monomerisierenden Lhcb4, des mit dem Lhca1 dimerisierenden Lhca4 und des Trimere bildenden Lhcb1 gegen die entsprechenden Domänen der anderen Proteine ausgetauscht und bezüglich ihres Oligomerisierungsverhaltens untersucht. Im Lhca4 konnten mit der Helix 2 und der stromalen Schleife zwei für eine Heterodimerisierung essentielle Domänen gefunden werden. Im Lhcb1 waren neben dem N-Terminus auch die 2. Helix und die stromale Schleifendomäne unentbehrlich für eine Trimerisierung. Zusätzlich waren Dimerisierung und Trimerisierung bei Austausch der luminalen Schleife beeinträchtigt. Ein geringer Beitrag zur Lhcb1-Trimerisierung konnte auch für den C-Terminus belegt werden. Ein zusätzliches Ziel der Arbeit sollte der Transfer der Oligomerisierungseigenschaften durch umfangreichen Domänentausch von einem auf ein anderes Protein sein. Der Transfer der Fähigkeit zur Dimerbildung durch Substitution gegen essentielle Lhca4-Domänen (50% luminale Schleife, 100% Helix 2 und 100% stromale Schleife) gelang beim Lhcb4, nicht aber beim Lhcb1. Der Transfer der Trimerisierungsfähigkeit auf Lhca4 und Lhcb4 scheiterte. Eine Lhca1-Mutante mit allen für eine Dimerisierung essentiellen Lhca4-Domänen, die durch Interaktion einzelner Moleküle untereinander multimere LHCs bilden sollte, war bereits in ihrer Monomerbildung beeinträchtigt. Eine Übertragung der Oligomerisierungsfähigkeit auf andere Proteine durch massiven Domänentransfer gestaltete sich somit schwierig, da vermutlich im mutierten Protein immer noch ursprüngliche Tertiärstrukturanteile enthalten waren, die nicht mit den transferierten Proteinbestandteilen kompatibel sind. Bei zukünftigen Experimenten zur Klärung der Transferierbarkeit der Oligomerisierungseigenschaft sollten deswegen neben dem unberücksichtigten 1. Teil der luminalen Schleife auch wenig konservierte Aminosäuren in der 1. und 3. Helix Beachtung finden. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war es, die LHCI-730-Dimerisierung im Detail zu untersuchen. Mutationsanalysen bestätigten den von früheren Untersuchungen bekannten Einfluss des Isoleucins 103 und Histidins 99. Letzteres geht möglicherweise durch sein gebundenes Chlorophyll eine Interaktion mit dem Lhca1 ein. Das Phenylalanin 95 stellte sich ebenfalls als ein wichtiger Interaktionspartner heraus und könnte in Wechselwirkung mit einem zwischen Lhca1 und Lhca4 lokalisierten Phosphatidylglycerin treten. Das ebenfalls an der Dimerbildung beteiligte Serin 88 des Lhca4 könnte auf Grund der räumlichen Nähe bei Modellierungen direkt mit dem am C-Terminus des Lhca1 lokalisierten Glycin 190 interagieren. Darüber hinaus wurde ein in der luminalen Lhca4-Schleife lokalisiertes Phenylalanin 84 als Interaktionspartner des Tryptophans 185 im C-Terminus von Lhca1 identifiziert. Der simultane Austausch des Isoleucins 109 und Lysins 110 in der stromalen Schleife des Lhca4, konnte deren Einfluss auf die Dimerisierung belegen. Nachdem bislang an der Dimerbildung beteiligte Aminosäuren am N- und C-Terminus des Lhca1 und Lhca4 identifiziert werden konnten, wurden in dieser Arbeit viele an einer Dimerbildung beteiligten Proteinbereiche und Aminosäuren in der Helix 2 und den Schleifenregionen des Lhca4 identifiziert. Um alle an der Lhca1-Lhca4-Interaktion beteiligten Aminosäuren aufzuklären, müssten durch Mutationsanalysen die in der stromalen Lhca4-Schleife vermuteten Interaktionspartner des für die Dimerisierung wichtigen Tryptophans 4 am N-Terminus von Lhca1 identifiziert, und die in der Helix 3 des Lhca1 vermuteten Interaktionspartner der Helix 2 des Lhca4 ermittelt werden.

Mucinartige Glycopeptide als Inhibitoren selektinvermittelter Zelladhäsionsprozesse

Es wurden Glycopeptide mit einer Partialsequenz aus der N-terminalen Domäne des natürlichen Selektinliganden PSGL-1 synthetisiert, welche prinzipiell als kompetitive Inhibitoren unerwünschter selektinvermittelter Zelladhäsionsphänomene fungieren könnten. Grundsätzlich könnte es möglich sein, auf diesem Wege entsprechende chronisch entzündliche Krankheiten wie rheumatoide Arthritis zu behandeln und bestimmte akut eintretende schwere Schädigungen von gesundem Gewebe sowie die Metastasenbildung maligner Tumore zu unterdrücken. Das tatsächliche Potential der hergestellten Glycopeptide als Liganden der Selektine kann nun in biologischen Tests geprüft werden. Der gewählte Ausschnitt aus dem P-Selektin-Glycoprotein-Liganden-1 (PSGL-1) reicht von Tyr48 bis Pro59 und umfasst so sämtliche Aminosäurereste der Sequenz, die für das Auftreten einer hochaffinen Rezeptorbindung erforderlich sind. Dabei ist die Seitenkette von Thr57 mit einem O-Glycan modifiziert, welches das in natürlichen Selektinliganden häufig vorkommende Tetrasaccharid Sialyl-Lewisx bzw. ein Mimetikum desselben enthält und die für Mucine typische Form der Anbindung an das peptidische Rückgrat über eine N-Acetyl-α-D-galactosamineinheit aufweist. Zum Aufbau der komplexen Glycopeptidstrukturen wurde zunächst eine Strategie für die Synthese des an die Hydroxylaminosäure gebundenen Oligosaccharids im Gramm-Maßstab ausgearbeitet. Dabei kam der Wahl eines geeigneten Schutzgruppenmusters besondere Bedeutung zu. Das entwickelte Konzept basiert allein auf chemischen Methoden und ermöglicht die parallele Herstellung potentieller Mimetika. So wurde in dieser Arbeit L-Fucose durch D-Arabinose und N-Acetyl-D-neuraminsäure durch (S)-Cyclohexylmilchsäure ersetzt. Die erhaltenen Glycosylaminosäure-Bausteine wurden schließlich in die Glycopeptid-synthesen an der festen Phase eingebracht, welche nach vollständiger Deblockierung die gewünschten Zielverbindungen lieferten.rn

The C-4-Dicarboxylate carriers DcuB and DctA of Escherichia coli: function as cosensors and topology

Das fakultativ anaerobe Enterobakterium Escherichia coli nutzt C4-Dicarboxylate sowohl unter aeroben als auch anaeroben Bedingungen als Kohlenstoff- und Energiequelle. Die Aufnahme der C4-Dicarboxylaten und die Energiekonservierung mittels Fumaratatmung wird durch das Zweikomponentensystem DcuSR reguliert. Die Sensorhistidinkinase DcuS und der nachgeschaltete Responseregulator DcuR aktivieren bei Verfügbarkeit von C4-Dicarboxylaten die Expression der Gene für den Succinat Transporter DctA, den anaeroben Fumarat/Succinat Antiporter DcuB, die Fumarase B sowie die Fumaratreduktase FrdABCD. Die Transportproteine DctA und DcuB wiederum regulieren die Expression der DcuSR-abhängigen Gene negativ. Fehlen von DctA oder DcuB resultiert bereits ohne Effektor in einer maximalen Expression von dctA bzw. dcuB. Durch gerichtete und ungerichtete Mutagenese wurde gezeigt, dass die Transportfunktion des Carriers DcuB unabhängig von seiner regulatorischen Funktion ist. DcuB kann daher als Cosensor des DcuSR Systems angesehen werden.rnUnter Verwendung von Reportergenfusionen von C-terminal verkürzten Konstrukten von DcuB mit der Alkalischen Phosphatase und der β-Galactosidase wurde die Topologie des Multitransmembranproteins DcuB bestimmt. Zusätzlich wurde die Zugänglichkeit bestimmter Aminosäurereste durch chemische Modifikation mit membran-durchlässigen und membran-undurchlässigen Thiolreagenzien untersucht. Die erhaltenen Ergebnisse deuten auf die Existenz eines tief in die Membran reichenden, hydrophilen Kanal hin, welcher zum Periplasma hin geöffnet ist. Mit Hilfe der Topologie-Studien, des Hydropathie-Blots und der Sekundärstruktur-Vorhersage wurde ein Modell des Carriers erstellt. DcuB besitzt kurze, periplasmatisch liegende Proteinenden, die durch 12 Transmembranhelices und zwei große hydrophile Schleifen jeweils zwischen TM VII/VIII und TM XI/XII verbunden sind. Die regulatorisch relevanten Reste K353, T396 und D398 befinden sich innerhalb von TM XI sowie auf der angrenzenden cytoplasmatischen Schleife XI-XII. Unter Berücksichtigung der strukturellen und funktionellen Aspekte wurde ein Regulationsmodell erstellt, welches die gemeinsam durch DcuB und DcuS kontrollierte C4-Dicarboxylat-abhängige Genexpression darstellt. rnDer Effekt von DctA und DcuSR auf die Expression einer dctA´-´lacZ Reportergenfusion und auf die aerobe C4-Dicarboxylat-Aufnahme wurde untersucht. In-vivo FRET-Messungen weisen auf eine direkte Wechselwirkung zwischen dem Carrier DctA und dem Sensor DcuS hin. Dieses Ergebnis stützt die Theorie der Regulation von DcuS durch C4-Dicarboxylate und durch die Cosensoren DctA bzw. DcuB mittels direkter Protein-Protein Interaktion.rn

Molecular interaction of the human metalloprotease meprin beta with the amyloid precursor protein, ADAM10, and ADAM17 based on proteomics

Die Zinkendopeptidasen Meprin α und β sind Schlüsselkomponenten in patho(physiologischen) Prozessen wie Entzündung, Kollagenassemblierung und Angiogenese. Nach ihrer Entdeckung in murinen Bürstensaummembranen und humanen Darmepithelien, wurden weitere Expressionsorte identifiziert, z.B. Leukozyten, Krebszellen und die humane Haut. Tiermodelle, Zellkulturen und biochemische Analysen weisen auf Funktionen der Meprine in der Epithelialdifferenzierung, Zellmigration, Matrixmodellierung, Angiogenese, Bindegewebsausbildung und immunologische Prozesse hin. Dennoch sind ihre physiologischen Substrate weitgehend noch unbekannt. Massenspektrometrisch basierte Proteomics-Analysen enthüllten eine einzigartige Spaltspezifität für saure Aminosäurereste in der P1´ Position und identifizierten neue biologische Substratkandidaten. Unter den 269 extrazellulären Proteinen, die in einem Substratscreen identifiziert wurden, stellten sich das amyloid precursor protein (APP) and ADAM10 (a disintegrin and metalloprotease 10) als sehr vielversprechende Kandidaten heraus. Mehrere Schnittstellen innerhalb des APP Proteins, hervorgerufen durch verschiedenen Proteasen, haben unterschiedlichen Auswirkungen zur Folge. Die β-Sekretase BACE (β-site APP cleaving enzyme) prozessiert APP an einer Schnittstelle, welche als initialer Schritt in der Entwicklung der Alzheimer Erkrankung gilt. Toxische Aβ (Amyloid β)-Peptide werden in den extrazellulären Raum freigesetzt und aggregieren dort zu senilen Plaques. Membran verankertes Meprin β hat eine β-Sekretase Aktivität, die in einem Zellkultur-basierten System bestätigt werden konnte. Die proteolytische Effizienz von Meprin β wurde in FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer)-Analysen bestimmt und war um den Faktor 104 höher als die von BACE1. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Meprin β die ersten zwei Aminosäuren prozessiert und somit aminoterminal einen Glutamatrest freisetzt, welcher nachfolgend durch die Glutaminylzyklase in ein Pyroglutamat zykliert werden kann. Trunkierte Aβ-Peptide werden nur in Alzheimer Patienten generiert. Aufgrund einer erhöhten Hydrophobie weisen diese Peptide eine höhere Tendenz zur Aggregation auf und somit eine erhöhte Toxizität. Bis heute wurde keine Protease identifiziert, welche diese Schnittstelle prozessiert. Die Bildung der Meprin vermittelten N-terminalen APP Fragmenten wurde in vitro und in vivo detektiert. Diese N-APP Peptide hatten keine cytotoxischen Auswirkungen auf murine und humane Gehirnzellen, obwohl zuvor N-APP als Ligand für den death receptor (DR) 6 identifiziert wurde, der für axonale Degenerationsprozesse verantwortlich ist. rnIm nicht-amyloidogenen Weg prozessiert ADAM10 APP und entlässt die Ektodomäne von der Zellmembran. Wir konnten das ADAM10 Propeptid als Substrat von Meprin β identifizieren und in FRET Analysen, in vitro und in vivo zeigen, dass die Meprin vermittelte Prozessierung zu einer erhöhten ADAM10 Aktivität führt. Darüber hinaus wurde ADAM10 als Sheddase für Meprin β identifiziert. Shedding konnte durch Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) oder durch das Ionophor A23187 hervorgerufen werden, sowie durch ADAM10 Inhibitoren blockiert werden. rnDiese Arbeit konnte somit ein komplexes proteolytisches Netwerk innerhalb der Neurophysiologie aufdecken, welches für die Entwicklung der Alzheimer Demenz wichtig sein kann.rn

Das GAF-Domänen-Protein NreA : ein neuartiger Nitratrezeptor aus Staphylococcus carnosus

Staphylococcus carnosus ist ein fakultativ anaerobes Bakterium, das aerobe Atmung, anaerobe Nitratatmung und Gärungsstoffwechsel betreiben kann. Die Expression des Nitratstoffwechsels wird durch das Dreikomponentensystem NreABC reguliert.rnUnter anaeroben Bedingungen besitzt die Sensorhistidinkinase NreB in ihrer PAS-Domäne ein [Fe4S4]2+-Cluster. Das aktive (anaerobe) [Fe4S4]2+-NreB überträgt nach Autophosphorylierung die Phosphorylgruppe auf den Antwortregulator NreC, welcher dann die Expression der Gene der Nitratatmung aktiviert. Nitrat wirkt mit Hilfe des NreA-Proteins auf diese Gene induzierend. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass NreA ein GAF-Domänen-Protein und ein neuartiger Nitratrezeptor ist.rnDie Natur von NreA als GAF-Domänen-Protein bestätigte sich beim Vergleich der Kristallstruktur mit denen anderer GAF-Domänen. GAF-Domänen sind weit verbreitet und binden typischer Weise kleine Moleküle. Als physiologischer Ligand von NreA zeigte sich Nitrat, das innerhalb einer definierten Bindetasche gebunden wird. NreA bindet vermutlich in dimerer Form an dimeres NreB und inhibiert dadurch die Phosphorylierung der Sensorhistidinkinase NreB. Die Interaktion von NreA mit NreB wurde in vivo durch BACTH-Messungen und sowohl in vivo als auch in vitro durch Cross-Linking Experimente gezeigt. Nitrat reduziert den Ergebnissen nach die Interaktion von NreA mit NreB.rnDurch Sequenzvergleiche von NreA mit Homologen wurden konservierte Aminosäuren identifiziert. Über gerichtete Mutagenese wurden 25 NreA-Varianten hergestellt und bezüglich ihres Verhaltens in Abhängigkeit von Nitrat in narG-lip-Reportergenstudien getestet. Anhand ihres Phänotyps wurden sie als Wildtyp, NreA- und NreABC-Mutanten klassifiziert. Die Nitratbindetasche war in sechs Fällen betroffen. Die Phänotypen der Mutationen in der Peripherie lassen sich mit Auswirkungen auf die vermutete Konformationsänderung oder auf die Interaktion mit NreB erklären. Mutationen von konservierten, oberflächenexponierten Resten führten vermehrt zu NreA/ON-Varianten. Es ließen sich Bereiche auf der Proteinoberfläche identifizieren, die für NreA/NreA- oder NreA/NreB-Interaktionen wichtig sein könnten.rnDie Untersuchungen zeigten, dass NreA mit NreB interagiert und dass dadurch ein NreA/NreB-Sensorkomplex für die gemeinsame Erkennung von Nitrat und Sauerstoff gebildet wird.