A ditryptophan cross-link is responsible for the covalent dimerization of human superoxide dismutase 1 during its bicarbonate-dependent peroxidase activity

Unlike intermolecular disulfide bonds, other protein cross-links arising from oxidative modifications cannot be reversed and are presumably more toxic to cells because they may accumulate and induce protein aggregation. However, most of these irreversible protein cross-links remain poorly characterized. For instance, the antioxidant enzyme human superoxide dismutase 1 (hSod1) has been reported to undergo non-disulfide covalent dimerization and further oligomerization during its bicarbonate-dependent peroxidase activity. The dimerization was shown to be dependent on the oxidation of the single, solvent-exposed TrP(32) residue of hSod1, but the covalent dimer was not isolated nor was its structure determined. In this work, the hSod1 covalent dimer was isolated, digested with trypsin in H(2)O and H(2)(18)O, and analyzed by UV-Vis spectroscopy and mass spectrometry (MS). The results demonstrate that the covalent dimer consists of two hSod1 subunits cross-linked by a ditryptophan, which contains a bond between C3 and N1 of the respective Trp(32) residues. We further demonstrate that the cross-link cleaves under usual MS/MS conditions leading to apparently unmodified Trp(32), partially hinders proteolysis, and provides a mechanism to explain the formation of hSod1 covalent trimers and tetramers. This characterization of the covalent hSod1 dimer identifies a novel oxidative modification of protein Trp residues and provides clues for studying its occurrence in vivo. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Thermal stability of extracellular hemoglobin of Glossoscolex paulistus: Determination of activation parameters by optical spectroscopic and differential scanning calorimetric studies

Glossoscolex paulistus hemoglobin (HbGp) was studied by dynamic light scattering (DLS), optical absorption spectroscopy (UV-VIS) and differential scanning calorimetry (DSC). At pH 7.0, cyanomet-HbGp is very stable, no oligomeric dissociation is observed, while denaturation occurs at 56 degrees C, 4 degrees C higher as compared to oxy-HbGp. The oligomeric dissociation of HbGp occurs simultaneously with some protein aggregation. Kinetic studies for oxy-HbGp using UV-VIS and DES allowed to obtain activation energy (E(a)) values of 278-262 kJ/mol (DES) and 333 kJ/mol (UV-VIS). Complimentary DSC studies indicate that the denaturation is irreversible, giving endotherms strongly dependent upon the heating scan rates, suggesting a kinetically controlled process. Dependence on protein concentration suggests that the two components in the endotherms are due to oligomeric dissociation effect upon denaturation. Activation energies are in the range 200-560 kJ/mol. The mid-point transition temperatures were in the range 50-65 degrees C. Cyanomet-HbGp shows higher mid-point temperatures as well as activation energies, consistent with its higher stability. DSC data are reported for the first time for an extracellular hemoglobin. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Sodium dodecyl sulfate (SDS) effect on the thermal stability of oxy-HbGp: Dynamic light scattering (DLS) and small angle X-ray scattering (SAXS) studies

Glossoscolex paulistus (HbGp) hemoglobin is an oligomeric protein, presenting a quaternary structure constituted by 144 globin and 36 non-globin chains (named linkers) with a total molecular mass of 3.6MDa. SDS effects on the oxy-HbGp thermal stability were studied, by DLS and SAXS, at pH 5.0, 7.0 and 9.0. DLS and SAXS data show that the SDS-oxy-HbGp interactions induce a significant decrease of the protein thermal stability, with the formation of larger aggregates, at pH 5.0. At pH 7.0, oxy-HbGp undergoes complete oligomeric dissociation, with increase of temperature, in the presence of SDS. Besides, oxy-HbGp 3.0mg/mL, pH 7.0, in the presence of SDS, has the oligomeric dissociation process reduced as compared to 0.5mg/mL of protein. At pH 9.0, oxy-HbGp starts to dissociate at 20°C, and the protein is totally dissociated at 50°C. The thermal dissociation kinetic data show that oxy-HbGp oligomeric dissociation at pH 7.0, in the presence of SDS, is strongly dependent on the protein concentration. At 0.5mg/mL of protein, the oligomeric dissociation is complete and fast at 40 and 42°C, with kinetic constants of (2.1±0.2)×10-4 and (5.5±0.4)×10-4s-1, respectively, at 0.6mmol/L SDS. However, at 3.0mg/mL, the oligomeric dissociation process starts at 46°C, and only partial dissociation, accompanied by aggregates formation is observed. Moreover, our data show, for the first time, that, for 3.0mg/mL of protein, the oligomeric dissociation, denaturation and aggregation phenomena occur simultaneously, in the presence of SDS. Our present results on the surfactant-HbGp interactions and the protein thermal unfolding process correspond to a step forward in the understanding of SDS effects. © 2013 Elsevier B.V.

Estudos biológicos de nanopartículas de óxido de zinco: interação com proteínas e avaliação de “Burst” oxidativo de leucócitos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Self assembly of human septin 2 into amyloid filaments

Septins are a conserved group of GTP-binding proteins that form hetero-oligomeric complexes which assemble into filaments. These are essential for septin function, including their role in cytokinesis, cell division, exocytosis and membrane trafficking. Septin 2 (SEPT2) is a member of the septin family and has been associated with neurofibrillary tangles and other pathological features of senile plaques in Alzheimer's disease. An in silico analysis of the amino acid sequence of SEPT2 identified regions with a significant tendency to aggregate and/or form amyloid. These were all observed within the GTP-binding domain. This was consistent with the experimental identification of a structure rich in beta-sheet during temperature induced unfolding transitions observed for both the full length protein and the GTP-binding domain alone. This intermediate state is characterized by irreversible aggregation and has the ability to bind Thioflavin-T, suggesting its amyloid nature. Under electron microscopy, fibers extending for several micrometers in length could be visualized. The results shown in this study support the hypothesis that single septins, when present in excess or with unbalanced stoichiometries, may be unstable and assemble into amyloid-like structures. (C) 2011 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

Atomic Force Microscopy Studies of the Amyloidogenic Processes of Intrinsically Unstructured Proteins related to Neurodegenerative Diseases

Protein aggregation and formation of insoluble aggregates in central nervous system is the main cause of neurodegenerative disease. Parkinson’s disease is associated with the appearance of spherical masses of aggregated proteins inside nerve cells called Lewy bodies. α-Synuclein is the main component of Lewy bodies. In addition to α-synuclein, there are more than a hundred of other proteins co-localized in Lewy bodies: 14-3-3η protein is one of them. In order to increase our understanding on the aggregation mechanism of α-synuclein and to study the effect of 14-3-3η on it, I addressed the following questions. (i) How α-synuclein monomers pack each other during aggregation? (ii) Which is the role of 14-3-3η on α-synuclein packing during its aggregation? (iii) Which is the role of 14-3-3η on an aggregation of α-synuclein “seeded” by fragments of its fibrils? In order to answer these questions, I used different biophysical techniques (e.g., Atomic force microscope (AFM), Nuclear magnetic resonance (NMR), Surface plasmon resonance (SPR) and Fluorescence spectroscopy (FS)).

Structural analysis of the major lightharvesting complex II by electron paramagnetic resonance (EPR) : comparison between monomers and trimers

Der Haupt-Lichtsammenkomplex II (LHCII) höherer Pflanzen ist das häufigsternMembranprotein der Welt und in die chloroplastidäre Thylakoidmembran integriert. DerrnLHCII kann als Modellsystem genutzt werden, um die Funktionsweise vonrnMembranproteinen besser zu verstehen, da 96 % seiner Struktur kristallografisch aufgelöstrnist und er in rekombinanter Form in vitro rückgefaltet werden kann. Hierbei entsteht einrnvoll funktionaler Protein-Pigment.Komplex, der nahezu identisch mit der in vivo Varianternist.rnElektronenparamagnetischen Resonanz (EPR) Spektroskopie ist eine hoch sensitive undrnideal geeignete Methode, um die Strukturdynamik von Proteinen zu untersuchen. Hierzurnist eine ortsspezifische Markierung mit Spinsonden notwendig, die kovalent an Cysteinernbinden. Möglich wird dies, indem sorgfältig ausgewählte Aminosäuren gegen Cysteinerngetauscht werden, ohne dass die Funktionsweise des LHCII beeinträchtigt wird.rnIm Rahmen dieser Arbeit wurden die Stabilität des verwendeten Spinmarkers und diernProbenqualität verbessert, indem alle Schritte der Probenpräparation untersucht wurden.rnMithilfe dieser Erkenntnisse konnte sowohl die Gefahr einer Proteinaggregation als auchrnein Verlust des EPR Signals deutlich vermindert werden. In Kombination mit derrngleichzeitigen Etablierung des Q-Band EPR können nun deutlich geringer konzentrierternProben zuverlässig vermessen werden. Darüber hinaus wurde eine reproduzierbarernMethode entwickelt, um heterogene Trimere herzustellen. Diese bestehen aus einemrndoppelt markierten Monomer und zwei unmarkierten Monomeren und erlauben es, diernkristallografisch unvollständig aufgelöste N-terminale Domäne im monomeren undrntrimeren Assemblierungsgrad zu untersuchen. Die Ergebnisse konnten einerseits diernVermutung bestätigen, dass diese Domäne im Vergleich zum starren Proteinkern sehrrnflexibel ist und andererseits, dass sie in Monomeren noch mobiler ist als in Trimeren.rnZudem wurde die lumenale Schleifenregion bei unterschiedlichen pH Werten undrnvariierender Pigmentzusammensetzung untersucht, da dieser Bereich sehr kontroversrndiskutiert wird. Die Messergebnisse offenbarten, dass diese Region starre und flexiblerernSektionen aufweist. Während der pH Wert keinen Einfluss auf die Konformation hatte,rnzeigte sich, dass die Abwesenheit von Neoxanthin zu einer Änderung der Konformationrnführt. Weiterführende Analysen der strukturellen Dynamik des LHCII in einerrnLipidmembran konnten hingegen nicht durchgeführt werden, da dies eine gerichteternInsertion des rückgefalteten Proteins in Liposomen erfordert, was trotz intensiverrnVersuche nicht zum Erfolg führte.

Untersuchungen zur Wirkung des Ginkgo-biloba-Extraktes EGb 761 auf die Proteinaggregation in der Huntington-Krankheit

Der Ginkgo biloba-Extrakt EGb 761 besteht aus einer Reihe pharmakologisch wirksamer Substanzen, welche gut beschriebene Wirkungen auf verschiedene potentiell zytoprotektive Signalwege ausüben und u.a. antioxidative Wirksamkeit haben. Folglich wurde EGb 761 bisher als eine natürliche Behandlung bei neurodegenerativen Erkrankungen mit zellulärem oxidativen Stress angewendet, einschließlich der Alzheimer-Krankheit (AD). Aufgrund von vielen gemeinsamen Merkmalen zwischen der AD und der Huntington-Krankheit (HD) wurde vermutet, dass EGb 761 eventuell auch positive Wirksamkeit bei der HD aufweisen könnte. rnDie Neuropathologie der HD wird durch pathologische Verlängerung an Glutamin-Wiederholungen im Huntingtin-Protein (polyQ-Protein) verursacht, wodurch es zu Fehlfaltungen im Protein kommt und hierdurch der proteasomale Abbau aberranter Proteine erschwert wird. Somit sollten in der vorliegenden Arbeit die EGb 761-Wirkungen auf die Proteasom-Aktivität und die Proteinaggregation in zellulären Modellen der HD untersucht werden. rnWie die ersten Untersuchungen in nativen HEK293-Zellen ergaben, bewirkte die Behandlung der Zellen mit EGb 761 eine Steigerung der basalen Proteasom-Aktivität sowie des proteasomalen Proteinabbaus und erhöhte die Transkription proteasomaler Gene. Hieraus ergaben sich Untersuchungen in Zellen mit Expressionen pathologischer Varianten von polyQ-Proteinen als zelluläre Modelle der HD. Hierbei konnte festgestellt werden, dass die Expression aberranter polyQ-Proteine eine verminderte zelluläre Proteasom-Aktivität bewirkte. Interessanterweise verursachte EGb 761 eine Abmilderung der pathologisch-induzierten verminderten Proteasom-Aktivität, in dem die EGb 761-Behandlung der Zellen zu einer erhöhten Proteasom-Aktivität, einem verbesserten proteasomalen Proteinabbau, sowie zu einer erhöhten Transkription proteasomaler Gene führte. Da diese EGb 761-Effekte unabhängig von der Expression aberranter polyQ-Proteine waren, demonstrierten diese Ergebnisse eine allgemeine EGb 761-Wirkungen auf die Proteasom-Aktivität. Anhand dieser Ergebnisse sollten anschließend weitere Untersuchungen mit zellulären Modellen der HD die genau Wirkung von EGb 761 auf die Degradation von abnormal verlängerten polyQ-Proteinen sowie auf die Bildung von polyQ-Aggregaten klären. rnHier konnte gezeigt werden, dass die Expression aberranter polyQ-Proteinen zu einer Akkumulation von SDS-resistenten bzw. SDS-unlöslichen, aggregierten polyQ-Proteinen führte, sowie die Bildung von sichtbaren polyQ-Aggregaten in Zellen bewirkte. Hierbei verursachte eine EGb 761-Behandlung der Zellen eine signifikante Verminderung im Gehalt an SDS-resistenten polyQ-Proteinen sowie eine Reduzierung von Aggregat-tragenden Zellen. Zudem konnte gezeigt werden, dass eine pharmakologische Inhibition des Proteasoms in EGb 761-behandelten Zellen, den Gehalt an SDS-unlöslichen polyQ-Proteinaggregate wieder erhöhte und somit den Effekt von EGb 761 aufhob. Folglich zeigten diese Ergebnisse, dass die EGb 761-induzierte Reduzierung der polyQ-Proteinaggregate durch einen effizienteren proteasomalen Abbau von fehlgefalteten, aberranten polyQ-Proteinen bewirkte wurde. rnAufbauend auf diesen Ergebnissen wurde eine experimentell-therapeutische Anwendung von EGb 761 in Modellen der HD in vitro und in vivo überprüft und hierzu primäre humane Fibroblasten sowie transgene C. elegans Würmer mit Expressionen aberranter polyQ-Proteine untersucht. Interessanterweise konnte in vitro und in vivo gezeigt werden, dass die EGb 761-Behandlung auch hier eine Reduzierung von SDS-unlöslichen polyQ-Proteinen bewirkte und zudem eine Reduzierung des pathologisch erhöhten Gehalts an Polyubiquitin-Proteinen bewirkte. Folglich wurde auch hier vermutet, dass EGb 761 einen verbesserten proteasomalen Abbau von polyQ-Proteinen induzierte und dies eine Verminderung der polyQ-Proteinaggregate verursachte. Darüber hinaus führte die EGb 761-Behandlung von seneszenten Fibroblasten zur Reduzierung von altersabhängig erhöhten Mengen von polyQ-Aggregaten, wodurch ein therapeutischer Effekt auf den proteasomalen Abbau der polyQ-Proteine verdeutlicht wurde. Zusätzlich konnte in polyQ-transgenen C. elegans demonstriert werden, dass eine EGb 761-Behandlung die Abmilderung eines typischen pathologischen Phänotyps bewirkte, indem eine polyQ-induzierte verminderte Motilität der Nematoden verbessert wurde und hierdurch eine positive EGb 761-Wirkung auf die Pathologie der HD in vivo dargestellt wurde. rnZusammenfassend konnten in dieser Arbeit neue Wirkungen von EGb 761 in der HD demonstriert werden. Hierbei wurde gezeigt, dass EGb 761 die Aggregation von pathogenen aberranten polyQ-Proteinen in vitro und in vivo reduziert, indem eine effizientere Degradation von polyQ-Proteinen erfolgt. Somit könnte diese Wirkungen von EGb 761 eine potentiell therapeutische Anwendung in der HD und ähnliche neurodegenerativen Erkrankungen darstellen.

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

From endoplasmic reticulum to secretory granules: role of zinc in the secretory pathway of growth hormone

Endocrine and neuroendocrine cells differ from cells which rapidly release all their secreted proteins in that they store some secretory proteins in concentrated forms in secretory granules to be rapidly released when cells are stimulated. Protein aggregation is considered as the first step in the secretory granule biosynthesis and, at least in the case of prolactin and growth hormone, greatly depends on zinc ions that facilitate this process. Hence, regulation of cellular zinc transport especially that within the regulated secretory pathway is of importance to understand. Various zinc transporters of Slc30a/ZnT and Slc39a/Zip families have been reported to fulfil this role and to participate in fine tuning of zinc transport in and out of the endoplasmic reticulum, Golgi complex and secretory granules, the main cellular compartments of the regulated secretory pathway. In this review, we will focus on the role of zinc in the formation of hormone-containing secretory granules with special emphasis on conditions required for growth hormone dimerization/aggregation. In addition, we highlight the role of zinc transporters that govern the process of zinc homeostasis in the regulated hormone secretion.

Direct observation of molecular arrays in the organized smooth endoplasmic reticulum.

BACKGROUND Tubules and sheets of endoplasmic reticulum perform different functions and undergo inter-conversion during different stages of the cell cycle. Tubules are stabilized by curvature inducing resident proteins, but little is known about the mechanisms of endoplasmic reticulum sheet stabilization. Tethering of endoplasmic reticulum membranes to the cytoskeleton or to each other has been proposed as a plausible way of sheet stabilization. RESULTS Here, using fluorescence microscopy we show that the previously proposed mechanisms, such as membrane tethering via GFP-dimerization or coiled coil protein aggregation do not explain the formation of the calnexin-induced organized smooth endoplasmic reticulum membrane stacks. We also show that the LINC complex proteins known to serve a tethering function in the nuclear envelope are excluded from endoplasmic reticulum stacks. Finally, using cryo-electron microscopy of vitreous sections methodology that preserves cellular architecture in a hydrated, native-like state, we show that the sheet stacks are highly regular and may contain ordered arrays of macromolecular complexes. Some of these complexes decorate the cytosolic surface of the membranes, whereas others appear to span the width of the cytosolic or luminal space between the stacked sheets. CONCLUSION Our results provide evidence in favour of the hypothesis of endoplasmic reticulum sheet stabilization by intermembrane tethering.

Modulation of the chaperone-like activity of bovine α-crystallin

The effects of pantethine, glutathione, and selected chemical reagents on the anti-aggregation activity of α-crystallin was evaluated. Protein aggregation was monitored by light scattering of solutions of denatured βL-crystallin or alcohol dehydrogenase (ADH). The ratios of βL-crystallin/α-crystallin and ADH/α-crystallin were adjusted so that partial inhibition of protein aggregation at 60°C or 37°C, respectively, was observed and modulation of the chaperone action of α-crystallin could be evaluated easily with selected endogenous metabolites. Enhancement of the anti-aggregation activity in the βL-crystallin assay was strongest with pantethine, which appeared to interact with α-crystallin. Enhancement of the anti-aggregation activity in the ADH assay was strongest with glutathione which appeared to interact with ADH. The results indicated that the products of common metabolic pathways can modulate the chaperone-like effects of α-crystallin on protein aggregation.

Prion protein ablation increases cellular aggregation and embolization contributing to mechanisms of metastasis

Cellular Prion Protein (PrP(C)) is a cell surface protein highly expressed in the nervous system, and to a lesser extent in other tissues. PrP(C) binds to the extracellular matrix laminin and vitronectin, to mediate cell adhesion and differentiation. Herein, we investigate how PrP(C) expression modulates the aggressiveness of transformed cells. Mesenchymal embryonic cells (MEC) from wildtype (Prnp(+/+)) and PrP(C)-null (Prnp(0/0)) mice were immortalized and transformed by co-expression of ras and myc. These cells presented similar growth rates and tumor formation in vivo. When injected in the tail vein, PrnP(0/0)raS/myc cells exhibited increased lung colonization compared with Prnp(+/+)ras/myc cells. Additionally, Prnp(0/0)ras/myc cells form more aggregates with blood components than Prnp(+/+)ras/myc cells, facilitating the arrest of Prnp(0/0)ras/myc cells in the lung vasculature. Integrin alpha(v)beta(3) is more expressed and activated in MEC and in transformed Prnp(0/0) cells than in the respective Prnp(+/+) cells. The blocking of integrin alpha(v)beta(3) by RGD peptide reduces lung colonization in transformed Prnp(0/0) cells to similar levels of those presented by transformed Prnp(+/+) cells. Our data indicate that PrP(C) negatively modulates the expression and activation of integrin alpha(v)beta(3) resulting in a more aggressive phenotype. These results indicate that PrP(C) may have main implications in modulating metastasis formation. (C) 2009 UICC

A tick salivary protein targets cathepsin G and chymase and inhibits host inflammation and platelet aggregation

Platelet aggregation and acute inflammation are key processes in vertebrate defense to a skin injury. Recent studies uncovered the mediation of 2 serine proteases, cathepsin G and chymase, in both mechanisms. Working with a mouse model of acute inflammation, we revealed that an exogenous salivary protein of Ixodes ricinus, the vector of Lyme disease pathogens in Europe, extensively inhibits edema formation and influx of neutrophils in the inflamed tissue. We named this tick salivary gland secreted effector as I ricinus serpin-2 (IRS-2), and we show that it primarily inhibits cathepsin G and chymase, while in higher molar excess, it affects thrombin activity as well. The inhibitory specificity was explained using the crystal structure, determined at a resolution of 1.8 angstrom. Moreover, we disclosed the ability of IRS-2 to inhibit cathepsin G-induced and thrombin-induced platelet aggregation. For the first time, an ectoparasite protein is shown to exhibit such pharmacological effects and target specificity. The stringent specificity and biological activities of IRS-2 combined with the knowledge of its structure can be the basis for the development of future pharmaceutical applications. (Blood. 2011;117(2):736-744)