Der Einfluss einer wildtypischen SOD1-Untereinheit auf Konformation und Stabilität mutanter SOD1-Heterodimere

Die Erkrankung Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist gekennzeichnet durch eine progressive Degeneration der Motoneurone. Die hierdurch im Patienten hervorgerufene fortschreitende Paralyse kann von wenigen Wochen über Monate bis zu mehreren Jahren variieren. Im Durchschnitt beträgt die Krankheitsdauer 3 - 5 Jahre. Häufig führt respiratorische Insuffizienz letztendlich zum Tod des Patienten. ALS ist bis heute unheilbar. Etwa 10 % aller ALS Fälle zeigen einen familiären Hintergrund. Hiervon werden ~20 % durch Mutationen im Gen des antioxidativen Enzyms CuZnSuperoxiddismutase (SOD1) verursacht. Mehr als 150 Mutationen im Gen der SOD1 wurden bisher als Auslöser der ALS beschrieben. Durch die Mutation erlangen SOD1 Proteine zusätzliche, bisher jedoch unbekannte toxische Eigenschaften. Ein dismutaseaktives SOD1 Enzym setzt sich aus zwei SOD1 Untereinheiten zusammen. Aufgrund der autosomal dominanten Vererbung der Krankheit kann ein SOD1 Dimer im Patienten als wildtypisches Homodimer (SOD1WT‑WT), als mutantes Homodimer (SOD1mut‑mut) oder als Heterodimer (SOD1mut-WT) vorliegen. In dieser Arbeit wurden SOD1 Dimere untersucht, deren Untereinheiten kovalent miteinander verbunden waren. Es konnte gezeigt werden, dass sich die biochemischen und biophysikalischen Eigenschaften mutanter SOD1 Heterodimere von mutanten SOD1 Homodimeren mit der gleichen Mutation unterschieden. Mutante SOD1 Heterodimere wiesen eine höhere Resistenz gegen einen Abbau durch Proteinase K auf als ihre korrespondierenden Homodimere. Des Weiteren verminderte eine wildtypische Untereinheit die Interaktion der Heterodimere mit Antikörpern gegen fehlgefaltete SOD1. Die Sekundärstruktur der mutanten SOD1 Heterodimere unterschied sich hierbei nicht auffällig von der Sekundärstruktur ihrer zugehörigen Homodimere. Eine wildtypische Untereinheit verändert somit möglicherweise die Tertiärstruktur seiner kovalent gebundenen mutanten SOD1 Untereinheit und/oder die Konformation des gesamten Dimerproteins. Durch die Mutation bedingte Missfaltungen werden hierdurch reduziert, die Stabilität des Dimers gegenüber proteolytischem Abbau erhöht. Nach der Aufreinigung der Dimerproteine wies das mutanten SOD1 Heterodimer diese Eigenschaften nicht mehr auf. Ein potentieller Interaktionspartner, der eine verminderte Fehlfaltung des Heterodimers oder eine verstärkte Missfaltung des Homodimers fördert, könnte hierbei während der Aufreinigungsprozedur verlorengegangen sein. Die hier nachgewiesene Konformationsänderung könnte über einen Prionen-ähnlichen Effekt übertragen werden und die erhöhte Stabilität das mutante, toxische Protein vor Degradation schützen. Dies korreliert mit der Beobachtung früherer Studien, in denen nachgewiesen wurde, dass mutante SOD1 Heterodimere potentiell toxischer sind als ihre korrespondierenden Homodimere.

Measurement of the forward-backward asymmetry of Z boson decays in electron-positron pairs with the ATLAS detector in proton-proton collisions at root out s = 7TeV at the LHC

In this thesis the measurement of the effective weak mixing angle wma in proton-proton collisions is described. The results are extracted from the forward-backward asymmetry (AFB) in electron-positron final states at the ATLAS experiment at the LHC. The AFB is defined upon the distribution of the polar angle between the incoming quark and outgoing lepton. The signal process used in this study is the reaction pp to zgamma + X to ee + X taking a total integrated luminosity of 4.8\,fb^(-1) of data into account. The data was recorded at a proton-proton center-of-mass energy of sqrt(s)=7TeV. The weak mixing angle is a central parameter of the electroweak theory of the Standard Model (SM) and relates the neutral current interactions of electromagnetism and weak force. The higher order corrections on wma are related to other SM parameters like the mass of the Higgs boson.rnrnBecause of the symmetric initial state constellation of colliding protons, there is no favoured forward or backward direction in the experimental setup. The reference axis used in the definition of the polar angle is therefore chosen with respect to the longitudinal boost of the electron-positron final state. This leads to events with low absolute rapidity have a higher chance of being assigned to the opposite direction of the reference axis. This effect called dilution is reduced when events at higher rapidities are used. It can be studied including electrons and positrons in the forward regions of the ATLAS calorimeters. Electrons and positrons are further referred to as electrons. To include the electrons from the forward region, the energy calibration for the forward calorimeters had to be redone. This calibration is performed by inter-calibrating the forward electron energy scale using pairs of a central and a forward electron and the previously derived central electron energy calibration. The uncertainty is shown to be dominated by the systematic variations.rnrnThe extraction of wma is performed using chi^2 tests, comparing the measured distribution of AFB in data to a set of template distributions with varied values of wma. The templates are built in a forward folding technique using modified generator level samples and the official fully simulated signal sample with full detector simulation and particle reconstruction and identification. The analysis is performed in two different channels: pairs of central electrons or one central and one forward electron. The results of the two channels are in good agreement and are the first measurements of wma at the Z resonance using electron final states at proton-proton collisions at sqrt(s)=7TeV. The precision of the measurement is already systematically limited mostly by the uncertainties resulting from the knowledge of the parton distribution functions (PDF) and the systematic uncertainties of the energy calibration.rnrnThe extracted results of wma are combined and yield a value of wma_comb = 0.2288 +- 0.0004 (stat.) +- 0.0009 (syst.) = 0.2288 +- 0.0010 (tot.). The measurements are compared to the results of previous measurements at the Z boson resonance. The deviation with respect to the combined result provided by the LEP and SLC experiments is up to 2.7 standard deviations.

Die Regulation der Ubiquitinligase CHIP durch das Cochaperon BAG2 im zellulären System und im Kontext der replikativen Seneszenz

Eine funktionierende Proteinqualitätskontrolle ist essenziell für die Vitalität einer Zelle. Das dynamische Gleichgewicht zwischen Proteinfaltung und -degradation wird von molekularen Chaperonen aufrechterhalten, deren Aktivität wiederum durch die Interaktion mit zahlreichen Cochaperonen moduliert wird. Das Cochaperon CHIP ist ein zentraler Faktor in Proteintriage-Entscheidungsprozessen, da es als Ubiquitinligase Chaperonsubstrate dem Abbau zuführt und somit die Chaperonmaschinerie direkt mit den Systemen der Proteindegradation verbindet. Um Polypeptide vor einem vorzeitigen Abbau zu schützen, wird die destruktive Aktivität von CHIP durch weitere Cochaperone reguliert. rnIn dieser Arbeit konnte die Hemmung der Ligaseaktivität von CHIP durch das Cochaperon BAG2 mechanistisch erstmals in einem zellulären System nachgewiesen werden. Dazu wurde die humane IMR-90 Fibroblasten Zelllinie verwendet. Die Ubiquitinierungsaktivität von CHIP wurde anhand von HSP72 als Modell-CHIP-Substrat untersucht. Durch die verringerte Ubiquitinierung, und damit dem reduzierten Abbau von HSP72, regulierte BAG2 dessen intrazelluläre Proteinspiegel, ohne dabei selbst eine Hitzeschockantwort zu induzieren. Überexprimiertes BAG2 wirkte sich trotz stabilisierter HSP72-Spiegel bei einem appliziertem Hitzestresses negativ auf die Zellvitalität aus, vermutlich da BAG2 durch die Inhibition von CHIP-vermittelter Ubiquitinierung massiv in das Gleichgewicht zwischen Substratfaltung und -degradation eingreift.rnDa sich die Mechanismen der Proteinqualitätskontrolle in der Alterung stark verändern und sich den wandelnden Bedingungen in der Zelle anpassen, wurde in einem zweiten Teil dieser Arbeit mit Hilfe des IMR-90 Zellsystems als etabliertes Modell zellulärer Seneszenz analysiert, inwieweit sich die Aktivität und die Regulation von CHIP durch BAG2 in der zellulären Alterung ändern. In seneszenten Zellen war HSP72 erheblich weniger ubiquitiniert als in jungen Fibroblasten, was auf eine reduzierte CHIP-Aktivität hinweist. Diese blieb jedoch durch BAG2 weiterhin modulierbar. Die Funktion von BAG2 als Inhibitor der Ubiquitinligase CHIP blieb demnach in seneszenten Zellen bestehen. In gealterten Fibroblasten regulierte BAG2 außerdem die Proteinspiegel des CHIP-Substrates und Seneszenzinitiators p53, was BAG2 eine mögliche Rolle in der Etablierung des Seneszenz-Phänotyps zuspricht. Weiterhin unterlagen die Proteinspiegel der beiden funktionell redundanten CHIP-Modulatoren BAG2 und HSPBP1 in der zellulären Alterung einer reziproken Regulation. In gealterten Mäusen trat die gegenläufige Veränderung der beiden Cochaperone gewebsspezifisch in der Lunge auf. Außerdem waren die BAG2-Proteinspiegel im Hippocampus gealterter Tiere signifikant erhöht.rnZusammenfassend konnte anhand der erzielten Ergebnisse die Funktion von BAG2 als Inhibitor von CHIP im zellulären System bestätigt werden. Außerdem durchlaufen die Aktivität und die Regulation von CHIP einen seneszenzspezifischen Adaptationsprozess, welcher für die Erhaltung der Proteostase in der Alterung relevant sein könnte und in welchem die Funktion von BAG2 als CHIP-Modulator möglicherweise eine wichtige Rolle spielt.rnZukünftige Studien könnten die komplexen Mechanismen weiterführend aufklären, mit denen CHIP-Aktivität reguliert wird. Dies kann helfen, der altersbedingten Abnahme an proteostatischer Kontrolle entgegenzuwirken und aberrante Proteinaggregation in altersassoziierten Erkrankungen vorzubeugen.rn

Biochemische Untersuchungen des Lichtsammlerprotein (LHCP) im Komplex mit seinem Chaperon, dem plastidären Signalerkennungspartikel cpSRP

Das Lichtsammlerprotein (light harvesting chlorophyll a/b-binding protein, LHCP) ist das Apoprotein des Haupt-Lichtsammelkomplexes (LHCII) und stellt das häufigste Membranprotein der Erde dar. Nicht nur aufgrund seiner Abundanz, sondern auch wegen seiner speziellen Translokation als stark hydrophobes Membranprotein durch hauptsächlich wässrige Milieus von cytosolischen Ribosomen bis in die Thylakoidmembran der Chloroplasten ist der Biogeneseweg dieses Proteins von besonderem Interesse. LHCP ist kernkodiert und wird nach seinem Import in Chloroplasten als Transitkomplex mit dem stromalen Signalerkennungsprotein (cpSRP) zur Thylakoide geleitet. Der cpSRP-Komplex besteht aus dem cpSRP43 mit Chaperonfunktion für das LHCP sowie dem Co-Chaperon cpSRP54, welches eine entscheidende Rolle in der stromalen Zielführung des Transitkomplexes spielt. Sowohl die Proteinkonformation des LHCP während seiner Biogenese als auch der in vivo Faltungsablauf während der Thylakoidinsertion sind noch völlig unklar. Mithilfe der Elektronen-paramagnetischen Resonanz (EPR-)Spektroskopie sollte in dieser Arbeit der Faltungszustand des LHCP im Transitkomplex mit dem cpSRP oder in Teilkomplexen davon ermittelt werden.rnKopplungen von cpSRP43 und LHCP bestätigten, dass das Chaperon als Minimaleinheit zur quantitativen Solubilisierung des Membranproteins genügt. Gelfiltrationschromatographische (GFC-) Untersuchungen solcher Komplexe wiesen jedoch mit einem apparenten MW von ≥ 600 kDa ein sehr hochmolekulares Laufverhalten auf. Variierende Proteinstöchiometrien im Komplex zeigten in densitometrischen Auswertungen eine undefinierte Aggregation. Zusätze von Agenzien zur Vermeidung unspezifischer Wechselwirkungen wie z.B. Detergentien oder auch Salzzugabe zeigten keinen Einfluss auf die Aggregate. Volllängen-Transitkomplexe dagegen wiesen trotz unterschiedlichem Angebot von Einzelproteinen reproduzierbar definierte Stöchiometrien auf. Diese zeigten eine LHCP:cpSRP43-Stöchiometrie von 1,25. Dennoch hatten diese Komplexe mit einem apparenten MW von > 300 kDa einen mindestens dimeren Assemblierungsgrad. Eine Voraussetzung für eindeutige EPR-spektroskopische Distanzmessungen zwischen definierten Positionen im LHCP ist jedoch dessen monomolekularisiertes Vorliegen im Chaperonkomplex. Die Darstellung von ternären Transitkomplexen mit einem zu erwartenden apparenten MW von ~175 kDa war auch durch Zusatz verschiedener Proteinaggregationshemmer nicht möglich. Transitkomplexe mit einer verkürzten Version des cpSRP54 zeigten schließlich eine definierte 1:1-Komplexstöchiometrie bei gleichzeitiger polydisperser Komplexzusammensetzung. Es konnten ~60% dieser sogenannten 54M-Transitkomplexe nach GFC-Daten und densitometrischer Auswertung als potentiell ternär eingeschätzt werden. Darüber hinaus gelang es solche Ansätze durch GFC-Fraktionierung zusätzlich von oligomerisierten Spezies aufzureinigen. Dennoch zeigten die Präparate vor GFC-Fraktionierung ein (noch) zu hohes Aggregationssignal im Hintergrund und nach Fraktionierung ein zu schwaches Signal, um eine eindeutige Aussage der EPR-Daten zuzulassen. Dennoch bietet dieses ausgearbeitete Komplexbildungsprotoll in Verbindung mit der Verwendung von verkürztem cpSRP54 eine solide Basis, um weitere Versuche zu EPR-Messungen an cpSRP-gebundenem LHCP durchzuführen. rn

Rilevamento geologico – strutturale lungo la Linea di Belluno nella zona di Sass de Falares (Provincia di Belluno)

Il lavoro si propone di definire l’assetto geologico strutturale dell’area compresa tra la Valle del Torrente Cismon ed il Sass de Falares, a nord di Lamon (BL). Le novità che si sono potute aggiungere alla cartografia esistente, dal punto di vista stratigrafico sono: 1) La suddivisione del gruppo dei Calcari Grigi in quattro formazioni presenti più a occidente, quali la formazione di Monte Zugna, la formazione di Loppio, la formazione di Rotzo e la formazione del Grigno che in queste zone non erano ancora state evidenziate. La presenza di diffusi noduli di selce grigio-giallastra presenti nella parte medio-alta della formazione di Monte Zugna che testimoniano la persistenza di un ambiente subtidale nel Lias al passaggio tra Alto di Trento e Bacino Bellunese. 2) La presenza dell’Encrinite di Monte Agaro (Oolite di S.Vigilio) con uno spessore esiguo di 5 m sul Monte Coppolo ed anche in cresta a Sass de Falares. In ambito tettonico: 1) Si è accertato che l’anticlinale del Monte Coppolo è tagliata dalla faglia inversa del M.Piad con direzione circa E – O e immergente a N con un’inclinazione di circa 70° spezzando la piega quasi in cerniera; la si può riconoscere sul versante S ed E del M. Coppolo dove disloca la Fm. di M. Zugna e la Dolomia Principale. 2) Si è ricostruito l’assetto tettonico del Sass de Falares, che risulta essere una scaglia tettonica (duplex) compresa tra la Linea di Sass de Falares e la Linea di Belluno. 3) L’Anticlinale del M. Coppolo si è generata per propagazione di una faglia che corrisponde alla Linea di Sass de Falares che in seguito ha tagliato l’anticlinale con meccanismi di fault bend folding. Infine per ultima si è formata la Linea di Belluno s.s. a basso angolo con un raccorciamento maggiore di 2 km. Il sovrascorrimento di Belluno pertanto non è una struttura unica ma si sfrangia in 3 strutture tettoniche separate: Linea di M.Piad, Linea di Sass de Falares e Linea di Belluno s.s. 4) In Val della Selva è stato invece fatta la scoperta più importante di questo lavoro, visto che si è potuto osservare direttamente il piano principale della Linea di Belluno affiorante sulla strada forestale che porta verso la località Pugnai e quindi studiarlo e tracciarlo con precisione sulla carta. Esso ha direzione N68 ed un inclinazione di 30° verso NNW; mette a contatto la Fm. di M. Zugna con la Maiolica. Nell’affioramento si è potuta definire l’anatomia della zona di taglio con associazioni di piani R, R’, P e tettoniti S-C. 5) La ricostruzione della sezione geologica ci ha permesso di riconoscere l’organizzazione degli strati coinvolti nella deformazione. Attraverso programmi appositi quali Georient e Software Carey sono stati ricostruiti gli assi di massima compressione tramite l’analisi meso-strutturale: essi testimoniano una compressione orientata NNW-SSE, in accordo con l’Evento Valsuganese del Serravalliano-Tortoniano, legato ad un asse compressivo N340 che rappresenta l’evento principale nella regione sudalpina, ma sono stati riconosciuti anche assi di compressione orientati NE-SW e circa E-W correlabili con l’Evento Insubrico del Miocene inf. e con l’Evento Scledense del Messiniano - Pliocene.

Faltung, Assemblierung und Stabilisierung des Transmembranproteins Cytochrom b 6

In dieser Arbeit wurde der Beitrag der interhelikalen Loops zur Faltung, Assemblierung und Stabilität des kofaktortragenden Transmembranproteins Cytochrom b6 in vitro untersucht. Cytochrom b6 ist aus vier Transmembranhelices aufgebaut, die über drei Loops miteinander verbunden sind. Die beiden nicht-kovalent gebundenen Kofaktoren werden spontan in der Häm-Bindespalte zwischen den zwei Cytochrom b6-Hälften gebunden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verlängerung oder Eliminierung des Loops, der die beiden Hälften verbindet, nicht die Faltung und Assemblierung des Proteins beeinflusst. Der Loop ist für eine räumliche Positionierung und Orientierung der Hälften während der Assemblierung nicht essentiell. Weiterhin scheint keiner der drei interhelikalen Loops für die Bindung der Kofaktoren notwendig zu sein. Die Cytochrom b6-Hälfte, bestehend aus den Helices A und B, besitzt eine Konformation, die stabil genug ist um Häm alleine zu binden. Ebenso zeigt Helix B alleine eine α-helikale Struktur und bindet ebenfalls Häm. In vivo wurden bislang keine Faktoren beschrieben, die an der Assemblierung beteiligt sind. Im Rahmen dieser Arbeit wurden strukturelle Merkmale des Häms identifiziert, welche die Spezifität der Häm-Bindung, wenigstens in vitro, ausmachen. Von großer Bedeutung ist dabei das zentrale Eisen-Ion, dessen Eliminierung oder Austausch die Häm-Bindung verhindert. Die Substituenten des Porphyrinrings scheinen hingegen für die Stabilität der Bindung notwendig zu sein.

Mesozoic fold structure of the Otago and Alpine Schist Belt and its implications on the tectonic evolution of South Island, New Zealand

Erneute Untersuchungen der mesozoischen Faltenstruktur des Otago Schiefergürtels, Südinsel, Neuseeland, zeigen, dass diese aus zwei aufeinander folgenden, ähnlichen, asymmetrischen, offenen bis mäßig engen Großfaltengenerationen im km- Größenbereich besteht anstatt aus den vorher angenommenen Decken- oder Halbfalten. Hauptproblem der Großfaltenstruktur sind Zonen von durchgreifender Boudinage, die in der Nähe der Großfaltenscharniere entstanden sind. Vorherige Bearbeiter deuteten diese Zonen als 'starke Verformungszonen' oder Überschiebungszonen. Diese Arbeit zeigt, dass in diesen Zonen nur durch die asymmetrische Faltung die unteren liegenden Schenkel der Großfalten boudiniert und somit häufig die ansonsten typischen Faltenstrukturen des liegenden Schenkels einer symmetrischen Faltung überprägt wurden. Ein weiteres Problem dieser mesozoischen Großfaltenstruktur ist die Überprägung einer Faltengeneration auf eine frühere. Weil die Verkürzungsrichtung der überprägenden Faltengeneration nicht subparallel zur älteren Faltenachse ist, sondern einen Winkel von rund 30 Grad einschließt, ist ein Wechsel von orthogonalen zu koaxialen Interferenzmustern der Kleinfalten beobachtbar. Folglich ist die Orientierung der Scheitellinie einer überprägenden und überprägten Kleinfalte nicht unbedingt subparallel zur Orientierung der Faltenachse der Großfalte trotz zylindrischer Faltung. Im letzten Teil dieser Arbeit wird die Überprägung der mesozoischen Großfaltenstruktur durch das känozoisch entstandene, transpressionale Alpine Störungssystem, das einen zweiseitigen Falten- und Überschiebungsgürtel im Otago und im Nordwesten anschließenden Alpinen Schiefergürtel bildet, beschrieben.

Studio nanomorfologico di superficie tramite microscopia a forza atomica di grafite minerale e grafene

L’obiettivo di questa tesi è esfoliare mediante tecnica LPE qualche layer di grafite ed analizzare il campione ottenuto mediante la tecnica AFM. Negli studi sperimentali svolti nell’ambito di questa tesi sono state condotte tre tipologie di esperimenti: 1) analisi della grafite minerale prima del trattamento di esfoliazione; 2) esfoliazione LPE di grafite fissata su substrato di muscovite, in bagno ultrasonico con acqua bidistillata; 3) esfoliazione LPE di grafite fissata su muscovite, in bagno ultrasonico con azoto liquido. L’ultrasonicazione ha portato al distacco ed isolamento di frammenti di grafite di forma tipicamente triangolare e di dimensioni laterali micrometriche, i quali si sono depositati sul substrato di muscovite e ridepositati sulla grafite stessa. Inoltre ho osservato la presenza di diversi DLG (double-layer graphene) e addirittura la presenza di SLG (single-layer graphene) estesi alcune centinaia di nm. L’analisi AFM ha mostrato la presenza di bordi cristallografici definiti, a volte con la presenza di angoli di 120° e ha mostrato il fenomeno del “folding”.

Inflazione cosmologica R^2

Lo scopo di questa tesi è illustrare il paradigma dell’inflazione cosmologica descrivendo in particolare la teoria dell’inflazione R^2. In una prima sezione si fa riferimento al contesto della relatività generale per descrivere l’universo su larga scala. Vengono prese in esame le ipotesi utilizzate per ottenere il modello standard della cosmologia e le principali proprietà che da esso possono essere ricavate. Si focalizza quindi l’analisi sulla descrizione dell’universo primordiale da cui traggono origine le ipotesi dell’esistenza dell’epoca inflazionaria esponendo, in particolare, come questa teoria riesca a risolvere i problemi della piattezza e dell’orizzonte cosmologico. Viene poi descritto come la fase di espansione esponenziale richiesta da queste ipotesi possa essere generata dalla presenza di un campo scalare φ specifico. Particolare risalto è dato alla descrizione dell’approssimazione di ”slow-roll” ed ai vincoli sul numero di ”e-folding”. Una seconda sezione mostra l’applicazione dell’analisi generale esposta in precedenza al modello di inflazione di Starobinsky. A tal fine sono descritte le caratteristiche delle teorie della gravità f(R) con particolare attenzione alle trasformazioni conformi e scelta del frame. Attraverso l’esposizione delle equazioni di campo cosmologiche nella teoria della gravità R^2 si mostra come il processo di espansione inflazionaria dell’universo nelle sue fasi iniziali possa essere descritto da un comportamento non standard della gravità ad alte energie. Sono riportati i risultati principali ottenuti con questa teoria nel frame di Jordan e in quello di Einstein. La conclusione descrive in sintesi lo stato attuale delle osservazioni sperimentali e come queste abbiano un legame stretto con la teoria delle perturbazioni cosmologiche. In particolare, presentando i risultati ottenuti nel contesto dell’inflazione R^2 ed esponendo gli ultimi dati raccolti dall’esperimento Planck, si analizza come il modello sia in accordo con i dati sperimentali attualmente disponibili.

Frog oocytes to unveil the structure and supramolecular organization of human transport proteins

Structural analyses of heterologously expressed mammalian membrane proteins remain a great challenge given that microgram to milligram amounts of correctly folded and highly purified proteins are required. Here, we present a novel method for the expression and affinity purification of recombinant mammalian and in particular human transport proteins in Xenopus laevis frog oocytes. The method was validated for four human and one murine transporter. Negative stain transmission electron microscopy (TEM) and single particle analysis (SPA) of two of these transporters, i.e., the potassium-chloride cotransporter 4 (KCC4) and the aquaporin-1 (AQP1) water channel, revealed the expected quaternary structures within homogeneous preparations, and thus correct protein folding and assembly. This is the first time a cation-chloride cotransporter (SLC12) family member is isolated, and its shape, dimensions, low-resolution structure and oligomeric state determined by TEM, i.e., by a direct method. Finally, we were able to grow 2D crystals of human AQP1. The ability of AQP1 to crystallize was a strong indicator for the structural integrity of the purified recombinant protein. This approach will open the way for the structure determination of many human membrane transporters taking full advantage of the Xenopus laevis oocyte expression system that generally yields robust functional expression.

The angiogenesis inhibitor vasostatin is regulated by neutrophil elastase-dependent cleavage of calreticulin in AML patients

The calcium-binding protein calreticulin (CRT) regulates protein folding in the endoplasmic reticulum (ER) and is induced in acute myeloid leukemia (AML) cells with activation of the unfolded protein response. Intracellular CRT translocation to the cell surface induces immunogenic cell death, suggesting a role in tumor suppression. In this study, we investigated CRT regulation in the serum of patients with AML. We found that CRT is not only exposed by exocytosis on the outer cell membrane after treatment with anthracyclin but also ultimately released to the serum in vitro and in AML patients during induction therapy. Leukemic cells of 113 AML patients showed increased levels of cell-surface CRT (P < .0001) and N-terminus serum CRT (P < .0001) compared with normal myeloid cells. Neutrophil elastase was identified to cleave an N-terminus CRT peptide, which was characterized as vasostatin and blocked ATRA-triggered differentiation. Levels of serum vasostatin in patients with AML inversely correlated with bone marrow vascularization, suggesting a role in antiangiogenesis. Finally, patients with increased vasostatin levels had longer relapse-free survival (P = .04) and specifically benefited from autologous transplantation (P = .006). Our data indicate that vasostatin is released from cell-surface CRT and impairs differentiation of myeloid cells and vascularization of the bone marrow microenvironment.

Study of the Compressive Strength of Aluminum Curved Elements

Currently, the Specification for Aluminum Structures (Aluminum Association, 2010) shows thin-walled aluminum plate sections with radii greater than eight inches have a lower compressive strength capacity than a flat plate with the same width and thickness. This inconsistency with intuition, which suggests any degree of folding a plate should increase its elastic buckling strength, inspired this study. A wide range of curvatures are studied—from a nearly flat plate to semi-circular. To quantify the curvature, a single non-dimensional parameter is used to represent all combinations of width, thickness and radius. Using the finite strip method (CU-FSM), elastic local buckling stresses are investigated. Using the ratio of stress values of curved plates compared to flat plates of the same size, equivalent plate-buckling coefficients are calculated. Using this data, nonlinear regression analyses are performed to develop closed form equations for five different edge support conditions. These equations can be used to calculate the elastic critical buckling stress for any curved aluminum section when the geometric properties (width, thickness, and radius) and the material properties (elastic modulus and Poisson’s ratio) are known. This procedure is illustrated in examples, each showing the applicability of the derived equations to geometries other than those investigated in this study and also providing comparisons with theoretically exact numerical analysis results.

Structural aspects of postnatal lung development - alveolar formation and growth

The human lung is born with a fraction of the adult complement of alveoli. The postnatal stages of human lung development comprise an alveolar stage, a stage of microvascular maturation, and very likely a stage of late alveolarization. The characteristic structural features of the alveolar stage are well known; they are very alike in human and rat lungs. The bases for alveolar formation are represented by immature inter-airspace walls with two capillary layers with a central sheet of connective tissue. Interalveolar septa are formed by folding up of one of the two capillary layers. In the alveolar stage, alveolar formation occurs rapidly and is typically very conspicuous in both species; it has therefore been termed 'bulk alveolarization'. During and after alveolarization the septa with double capillary networks are restructured to the mature form with a single network. This happens in the stage of microvascular maturation. After these steps the lung proceeds to a phase of growth during which capillary growth by intussusception plays an important role in supporting gas exchange. In view of reports that alveoli are added after the stage of microvascular maturation, the question arises whether the present concept of alveolar formation needs revision. On the basis of morphological and experimental findings we can state that mature lungs contain all the features needed for 'late alveolarization' by the classical septation process. Because of the high plasticity of the lung tissues, late alveolarization or some forms of compensatory alveolar formation may be considered for the human lung.

Snake C-type lectin-like proteins and platelet receptors

Snake venoms are complex mixtures of biologically active proteins and peptides. Many affect haemostasis by activating or inhibiting coagulant factors or platelets, or by disrupting endothelium. Snake venom components are classified into various families, such as serine proteases, metalloproteinases, C-type lectin-like proteins, disintegrins and phospholipases. Snake venom C-type lectin-like proteins have a typical fold resembling that in classic C-type lectins such as the selectins and mannose-binding proteins. Many snake venom C-type lectin-like proteins have now been characterized, as heterodimeric structures with alpha and beta subunits that often form large molecules by multimerization. They activate platelets by binding to VWF or specific receptors such as GPIb, alpha2beta1 and GPVI. Simple heterodimeric GPIb-binding molecules mainly inhibit platelet functions, whereas multimeric ones activate platelets. A series of tetrameric snake venom C-type lectin-like proteins activates platelets by binding to GPVI while another series affects platelet function via integrin alpha2beta1. Some act by inducing VWF to bind to GPIb. Many structures of these proteins, often complexed with their ligands, have been determined. Structure-activity studies show that these proteins are quite complex despite similar backbone folding. Snake C-type lectin-like proteins often interact with more than one platelet receptor and have complex mechanisms of action.

Snake venom C-type lectins interacting with platelet receptors. Structure-function relationships and effects on haemostasis

Snake venoms contain components that affect the prey either by neurotoxic or haemorrhagic effects. The latter category affect haemostasis either by inhibiting or activating platelets or coagulation factors. They fall into several types based upon structure and mode of action. A major class is the snake C-type lectins or C-type lectin-like family which shows a typical folding like that in classic C-type lectins such as the selectins and mannose-binding proteins. Those in snake venoms are mostly based on a heterodimeric structure with two subunits alpha and beta, which are often oligomerized to form larger molecules. Simple heterodimeric members of this family have been shown to inhibit platelet functions by binding to GPIb but others activate platelets via the same receptor. Some that act via GPIb do so by inducing von Willebrand factor to bind to it. Another series of snake C-type lectins activate platelets by binding to GPVI while yet another series uses the integrin alpha(2)beta(1) to affect platelet function. The structure of more and more of these C-type lectins have now been, and are being, determined, often together with their ligands, casting light on binding sites and mechanisms. In addition, it is relatively easy to model the structure of the C-type lectins if the primary structure is known. These studies have shown that these proteins are quite a complex group, often with more than one platelet receptor as ligand and although superficially some appear to act as inhibitors, in fact most function by inducing thrombocytopenia by various routes. The relationship between structure and function in this group of venom proteins will be discussed.