Charakterisierung des Ubiquitin-ähnlichen Proteins Urm1 in Saccharomyces cerevisiae

Das ursprünglich in S. cerevisiae identifizierte Urm1 stellt aufgrund seiner dualen Funktionsweise ein besonderes UBL dar. In einem Prozess, der als Urmylierung bezeichnet wird, kann es ähnlich dem Ubiquitin kovalent mit anderen Proteinen verknüpft werden. Zusätzlich fungiert es aber auch als Schwefelträger, der an der Thiolierung des wobble-Uridins bestimmter cytoplasmatischer tRNAs beteiligt ist. Während neuere Untersuchungen zeigen, dass die Urm1-abhängige tRNA-Thiolierung zu einer effizienten Translation in Eukaryoten beiträgt, ist die Bedeutung der Urmylierung immer noch unklar. Um die Funktion der Urm1-vermittelten Proteinmodifikation weiter aufzuklären, wurde die Urmylierung des Peroxiredoxins Ahp1 im Rahmen dieser Arbeit näher untersucht. Es konnte demonstriert werden, dass Ahp1 nicht nur als Monomer, sondern auch als Dimer urmyliert vorliegt. Dies deutet darauf hin, dass die Urmylierung mit dem peroxidatischen Zyklus von Ahp1 verknüpft ist. Diese Annahme konnte durch die Untersuchung der Modifikation verschiedener ahp1-Punktmutanten bestätigt werden. Hierbei ließ sich ebenfalls zeigen, dass das Peroxiredoxin wahrscheinlich auch an alternativen Lysinresten urmyliert werden kann. Trotzdem bleibt unklar, inwiefern die Funktionalität von Ahp1 durch die Urm1-Konjugation beeinträchtigt wird. So konnte ein Einfluss der Urmylierung auf die Ahp1-vermittelte Entgiftung des Alkylhydroperoxids t-BOOH nicht festgestellt werden. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit war die Untersuchung einer möglichen mechanistischen Verknüpfung beider Urm1-Funktionen. Es ließ sich zeigen, dass nicht nur Schwefelmangel, sondern auch ein Verlust der Schwefeltransferase Tum1 zu einer drastischen Reduktion der Urm1-Konjugation führt. Demnach wird die Urmylierung wahrscheinlich über denselben Schwefeltransferweg vermittelt, der ebenfalls zur tRNA-Thiolierung beiträgt. Trotzdem ist der Schwefeltransfer, der zur Urm1-Aktivierung führt, womöglich komplexer als bisher angenommen. Wurden die vermuteten katalytischen Cysteine des Urm1-Aktivatorproteins Uba4 mutiert oder dessen C-terminale RHD entfernt, waren eine gehemmte Urmylierung und tRNA-Thiolierung weiterhin nachweisbar. Somit scheint ein Schwefeltransfer auf Urm1 auch ohne direkte Beteiligung von Uba4 möglich zu sein. In dieser Arbeit ließ sich außerdem zeigen, dass Urm1 in Hefe durch sein humanes Homolog funktional ersetzt werden kann. Dies ist ein Hinweis dafür, dass der Urm1-Weg in allen Eukaryoten gleich funktioniert und konserviert ist. Darüber hinaus scheint für die Urmylierung auch eine Konservierung der Substratspezifität gegeben zu sein. Der Nachweis einer Uba4-Urmylierung in Hefe könnte durchaus darauf hindeuten.

Role of phosphatidylinositol 3-kinase pathway (PI3K/Akt) in humans

The signaling pathway of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) is critical in many aspects of growth and cell survival. The path of PI3K is stimulated physiologically as a result of many growth factors and regulatory factors. Several genetic alterations such as amplification, mutation and chromosomal arrangements may compromise the PI3K pathway, generating permanent activation in different cancer types have found evidence of these deleterious genetic modifications. Abnormal activation of the PI3K pathway results in alteration of the control mechanisms of growth and cell survival, which favors the competitive growth, and frequently metastatic capacity, greater resistance to treatment. The aim of this paper is to review matters relating to the operation of the PI3K/Akt signaling pathway and its role in the process of carcinogenesis in humans.

A "Trojan horse" strategy to reverse drug-resistance in brain tumors

Los gliomas malignos representan una de las formas más agresivas de los tumores del sistema nervioso central (SNC). De acuerdo con la clasificación de los tumores cerebrales de la Organización Mundial de la Salud (OMS), los astrocitomas han sido categorizados en cuatro grados, determinados por la patología subyacente. Es así como los gliomas malignos (o de alto grado) incluyen el glioma anaplásico (grado III) así como el glioblastoma multiforme (GBM, grado IV),estos últimos los más agresivos con el peor pronóstico (1). El manejo terapéutico de los tumores del SNC se basa en la cirugía, la radioterapia y la quimioterapia, dependiendo de las características del tumor, el estadio clínico y la edad (2),(3), sin embargo ninguno de los tratamientos estándar es completamente seguro y compatible con una calidad de vida aceptable (3), (4). En general, la quimioterapia es la primera opción en los tumores diseminados, como el glioblastoma invasivo y el meduloblastoma de alto riesgo o con metástasis múltiple, pero el pronóstico en estos pacientes es muy pobre (2),(3). Solamente nuevas terapias dirigidas (2) como las terapias anti-angiogénicas (4); o terapias génicas muestran un beneficio real en grupos limitados de pacientes con defectos moleculares específicos conocidos (4). De este modo, se hace necesario el desarrollo de nuevas terapias farmacológicas para atacar los tumores cerebrales. Frente a las terapias los gliomas malignos son con frecuencia quimioresistentes, y esta resistencia parece depender de al menos dos mecanismos: en primer lugar, la pobre penetración de muchas drogas anticáncer a través de la barrera hematoencefálica (BBB: Blood Brain Barrier), la barrera del fluido sangre-cerebroespinal (BCSFB: Blood-cerebrospinal fluid barrier) y la barrera sangre-tumor (BTB: blood-tumor barrier). Dicha resistencia se debe a la interacción de la droga con varios transportadores o bombas de eflujo de droga ABC (ABC: ATP-binding cassette) que se sobre expresan en las células endoteliales o epiteliales de estas barreras. En segundo lugar, estos transportadores de eflujo de drogas ABC propios de las células tumorales confieren un fenotipo conocido como resistencia a multidrogas (MDR: multidrug resistance), el cual es característico de varios tumores sólidos. Este fenotipo también está presente en los tumores del SNC y su papel en gliomas es objeto de investigación (5). Por consiguiente el suministro de medicamentos a través de la BBB es uno de los problemas vitales en los tratamientos de terapia dirigida. Estudios recientes han demostrado que algunas moléculas pequeñas utilizadas en estas terapias son sustratos de la glicoproteína P (Pgp: P-gycoprotein), así como también de otras bombas de eflujo como las proteínas relacionadas con la resistencia a multidrogas (MRPs: multidrug resistance-related proteins (MRPs) o la proteína relacionada con cáncer de seno (BCRP: breast-cancer resistance related protein)) que no permiten que las drogas de este tipo alcancen el tumor (1). Un sustrato de Pgp y BCRP es la DOXOrubicina (DOXO), un fármaco utilizado en la terapia anti cáncer, el cual es muy eficaz para atacar las células del tumor cerebral in vitro, pero con un uso clínico limitado por la poca entrega a través de la barrera hematoencefálica (BBB) y por la resistencia propia de los tumores. Por otra parte las células de BBB y las células del tumor cerebral tienen también proteínas superficiales, como el receptor de la lipoproteína de baja densidad (LDLR), que podría utilizarse como blanco terapéutico en BBB y tumores cerebrales. Es asi como la importancia de este estudio se basa en la generación de estrategias terapéuticas que promuevan el paso de las drogas a través de la barrera hematoencefalica y tumoral, y a su vez, se reconozcan mecanismos celulares que induzcan el incremento en la expresión de los transportadores ABC, de manera que puedan ser utilizados como blancos terapéuticos.Este estudio demostró que el uso de una nueva estrategia basada en el “Caballo de Troya”, donde se combina la droga DOXOrubicina, la cual es introducida dentro de un liposoma, salvaguarda la droga de manera que se evita su reconocimiento por parte de los transportadores ABC tanto de la BBB como de las células del tumor. La construcción del liposoma permitió utilizar el receptor LDLR de las células asegurando la entrada a través de la BBB y hacia las células tumorales a través de un proceso de endocitosis. Este mecanismo fue asociado al uso de estatinas o drogas anticolesterol las cuales favorecieron la expresión de LDLR y disminuyeron la actividad de los transportadores ABC por nitración de los mismos, incrementando la eficiencia de nuestro Caballo de Troya. Por consiguiente demostramos que el uso de una nueva estrategia o formulación denominada ApolipoDOXO más el uso de estatinas favorece la administración de fármacos a través de la BBB, venciendo la resistencia del tumor y reduciendo los efectos colaterales dosis dependiente de la DOXOrubicina. Además esta estrategia del "Caballo de Troya", es un nuevo enfoque terapéutico que puede ser considerado como una nueva estrategia para aumentar la eficacia de diferentes fármacos en varios tumores cerebrales y garantiza una alta eficiencia incluso en un medio hipóxico,característico de las células cancerosas, donde la expresión del transportador Pgp se vió aumentada. Teniendo en cuenta la relación entre algunas vías de señalización reconocidas como moduladores de la actividad de Pgp, este estudio presenta no solo la estrategia del Caballo de Troya, sino también otra propuesta terapéutica relacionada con el uso de Temozolomide más DOXOrubicina. Esta estrategia demostró que el temozolomide logra penetrar la BBB por que interviene en la via de señalización de la Wnt/GSK3/β-catenina, la cual modula la expresión del transportador Pgp. Se demostró que el TMZ disminuye la proteína y el mRNA de Wnt3 permitiendo plantear la hipótesis de que la droga al disminuir la transcripción del gen Wnt3 en células de BBB, incrementa la activación de la vía fosforilando la β-catenina y conduciendo a disminuir la β-catenina nuclear y por tanto su unión al promotor del gen mdr1. Con base en los resultados este estudio permitió el reconocimiento de tres mecanismos básicos relacionados con la expresión de los transportadores ABC y asociados a las estrategias empleadas: el primero fue el uso de las estatinas, el cual condujo a la nitración de los transportadores disminuyendo su actividad por la via del factor de transcripción NFκB; el segundo a partir del uso del temozolomide, el cual metila el gen de Wnt3 reduciendo la actividad de la via de señalización de la la β-catenina, disminuyendo la expresión del transportador Pgp. El tercero consistió en la determinación de la relación entre el eje RhoA/RhoA quinasa como un modulador de la via (no canónica) GSK3/β-catenina. Se demostró que la proteína quinasa RhoA promovió la activación de la proteína PTB1, la cual al fosforilar a GSK3 indujo la fosforilación de la β-catenina, lo cual dio lugar a su destrucción por el proteosoma, evitando su unión al promotor del gen mdr1 y por tanto reduciendo su expresión. En conclusión las estrategias propuestas en este trabajo incrementaron la citotoxicidad de las células tumorales al aumentar la permeabilidad no solo de la barrera hematoencefálica, sino también de la propia barrera tumoral. Igualmente, la estrategia del “Caballo de Troya” podría ser útil para la terapia de otras enfermedades asociadas al sistema nervioso central. Por otra parte estos estudios indican que el reconocimiento de mecanismos asociados a la expresión de los transportadores ABC podría constituir una herramienta clave en el desarrollo de nuevas terapias anticáncer.

Characterization of cytotoxic ribonucleases: from the internalization pathway to the importance of dimeric structures

En aquesta tesi s'ha caracteritzat la ruta d'internalització de l'onconasa, una RNasa citotòxica. Els resultats indiquen que l'onconasa entra a les cèl·lules per la via dependent de clatrina i del complex AP-2. Seguidament es dirigeix als endosomes de reciclatge i es a través d'aquesta ruta que la proteïna exerceix la citotoxicitat. Per altra banda, els resultats d'aquest treball demostren que PE5, una variant citotòxica de la ribonucleasa pancreàtica humana (HP-RNasa), interacciona amb la importina  mitjançant diferents residus que tot i que no són seqüencials, es troben propers en l'estructura tridimensional d'aquesta proteïna. PM8 és una HP-RNasa amb estructura cristal·logràfica dimèrica constituïda per intercanvi de dominis N-terminals. En aquesta tesi s'han establert les condicions per estabilitzar aquest dimer en solució i també es proposa un mecanisme per la dimerització.

Nitrosospira spp. can produce nitrous oxide via a nitrifier denitrification pathway

Nitrous oxide (N2O) emission from soils is a major contributor to the atmospheric loading of this potent greenhouse gas. It is thought that autotrophic ammonia oxidizing bacteria (AOB) are a significant source of soil-derived N2O and a denitrification pathway (i.e. reduction of NO2- to NO and N2O), so-called nitrifier denitrification, has been demonstrated as a N2O production mechanism in Nitrosomonas europaea. It is thought that Nitrosospira spp. are the dominant AOB in soil, but little information is available on their ability to produce N2O or on the existence of a nitrifier denitrification pathway in this lineage. This study aims to characterize N2O production and nitrifier denitrification in seven strains of AOB representative of clusters 0, 2 and 3 in the cultured Nitrosospira lineage. Nitrosomonas europaea ATCC 19718 and ATCC 25978 were analysed for comparison. The aerobically incubated test strains produced significant (P < 0.001) amounts of N2O and total N2O production rates ranged from 2.0 amol cell(-1) h(-1), in Nitrosospira tenuis strain NV12, to 58.0 amol cell(-1) h(-1), in N. europaea ATCC 19718. Nitrosomonas europaea ATCC 19718 was atypical in that it produced four times more N2O than the next highest producing strain. All AOB tested were able to carry out nitrifier denitrification under aerobic conditions, as determined by production of N-15-N2O from applied N-15-NO2-. Up to 13.5% of the N2O produced was derived from the exogenously applied N-15-NO2-. The results suggest that nitrifier denitrification could be a universal trait in the betaproteobacterial AOB and its potential ecological significance is discussed.

Syk-Dependent Cytokine Induction by Dectin-1 Reveals a Novel Pattern Recognition Pathway for C Type Lectins

Pattern-recognition receptors (PRRs) detect molecular signatures of microbes and initiate immune responses to infection. Prototypical PRRs such as Toll-like receptors (TLRs) signal via a conserved pathway to induce innate response genes. In contrast, the signaling pathways engaged by other classes of putative PRRs remain ill defined. Here, we demonstrate that the β-glucan receptor Dectin-1, a yeast binding C type lectin known to synergize with TLR2 to induce TNFα and IL-12, can also promote synthesis of IL-2 and IL-10 through phosphorylation of the membrane proximal tyrosine in the cytoplasmic domain and recruitment of Syk kinase. syk−/− dendritic cells (DCs) do not make IL-10 or IL-2 upon yeast stimulation but produce IL-12, indicating that the Dectin-1/Syk and Dectin-1/TLR2 pathways can operate independently. These results identify a novel signaling pathway involved in pattern recognition by C type lectins and suggest a potential role for Syk kinase in regulation of innate immunity.

Rapid acidification and alkylation: Redox analysis of the MHC class I pathway

The technique of rapid acidification and alkylation can be used to characterise the redox status of oxidoreductases, and to determine numbers of free cysteine residues within substrate proteins. We have previously used this method to analyse interacting components of the MHC class I pathway, namely ERp57 and tapasin. Here, we have applied rapid acidification alkylation as a novel approach to analysing the redox status of MHC class I molecules. This analysis of the redox status of the MHC class I molecules HLA-A2 and HLA-B27, which is strongly associated with a group of inflammatory arthritic disorders referred to as Spondyloarthropathies, revealed structural and conformational information. We propose that this assay provides a useful tool in the study of in vivo MHC class I structure. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Flavonoids inhibit the platelet TxA(2) signalling pathway and antagonize TxA(2) receptors (TP) in platelets and smooth muscle cells

What is already known about this subject center dot Flavonoids are largely recognized as potential inhibitors of platelet function, through nonspecific mechanisms such as antioxidant activity and/or inhibition of several enzymes and signalling proteins. center dot In addition, we, and few others, have shown that certain antiaggregant flavonoids may behave as specific TXA2 receptor (TP) ligands in platelets. center dot Whether flavonoids interact with TP isoforms in other cell types is not known, and direct evidence that flavonoid-TP interaction inhibits signalling downstream TP has not been shown. What this study adds center dot This study first demonstrates that certain flavonoids behave as ligands for both TP isoforms, not only in platelets, but also in human myometrium and in TP-transfected HEK 293T cells. center dot Differences in the effect of certain flavonoids in platelet signalling, induced by either U46619 or thrombin, suggest that abrogation of downstream TP signalling is related to their specific blockage of the TP, rather than to a nonspecific effect on tyrosine kinases or other signalling proteins. Flavonoids may affect platelet function by several mechanisms, including antagonism of TxA(2) receptors (TP). These TP are present in many tissues and modulate different signalling cascades. We explored whether flavonoids affect platelet TP signalling, and if they bind to TP expressed in other cell types. Platelets were treated with flavonoids, or other selected inhibitors, and then stimulated with U46619. Similar assays were performed in aspirinized platelets activated with thrombin. Effects on calcium release were analysed by fluorometry and changes in whole protein tyrosine phosphorylation and activation of ERK 1/2 by Western blot analysis. The binding of flavonoids to TP in platelets, human myometrium and TP alpha- and TP beta-transfected HEK 293T cells was explored using binding assays and the TP antagonist H-3-SQ29548. Apigenin, genistein, luteolin and quercetin impaired U46619-induced calcium mobilization in a concentration-dependent manner (IC50 10-30 mu M). These flavonoids caused a significant impairment of U46619-induced platelet tyrosine phosphorylation and of ERK 1/2 activation. By contrast, in aspirin-treated platelets all these flavonoids, except quercetin, displayed minor effects on thrombin-induced calcium mobilization, ERK 1/2 and total tyrosine phosphorylation. Finally, apigenin, genistein and luteolin inhibited by > 50% H-3-SQ29548 binding to different cell types. These data further suggest that flavonoids may inhibit platelet function by binding to TP and by subsequent abrogation of downstream signalling. Binding of these compounds to TP occurs in human myometrium and in TP-transfected HEK 293T cells and suggests that antagonism of TP might mediate the effects of flavonoids in different tissues.

Degradation pathway of bisphenol A: Does ipso substitution apply to phenols containing a quaternary alpha-carbon structure in the para position?

The degradation of bisphenol A and nonylphenol involves the unusual rearrangement of stable carboncarbon bonds. Some nonylphenol isomers and bisphenol A possess a quaternary alpha-carbon atom as a common structural feature. The degradation of nonylphenol in Sphingomonas sp. strain TTNP3 occurs via a type II ipso substitution with the presence of a quaternary alpha-carbon as a prerequisite. We report here a new degradation pathway of bisphenol A. Consequent to the hydroxylation at position C-4, according to a type 11 ipso substitution mechanism, the C-C bond between the phenolic moiety and the isopropyl group of bisphenol A is broken. Besides the formation of hydroquinone and 4-(2-hydroxypropan-2-yl) phenol as the main metabolites, further compounds resulting from molecular rearrangements consistent with a carbocationic intermediate were identified. Assays with resting cells or cell extracts of Sphingomonas sp. strain TTNP3 under an 18 02 atmosphere were performed. One atom of 180, was present in hydroquinone, resulting from the monooxygenation of bisphenol A and nonylphenol. The monooxygenase activity was dependent on both NADPH and flavin adenine dinucleotide. Various cytochrome P450 inhibitors had identical inhibition effects on the conversion of both xenobiotics. Using a mutant of Sphingomonas sp. strain TTNP3, which is defective for growth on nonylphenol, we demonstrated that the reaction is catalyzed by the same enzymatic system. In conclusion, the degradation of bisphenol A and nonylphenol is initiated by the same monooxygenase, which may also lead to ipso substitution in other xenobiotics containing phenol with a quaternary a-carbon.