Accelerating Multiple Sequence Alignment with the Cell BE Processor

The Cell Broadband Engine (BE) Architecture is a new heterogeneous multi-core architecture targeted at compute-intensive workloads. The architecture of the Cell BE has several features that are unique in high-performance general-purpose processors, most notably the extensive support for vectorization, scratch pad memories and explicit programming of direct memory accesses (DMAs) and mailbox communication. While these features strongly increase programming complexity, it is generally claimed that significant speedups can be obtained by using Cell BE processors. This paper presents our experiences with using the Cell BE architecture to accelerate Clustal W, a bio-informatics program for multiple sequence alignment. We report on how we apply the unique features of the Cell BE to Clustal W and how important each is in obtaining high performance. By making extensive use of vectorization and by parallelizing the application across all cores, we demonstrate a speedup of 24.4 times when using 16 synergistic processor units on a QS21 Cell Blade compared to single-thread execution on the power processing unit. As the Cell BE exploits a large number of slim cores, our highly optimized implementation is just 3.8 times faster than a 3-thread version running on an Intel Core2 Duo, as the latter processor exploits a small number of fat cores.

Anthrax lethal toxin and the induction of CD4 T cell immunity

Bacillus anthracis secretes exotoxins which act through several mechanisms including those that can subvert adaptive immunity with respect both to antigen presenting cell and T cell function. The combination of Protective Antigen (PA) and Lethal Factor (LF) forming Lethal Toxin (LT), acts within host cells to down-regulate the mitogen activated protein kinase (MAPK) signaling cascade. Until recently the MAPK kinases were the only known substrate for LT; over the past few years it has become evident that LT also cleaves Nlrp1, leading to inflammasome activation and macrophage death. The predicted downstream consequences of subverting these important cellular pathways are impaired antigen presentation and adaptive immunity. In contrast to this, recent work has indicated that robust memory T cell responses to B. anthracis antigens can be identified following natural anthrax infection. We discuss how LT affects the adaptive immune response and specifically the identification of B. anthracis epitopes that are both immunogenic and protective with the potential for inclusion in protein sub-unit based vaccines.

The impacts of replacing air bubbles with microspheres for the clarification of algae from low cell-density culture

Dissolved Air Flotation (DAF) is a well-known coagulation-flotation system applied at large scale for microalgae harvesting. Compared to conventional harvesting technologies DAF allows high cell recovery at lower energy demand. By replacing microbubbles with microspheres, the innovative Ballasted Dissolved Air Flotation (BDAF) technique has been reported to achieve the same algae cell removal efficiency, while saving up to 80% of the energy required for the conventional DAF unit. Using three different algae cultures (Scenedesmus obliquus, Chlorella vulgaris and Arthrospira maxima), the present work investigated the practical, economic and environmental advantages of the BDAF system compared to the DAF system. 99% cells separation was achieved with both systems, nevertheless, the BDAF technology allowed up to 95% coagulant reduction depending on the algae species and the pH conditions adopted. In terms of floc structure and strength, the inclusion of microspheres in the algae floc generated a looser aggregate, showing a more compact structure within single cell alga, than large and filamentous cells. Overall, BDAF appeared to be a more reliable and sustainable harvesting system than DAF, as it allowed equal cells recovery reducing energy inputs, coagulant demand and carbon emissions. © 2014 Elsevier Ltd.

Metastatic non-small cell lung cancer: a benchmark for quality end-of-life cancer care?

Objectives: To investigate the quality of end-of-life care for patients with metastatic non-small cell lung cancer (NSCLC). Design and participants: Retrospective cohort study of patients from first hospitalisation for metastatic disease until death, using hospital, emergency department and death registration data from Victoria, Australia, between 1 July 2003 and 30 June 2010. Main outcome measures: Emergency department and hospital use; aggressiveness of care including intensive care and chemotherapy in last 30 days; palliative and supportive care provision; and place of death. Results: Metastatic NSCLC patients underwent limited aggressive treatment such as intensive care (5%) and chemotherapy (< 1%) at the end of life; however, high numbers died in acute hospitals (42%) and 61% had a length of stay of greater than 14 days in the last month of life. Although 62% were referred to palliative care services, this occurred late in the illness. In a logistic regression model adjusted for year of metastasis, age, sex, metastatic site and survival, the odds ratio (OR) of dying in an acute hospital bed compared with death at home or in a hospice unit decreased with receipt of palliative care (OR, 0.25; 95% CI, 0.21–0.30) and multimodality supportive care (OR, 0.65; 95% CI, 0.56–0.75). Conclusion: Because early palliative care for patients with metastatic NSCLC is recommended, we propose that this group be considered a benchmark of quality end-of-life care. Future work is required to determine appropriate quality-of-care targets in this and other cancer patient cohorts, with particular focus on the timeliness of palliative care engagement.

CD8 kinetically promotes ligand binding to the T-cell antigen receptor.

The mechanism of CD8 cooperation with the TCR in antigen recognition was studied on live T cells. Fluorescence correlation measurements yielded evidence of the presence of two TCR and CD8 subpopulations with different lateral diffusion rate constants. Independently, evidence for two subpopulations was derived from the experimentally observed two distinct association phases of cognate peptide bound to class I MHC (pMHC) tetramers and the T cells. The fast phase rate constant ((1.7 +/- 0.2) x 10(5) M(-1) s(-1)) was independent of examined cell type or MHC-bound peptides' structure. Its value was much faster than that of the association of soluble pMHC and TCR ((7.0 +/- 0.3) x 10(3) M(-1) s(-1)), and close to that of the association of soluble pMHC with CD8 ((1-2) x 10(5) M(-1) s(-1)). The fast binding phase disappeared when CD8-pMHC interaction was blocked by a CD8-specific mAb. The latter rate constant was slowed down approximately 10-fold after cells treatment with methyl-beta-cyclodextrin. These results suggest that the most efficient pMHC-cell association route corresponds to a fast tetramer binding to a colocalized CD8-TCR subpopulation, which apparently resides within membrane rafts: the reaction starts by pMHC association with the CD8. This markedly faster step significantly increases the probability of pMHC-TCR encounters and thereby promotes pMHC association with CD8-proximal TCR. The slow binding phase is assigned to pMHC association with a noncolocalized CD8-TCR subpopulation. Taken together with results of cytotoxicity assays, our data suggest that the colocalized, raft-associated CD8-TCR subpopulation is the one capable of inducing T-cell activation.

Caractérisation de la sous-unité bêta du translocon chez la levure Schizosaccharomyces pombe

La sécrétion des protéines est un processus essentiel à la vie. Chez les eucaryotes, les protéines sécrétées transitent dans le réticulum endoplasmique par le pore de translocation. Le translocon est composé de trois sous-unités fondamentales nommées Sec61α, β et γ chez les mammifères, ou Sec61p, Sbh1p et Sss1p chez les levures. Tandis que le rôle des sous-unités α et γ est bien connu, celui de la sous-unité β demeure énigmatique. Plusieurs phénotypes distincts sont associés à cette protéine dans différents organismes, mais le haut niveau de conservation de séquence suggère plutôt une fonction universelle conservée. Récemment, Feng et al. (2007) ont montré que le domaine transmembranaire (TMD) de Sbh1p était suffisant pour complémenter plusieurs phénotypes associés à la délétion du gène chez Saccharomyces cerevisiae, suggérant un rôle important de cette région. L’objectif de mon projet de recherche consiste à étudier la fonction biologique de la sous-unité β du translocon et de son TMD chez Schizosaccharomyces pombe. Dans cette levure, j’ai découvert que le gène sbh1+ n’était pas essentiel à la viabilité à 30oC, mais qu’il était requis pour la croissance à basse température. La délétion de sbh1+ entraîne une sensibilité aux stress de la paroi cellulaire et une diminution de la sécrétion des protéines à 23oC. La surexpression de Sbh1p diminue elle aussi la sécrétion des protéines et altère la morphologie cellulaire. Ces phénotypes sont distincts de ceux observés chez S. cerevisiae, où la délétion des deux paralogues de Sec61β entraîne une sensibilité à haute température plutôt qu’à basse température. Malgré cela, les homologues de Sec61β de S. pombe et de S. cerevisiae sont tout deux capables de complémenter la thermosensibilité respective de chaque levure. La complémentation est possible même avec l’homologue humain de Sec61β, indiquant la conservation d’une fonction de Sec61β de la levure à l’homme. Remarquablement, le TMD de Sec61β de S. pombe, de S. cerevisiae et de l’humain sont suffisants pour complémenter la délétion génomique autant chez la levure à fission que chez la levure à bourgeons. Globalement, ces observations indiquent que le TMD de Sec61β exerce une fonction cellulaire conservée à travers les espèces.

Caractérisation du motif acidique de la sous-unité p28 de l’IL-27 et étude des propriétés partagées entre cette protéine, le CNTF, CLC/CLF et l’interleukine-6

L’interleukine 6 (IL-6) est une cytokine qui joue un rôle essentiel dans l’inflammation. Son récepteur (IL-6R) est composé de la chaîne non signalétique IL-6Rα et de la chaîne transductrice du signal gp130, commune aux cytokines de la famille IL-6. La liaison de l’IL-6 à son récepteur permet l’activation de plusieurs voies de signalisation, notamment des voies Jak/STAT1 et préférentiellement Jak/STAT3. De façon complémentaire, nous avons démontré que l’IL-6 est capable d’activer la voie Jak/STAT5 dans les lymphocytes T CD4. L’activation de cette voie de signalisation pourrait être impliquée dans le rétrocontrôle des effets pro-inflammatoires de l’IL-6 sur les cellules T CD4. Le facteur neurotrophique ciliaire (CNTF) et la « cardiotrophin-like cytokine/cytokine-like factor 1 » (CLC/CLF) sont deux cytokines de la famille de l’IL-6 qui signalent à travers un récepteur commun, le récepteur au CNTF (CNTFR), composé du CNTFRα, « leukaemia inhibitory factor receptor β » (LIFRβ) et gp130. Toutes deux exercent des actions au niveau du système immunitaire, or la chaîne CNTFRα de leur récepteur n’y est pas exprimée. Il a été montré que le CNTFR humain peut également activer un récepteur formé des sous-unités IL-6Rα, LIFRβ et gp130. Nous avons comparé les effets du CNTF et du CLC/CLF de souris sur des transfectants exprimant LIFRβ et gp130 et les chaines α connues de la famille IL-6 (IL-6Rα, IL-11Rβ et CNTFRα). Nos résultats indiquent que le CNTF de souris, comme le CNTF humain est capable d’activer un récepteur formé de l’IL-6Rα, LIFRβ et gp130. Toutefois cette propriété n’est pas partagée par CLC/CLF et le récepteur impliqué dans les effets de cette cytokine sur le système immunitaire reste donc à identifier. L’IL-27 appartient à la famille de l’IL-6 composée d’une sous-unité cytokinique, p28, associée à un récepteur soluble « l’Epstein-Barr virus-induced gene 3» (EBI3). La sous-unité p28 peut s’associer avec le récepteur soluble CLF pour former une cytokine capable d’activer les lymphocytes T. Dans le but de caractériser cette cytokine, nous avons montré que p28/CLF agit aussi sur les lymphocytes B et permet leur différenciation en plasmocytes. Le partage de l’IL-6R par l’IL-6 et p28/CLF semble être à l’origine de la similarité des effets de ces deux cytokines. De plus, nous avons observé des effets semblables à ceux de l’IL-6 suite à l’association de la sous-unité p28 seule avec la chaîne IL-6Rα. En effet, afin de mieux caractériser la cytokine p28/CLF, nous avons étudié les effets dus au recrutement de la chaîne IL-6Rα par la sous-unité p28. Les cytokines de la famille de l’IL-6 sont composées de quatre hélices α disposées de façon anti-parallèle deux à deux. La sous-unité p28 possède, au niveau d’une boucle reliant deux hélices α, un motif de plusieurs acides glutamiques consécutifs (motif polyE) qui n’est retrouvé dans aucune autre cytokine de cette famille. Nous avons démontré que ce motif est impliqué dans la liaison de cette sous-unité avec l’hydroxyapatite et l’os. Cette caractéristique de p28 pourrait permettre un ciblage de l’IL-27 (p28/EBI3) et de p28/CLF préférentiellement vers la niche endostéale des cellules souches et des cellules immunitaires.

A proteome-wide strategy reveals a novel mechanism of control of cell cycle progression through modulation of cyclin mRNA stability

La quantité de données générée dans le cadre d'étude à grande échelle du réseau d'interaction protéine-protéine dépasse notre capacité à les analyser et à comprendre leur sens; d'une part, par leur complexité et leur volume, et d'un autre part, par la qualité du jeu de donnée produit qui semble bondé de faux positifs et de faux négatifs. Cette dissertation décrit une nouvelle méthode de criblage des interactions physique entre protéines à haut débit chez Saccharomyces cerevisiae, la complémentation de fragments protéiques (PCA). Cette approche est accomplie dans des cellules intactes dans les conditions natives des protéines; sous leur promoteur endogène et dans le respect des contextes de modifications post-traductionnelles et de localisations subcellulaires. Une application biologique de cette méthode a permis de démontrer la capacité de ce système rapporteur à répondre aux questions d'adaptation cellulaire à des stress, comme la famine en nutriments et un traitement à une drogue. Dans le premier chapitre de cette dissertation, nous avons présenté un criblage des paires d'interactions entre les protéines résultant des quelques 6000 cadres de lecture de Saccharomyces cerevisiae. Nous avons identifié 2770 interactions entre 1124 protéines. Nous avons estimé la qualité de notre criblage en le comparant à d'autres banques d'interaction. Nous avons réalisé que la majorité de nos interactions sont nouvelles, alors que le chevauchement avec les données des autres méthodes est large. Nous avons pris cette opportunité pour caractériser les facteurs déterminants dans la détection d'une interaction par PCA. Nous avons remarqué que notre approche est sous une contrainte stérique provenant de la nécessité des fragments rapporteurs à pouvoir se rejoindre dans l'espace cellulaire afin de récupérer l'activité observable de la sonde d'interaction. L'intégration de nos résultats aux connaissances des dynamiques de régulations génétiques et des modifications protéiques nous dirigera vers une meilleure compréhension des processus cellulaires complexes orchestrés aux niveaux moléculaires et structuraux dans les cellules vivantes. Nous avons appliqué notre méthode aux réarrangements dynamiques opérant durant l'adaptation de la cellule à des stress, comme la famine en nutriments et le traitement à une drogue. Cette investigation fait le détail de notre second chapitre. Nous avons déterminé de cette manière que l'équilibre entre les formes phosphorylées et déphosphorylées de l'arginine méthyltransférase de Saccharomyces cerevisiae, Hmt1, régulait du même coup sont assemblage en hexamère et son activité enzymatique. L'activité d'Hmt1 a directement un impact dans la progression du cycle cellulaire durant un stress, stabilisant les transcrits de CLB2 et permettant la synthèse de Cln3p. Nous avons utilisé notre criblage afin de déterminer les régulateurs de la phosphorylation d'Hmt1 dans un contexte de traitement à la rapamycin, un inhibiteur de la kinase cible de la rapamycin (TOR). Nous avons identifié la sous-unité catalytique de la phosphatase PP2a, Pph22, activé par l'inhibition de la kinase TOR et la kinase Dbf2, activé durant l'entrée en mitose de la cellule, comme la phosphatase et la kinase responsable de la modification d'Hmt1 et de ses fonctions de régulations dans le cycle cellulaire. Cette approche peut être généralisée afin d'identifier et de lier mécanistiquement les gènes, incluant ceux n'ayant aucune fonction connue, à tout processus cellulaire, comme les mécanismes régulant l'ARNm.

IL-23 receptor and IL-12 receptor expression is restricted to distinct cell types in the IL-23R-GFP reporter mouse

Les maladies inflammatoires de l'intestin (MII) sont caractérisées par des réponses immunitaires incontrôlées dans l'intestin. Des études génétiques ont associé un polymorphisme dans le gène de l'IL23R à la résistance aux MII. IL23R code pour la protéine de l’IL-23r, une sous-unité du récepteur à l’IL-23 (IL-23R). Ce récepteur appartient à la famille de l’IL-12R, contenant plusieurs récepteurs hétérodimériques. D’ailleurs, IL-12R et IL-23R partagent la sous-unité IL12Rb1. Néanmoins, ces deux récepteurs favorisent des réponses immunitaires distinctes (Th1 vs Th17). Ce mémoire caractérise les dynamiques d’expression cellulaires de l’IL-23R et l’IL-12R, afin d’élucider leurs rôles dans l’inflammation. Nous avons établi qu’IL-23R et IL-12R ne sont jamais co-exprimés, malgré qu’ils partagent la sous-unité IL-12Rβ1. Parmi les cellules de rates de souris, la protéine IL-23r est trouvée dans certaines cellules T TCRγδ ou T CD4+, quelques cellules B et des cellules Lti-like. La protéine IL-12Rβ2 est exprimée par quelques cellules B. L’analyse de l’expression de l’IL-23R et l’IL-12R dans différents organes révéla que la plus grande proportion de cellules exprimant l’IL-23R se retrouve dans la lamina propria de l'intestin grêle, alors que les cellules exprimant l’IL-12Rβ2 ont été retrouvées en proportion équivalente dans tous les organes lymphoïdes. Ces observations appuient les études génétiques suggérant un rôle prédominant de l’IL23R dans les intestins. Finalement, des cultures in vitro suggèrent que l’IL-23R ou l’IL-12R avaient des réactions croisées à l’IL-12 ou l’IL-23. L’étude de l’IL-23R dans les MII devrait donc être complémentée par l’étude de l’IL-12R, car les deux récepteurs pourraient avoir des rôles complémentaires.

Exploring TERRA (TElomeric Repeat-containing RNA) Expression and Regulation During Cell Growth in Saccharomyces cerevisiae

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

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

GABA and 5-HT chitosan nanoparticles enhanced liver cell proliferation and neuronal survival in partially hepatectomised rats: GABAB and 5-HT2A receptors functional

Nanoparticulate drug delivery systems provide wide opportunities for solving problems associated with drug stability or disease states and create great expectations in the area of drug delivery (Bosselmann & Williams, 2012). Nanotechnology, in a simple way, explains the technology that deals with one billionth of a meter scale (Ochekpe, et al., 2009). Fewer side effects, poor bioavailability, absorption at intestine, solubility, specific delivery to site of action with good pharmacological efficiency, slow release, degradation of drug and effective therapeutic outcome, are the major challenges faced by most of the drug delivery systems. To a great extent, biopolymer coated drug delivery systems coupled with nanotechnology alleviate the major drawbacks of the common delivery methods. Chitosan, deacetylated chitin, is a copolymer of β-(1, 4) linked glucosamine (deacetylated unit) and N- acetyl glucosamine (acetylated unit) (Radhakumary et al., 2005). Chitosan is biodegradable, non-toxic and bio compatible. Owing to the removal of acetyl moieties that are present in the amine functional groups of chitin, chitosan is readily soluble in aqueous acidic solution. The solubilisation occurs through the protonation of amino groups on the C-2 position of D-glucosamine residues whereby polysaccharide is converted into polycation in acidic media. Chitosan interacts with many active compounds due to the presence of amine group in it. The presence of this active amine group in chitosan was exploited for the interaction with the active molecules in the present study. Nanoparticles of chitosan coupled drugs are utilized for drug delivery in eye, brain, liver, cancer tissues, treatment of spinal cord injury and infections (Sharma et al., 2007; Li, et a., 2009; Paolicelli et al., 2009; Cho et al., 2010). To deliver drugs directly to the intended site of action and to improve pharmacological efficiency by minimizing undesired side effects elsewhere in the body and decrease the long-term use of many drugs, polymeric drug delivery systems can be used (Thatte et al., 2005).

Dioxadiaza- and trioxadiaza-macrocycles containing one dibenzofuran unit selective for cadmium

The binding properties of dioxadiaza-([17](DBF) N2O2) and trioxadiaza- ([22](DBF)N2O3), macrocyclic ligands containing a rigid dibenzofuran group ( DBF), to metal cations and structural studies of their metal complexes have been carried out. The protonation constants of these two ligands and the stability constants of their complexes with Ca2+, Ba2+, and Mn2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ and Cd2+, were determined at 298.2 K in methanol-water ( 1 : 1, v/v), and at ionic strength 0.10 mol dm(-3) in KNO3. The values of the protonation constants of both ligands are similar, indicating that no cavity size effect is observed. Only mononuclear complexes of these ligands with the divalent metal ions studied were found, and their stability constants are lower than expected, especially for the complexes of the macrocycle with smaller cavity size. However, the Cd2+ complex with [ 17]( DBF) N2O2 exhibits the highest value of stability constant for the whole series of metal ions studied, indicating that this ligand reveals a remarkable selectivity for cadmium(II) in the presence of all the metal ions studied, except copper( II), indicating that this ligand reveals a remarkable selectivity for cadmium( II) in the presence of the mentioned metal ions. The crystal structures of H-2[17](DBF)N2O32+ (diprotonated form of the ligand) and of its cadmium complex were determined by X-ray diffraction. The Cd2+ ion fits exactly inside the macrocyclic cavity exhibiting coordination number eight by coordination to all the donor atoms of the ligand, and additionally to two oxygen atoms from one nitrate anion and one oxygen atom from a water molecule. The nickel( II) and copper( II) complexes with the two ligands were further studied by UV-vis-NIR and the copper( II) complexes also by EPR spectroscopic techniques in solution indicating square-pyramidal structures and suggesting that only one nitrogen and oxygen donors of the ligands are bound to the metal. However an additional weak interaction of the second nitrogen cannot be ruled out.

New dioxadiaza- and trioxadiaza-macrocycles containing one dibenzofuran unit with two amino pendant arms: synthesis, protonation and complexation studies

New dioxadiaza- and trioxadiaza-macrocycles containing one rigid dibenzofuran unit (DBF) and N-(2-aminoethyl) pendant arms were synthesized, N,N'-bis(2-aminoethyl)-[17]( DBF) N2O2 (L-1) and N,N'-bis(2-aminoethyl)-[22](DBF)N2O3 (L-2), respectively. The binding properties of both macrocycles to metal ions and structural studies of their metal complexes were carried out. The protonation constants of both compounds and the stability constants of their complexes with Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, and Pb2+ were determined at 298.2 K, in aqueous solutions, and at ionic strength 0.10 mol dm(-3) in KNO3. Mononuclear complexes with both ligands were formed, and dinuclear complexes were only found for L-2. The thermodynamic binding affinities of the metal complexes of L-2 are lower than those of L-1 as expected, but the Pb2+ complexes of both macrocycles exhibit close stability constant values. On the other hand, the binding affinities of Cd2+ and Pb2+ for L-1 are very high, when compared to those of Co2+, Ni2+ and Zn2+. These interesting properties were explained by the presence of the rigid DBF moiety in the backbone of the macrocycle and to the special match between the macrocyclic cavity size and the studied larger metal ions. To elucidate the adopted structures of complexes in solution, the nickel(II) and copper( II) complexes with both ligands were further studied by UV-vis-MR spectroscopy in DMSO-H2O 1 : 1 (v/v) solution. The copper(II) complexes were also studied by EPR spectroscopy in the same mixture of solvents. The crystal structure of the copper complex of L-1 was also determined. The copper(II) displays an octahedral geometry, the four nitrogen atoms forming the equatorial plane and two oxygen atoms, one from the DBF unit and the other one from the ether oxygen, in axial positions. One of the ether oxygens of the macrocycle is out of the coordination sphere. Our results led us to suggest that this geometry is also adopted by the Co2+ to Zn2+ complexes, and only the larger Cd2+ and Pb2+ manage to form complexes with the involvement of all the oxygen atoms of the macrocyclic backbone.

Self-assembly of Fmoc-tetrapeptides based on the RGDS cell adhesion motif

Self-assembly in aqueous solution has been investigated for two Fmoc [Fmoc ¼ N-(fluorenyl)-9-methoxycarbonyl] tetrapeptides comprising the RGDS cell adhesion motif from fibronectin or the scrambled sequence GRDS. The hydrophobic Fmoc unit confers amphiphilicity on the molecules, and introduces aromatic stacking interactions. Circular dichroism and FTIR spectroscopy show that the self-assembly of both peptides at low concentration is dominated by interactions among Fmoc units, although Fmoc-GRDS shows b-sheet features, at lower concentration than Fmoc-RGDS. Fibre X-ray diffraction indicates b-sheet formation by both peptides at sufficiently high concentration. Strong alignment effects are revealed by linear dichroism experiments for Fmoc-GRDS. Cryo-TEM and smallangle X-ray scattering (SAXS) reveal that both samples form fibrils with a diameter of approximately 10 nm. Both Fmoc-tetrapeptides form self-supporting hydrogels at sufficiently high concentration. Dynamic shear rheometry enabled measurements of the moduli for the Fmoc-GRDS hydrogel, however syneresis was observed for the Fmoc-RGDS hydrogel which was significantly less stable to shear. Molecular dynamics computer simulations were carried out considering parallel and antiparallel b-sheet configurations of systems containing 7 and 21 molecules of Fmoc-RGDS or Fmoc-GRDS, the results being analyzed in terms of both intermolecular structural parameters and energy contributions.