Synthese und Charakterisierung von Polymeren mit peptidischen Seitenketten

Die Forschung im Bereich der Drug Delivery-Systeme konzentriert sich auf biokompatible und wenig immunogene Trägermoleküle. Eine Klasse vielversprechender Trägersysteme stellen Peptid basierte Polymere dar, die neben einer hohen Biokompatibilität auch eine Sensitivität gegenüber externen Einflüssen aufweisen. Der zwitterionische Charakter von Aminosäuren und Peptiden verhindert die Adsorption von Serumproteinen und ein „antifouling“ Verhalten kann festgestellt werden, sodass diese Moleküle für den Einsatz als Wirkstoffträgersystem sehr geeignet scheinen. In Kombination mit einer bürstenartigen Struktur entstehen Systeme mit einer einzigartigen Peptidarchitektur, die sich durch eine hohe Dichte funktioneller Gruppen für Konjugationsreaktionen auszeichnen und deren formabhängige Zellaufnahme sie besonders attraktiv für die Anwendung als „Nanocarrier“ macht.rnrnDas zwitterionische Poly-(ε-N-Methacryloyl-L-Lysin) (Mw = 721,000 g∙mol 1) wurde durch freie radikalische Polymerisation dargestellt und seine Konformation in Abhängigkeit von Ionenstärke und pH-Wert untersucht. Die Biokompatibilität des Systems konnte durch Toxizitätstests und dynamische Lichtstreuung in humanem Blutserum nachgewiesen werden. Zusammen mit der vernachlässigbaren unspezifischen Aufnahme in dendritische Zellen aus Knochenmark erfüllt das System damit alle Bedingungen, die an ein polymeres Wirkstoffträgersystem gestellt werden. Darüber hinaus können Komplexe des Polymers mit DNA in Gegenwart von divalenten Metallionen für die Gentransfektion verwendet werden.rnrnDurch Kopplung von ε-N-Methacryloyl-L-Lysin mit der Elastin-ähnlichen Polypeptid Pentasequenz Valin-Prolin-Glycin-Glycin-Glycin konnte ein Hexapeptid-Makromonomer dargestellt werden, welches anschließend mittels „grafting through“ Polymerisation zur Polymerbürste umgesetzt wurde. Die wurmartige Struktur der Polymerbürsten wurde in AFM-Aufnahmen gezeigt und eine hohe Kettensteifigkeit der Polymerbürsten über dynamische und statische Lichtstreuung nachgewiesen. Zirkulardichroismus-Messungen lieferten Informationen über struktur-, salz- und temperaturabhängige Veränderungen der Konformation. Toxizitätstests und dynamische Lichtstreuung in humanem Blutserum bestätigten die erwartete Biokompatibilität.rnrnBasierend auf zwei Elastin-ähnlichen Polypeptiden mit ähnlicher Peptidsequenz wurden insgesamt vier unterschiedliche Makromonomere mit jeweils 20 Pentapeptid-Wiederholungseinheiten dargestellt. Über anschließende „grafting through“ Polymerisation entstanden molekulare Bürstenmoleküle mit variierenden externen funktionellen Gruppen, die für zukünftige Konjugationsreaktionen verwendet werden können. Der Einfluss von Ionenstärke und Temperatur auf die Konformation der Makromonomere und Polymere wurde mittels Zirkulardichroismus- und Trübungskurven-Messungen untersucht und ein starker Einfluss der hohen Seitenkettendichte auf das Verhalten der Polymerbürsten wurde festgestellt. Über dynamische Lichtstreuung konnte ein von den externen funktionellen Gruppen abhängiges Aggregationsverhalten in humanem Blutserum nachgewiesen werden.rnrnDie in dieser Arbeit synthetisierten Polymerbürsten mit peptidischen Seitenketten stellen damit biokompatible und vielversprechende Trägersysteme für die Konjugation mit Biomolekülen dar, die zukünftig als Drug Delivery-Systeme ihren Einsatz finden können.rn

Modellkomplexe zur Sauerstoffaktivierung auf Basis des 1,3,4-Thiadiazols

Das Ziel der vorliegenden Arbeit waren die Synthese und Untersuchung von Modellverbindungen zur Sauerstoffaktivierung auf der Basis neuer Ligandensysteme des 1,3,4-Thiadiazols unter Ausarbeitung einer Synthesestrategie zur Derivatisierung der heteroaromatischen 1,3,4-Thiadiazol-Liganden, deren Koordinationsverhalten in Abhängigkeit ihres 2,5-Substitutionsmusters untersucht wurde, sowie die fortführende Bearbeitung bereits bekannter Ligandensysteme zur Erzeugung von homo- und heterovalenten Übergangsmetallkomplexverbindungen.rnDie unter der Verwendung der modifizierten Liganden TPDE, H1TPDP und H1BPMP resultierenden dinuklearen Komplexverbindungen zeigen unterschiedlich starke antiferromagnetische Wechselwirkungen in Abhängigkeit der vorhandenen Brückenliganden. In der Verbindung [Fe6O2(OH)(L´)2(OOCMe3)9(OEt)2] trat eine Fragmentierung des Liganden H1TPDP auf. Das cisoide Ligandensubstitutionsmuster der entstandenen sechskernigen Verbindung ist verantwortlich für die interessanten magnetischen Eigenschaften des Komplexes. rnNeue Perspektiven zur Erzeugung von Modellverbindungen zur Sauerstoffaktivierung wurden mit dem Mono-Chelatliganden H1ETHP und den Bis-Chelatliganden HL2H, H2L2H und H2BATP aufgezeigt. Die Umsetzung von H1ETHP mit verschiedenen Übergangsmetallsalzen resultierte für die Metalle Cr(III), Fe(III), Co(III) und Ni(II) in mononuklearen Verbindungen des Typs [M(ETHP)2]X (X = ClO4, FeCl4, OMe, Cl, Br) sowie in zwei tetranuklearen Verbindungen mit Mn(II) und Cu(II). [Mn4(ETHP)6] besitzt ein propellerförmiges, planares [Mn4O6]2+-System mit einen Spingrundzustand von S = 5. In allen Verbindungen von H1ETHP konnte eine mono-κN-Koordination des 1,3,4-Thiadiazol-Rückgrates über eines seiner beiden endozyklischen Stickstoffdonoratome beobachtet werden. rnAus Umsetzungen der Bis-Chelatliganden wurden fast ausschließlich polynukleare Übergangsmetallkomplexe erhalten. Insbesondere der Ligand H2L2H zeigt eine ausgeprägte Tendenz zur Ausbildung trinuklearer, linearer Komplexe, welche auf Grund ihrer ungeraden Anzahl von Übergangsmetallionen einen Spingrundzustand S ≠ 0 aufweisen.rn Die mit dem Liganden HL2H erhaltenen Verbindungen unterstreichen die hohe Flexibilität dieser Systeme hinsichtlich der Erzeugung polynuklearer und heterovalenter Komplexverbindungen. So konnten in Abhängigkeit vom verwendeten Übergangsmetallsalz trinukleare, pentanukleare, aber auch hepta- und oktanukleare Verbindungen synthetisiert werden. Insbesondere die Komplexe des Mangans und des Cobalts zeigen ein heterovalentes [MnIIMnIII4]- bzw. [CoII2CoIII3]-Motiv, was sich in Spingrundzuständen von S ≠ 0 äußert. Der diamagnetische, achtkernige Fe8-Cluster besitzt eine pseudo C3-symmetrische Anordnung der Metall-Zentren, während für die heptanukleare Cu7-Kette durch ihre stark unterschiedlichen Kupfer-Koordinationsgeometrien interessante magnetische Austauschwechselwirkungen beobachtet werden konnten. Der dreikernige µ3-oxo-verbrückte Komplex des Liganden H2BATP zeigt als interessante strukturelle Eigenschaft ein ein µ3-Verbrückungsmuster des eingesetzten Sulfat-Anions. rnIn allen Komplexen der Bis-Chelatliganden HL2H, H2L2H und H2BATP konnte ein µ2-κN,κN-Koordiantionsmodus des 1,3,4-Thiadiazols und somit eine Abhängigkeit der Verbrückung vom Ligandensubstitutionsmuster beobachtet werden.rn

Modellkomplexe oligonuklearer Metalloproteine auf Basis von Salen-Liganden und Spin-Crossover-Verbindungen als Chemosensoren

Der erste Teil der hier vorgestellten Arbeit verfolgt die Synthese potentieller Modellverbindungen oligonuklearer Metalloproteine auf Basis von Salen-Liganden. Dazu wurden zwei Ligandensysteme mit unterschiedlich raumerfüllenden Alkyl-Substituenten modifiziert und auf ihre koordinativen Eigenschaften hin untersucht. Für das Ligandensystem auf Basis des Bis-(salicylidenamino)-propan-2-ols konnten fünf Derivate (H3L1, H3L2A,H3L2B, H3L3, H3L4), für das zweite verwendete Ligandensystem auf Basis des 1H-3,5-Bis-(salicylidenaminomethyl)-pyrazols konnten zwei weitere Derivate (H3L5A, H3L5B) dargestellt und zu Koordinationsverbindungen umgesetzt werden.rnFür den hier verwendeten Bis-(salicylidenamino)-propan-2-ol Liganden H3L1, welcher die geringsten sterischen Anforderungen stellt, konnten mono-, tri- und tetranukleare Koordinationsverbindungen synthetisiert werden. Dabei gelingt es dem Liganden, sich sowohl in planarer als auch in unterschiedlich stark gewinkelter Konformation um ein oder mehrere Metallzentren anzuordnen, wobei der Ligand ein N2O2- seines N2O3-Donorsets zur Koordination nutzt. Die Verbindung {[Ni7(HL1)2(L1)2(OBz)4(OMe)(H2O)]}n zeigt, dass eine Verkettung der so gestalteten dreikernigen Einheiten über das freie Propanol-Sauerstoffatomdes Ligandenrückgrats möglich ist. Mit zunehmendem sterischen Anspruch der angefügten Alkylsubstituenten nimmt die geometrische Flexibilität und somit das Potential des Liganden zur Ausbildung höhernuklearer Strukturen ab. So ist für Liganden mit mittlerem sterischen Anspruch neben mononuklearen Komplexen noch die Gestaltung dinuklearer Systeme möglich. Erhöht man den sterischen Anspruch des Liganden weiter, findet nur noch eine Reaktion zu mononuklearen Verbindungen statt.rnMit den Pyrazol-basierten Ligandensystemen H3L5A und H3L5B konnten dinukleare Kupfer- und Nickelverbindungen synthetisiert werden.rnDer zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Gestaltung von Spin-Crossover Systemen (SCO). Dazu soll ein Spinübergang innerhalb des gestalteten schaltbaren Systems an die Anwesenheit eines Signalstoffs gekoppelt werden, so dass diese SCO-Verbindung als Sensor für den Signalstoff eingesetzt werden kann. Dazu wurden zwei unterschiedliche Ansätze entwickelt und untersucht.rnDie erste Methode beruht auf der Kombination eines zum Spin-Crossover befähigten Metallzentrums, eines Capping-Liganden, eines zur Signalstofferkennung funktionalisierten Co-Liganden sowie eines entsprechenden Signalstoffs. Als Capping-Liganden wurden tetra- und pentadentateLigandensysteme eingesetzt und mit unterschiedlich Picolyl-substituierten Monoaza-[12]-krone-4-Derivaten umgesetzt, wobei die Monoazakrone zur Komplexierung des Signalstoffs,hier in Form eines Alkalimetallions, zur Verfügung steht. Nach dieser ersten Methode konnten im Zeitraum dieser Arbeit noch keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielt werden.rnEine vielversprechende zweite Möglichkeit beruht auf der Verwendung eines mehrzähnigen, etablierten Spin-Crossover Liganden,welcher in seiner Peripherie mit einer Bindungstasche zur Aufnahme des Signalstoffmodifiziert wird.Mit Hilfe des so gestalteten Liganden 4'-(4'''-Benzo-[15]-krone-5)-methyloxy-2,2':6',2''-terpyridin ([b15c5]-tpy) gelang die Umsetzung zu entsprechenden Eisen(II)- und Kobalt(II)komplexen der Zusammensetzung [M([b15c5]-tpy)2]2+. Alle synthetisierten Eisen(II)-Komplexe liegen aufgrund der hohen Ligandenfeldstärke des Terpyridins über einen Temperaturbereich von 300 – 400 K in ihrer diamagnetischen Low Spin Form vor. Die entsprechenden Kobalt(II)-Komplexe zeigen über einen Temperaturbereich von 2 – 350 K ein kontinuierliches, aber unvollständiges Spin-Crossover Verhalten.rnDer Einfluss von Signalstoffen auf das Spin-Crossover Verhalten der Kobalt(II)-Systeme wurde in einem ersten Versuch unter der Verwendung von Natriumionen als Signalstoff untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass Natriumionen für dieses System zwar nicht als Auslöser eines SCO verwendet werden können, sie aber dennoch eine starke Auswirkung auf den Verlauf des Spin-Crossovers haben.

Complessi tetrazolici di Re(I): design e preparazione di una nuova classe di probes luminescenti

In this experimental work we report the design, the synthesis and characterization of a new class of Re(I) complexes of the general formula fac-[Re(CO)3(N^N)(2-QTZ)], where N^N = 2,2’ bipyridine or 1,10 phenantroline, whereas 2-QTZ is the anion 2-quinolyl-tetrazolate. The complexes and, in particular, the tetrazolate ligand 2-QTZ were designed in order to investigate their specific interaction with biologically and toxicologically relevant metal ions, as Zn(II), Cd(II) e Cu(II). The addition of such ions led to substantial variations of the photophysical properties of these complexes, suggesting their application as luminescent sensors. The photophysical performance of the complexes proved to remain unchanged inside cellular substrates, as Yarrowia Lipolytica cultures. Within these yeasts, the complexes show unchanged ability to perform luminescent sensing towards Zn(II) and Cd(II) ions.

Dimeric IVIG contains natural anti-Siglec-9 autoantibodies and their anti-idiotypes

Intravenous immunoglobulin (IVIG) preparations are increasingly used for the treatment of autoimmune and chronic inflammatory diseases. Naturally occurring autoantibodies against Siglec-9 and Fas are thought to contribute to the anti-inflammatory effects of IVIG via cell death regulation of leukocytes and tissue cells. Dimeric IVIG fractions are suspected to contain idiotypic (Id)-anti-idiotypic complexes of antibodies, which might also include anti-Siglec-9 and anti-Fas autoantibodies.

Clinical response to chemotherapy in oesophageal adenocarcinoma patients is linked to defects in mitochondria

Chemotherapeutic drugs kill cancer cells, but it is unclear why this happens in responding patients but not in non-responders. Proteomic profiles of patients with oesophageal adenocarcinoma may be helpful in predicting response and selecting more effective treatment strategies. In this study, pretherapeutic oesophageal adenocarcinoma biopsies were analysed for proteomic changes associated with response to chemotherapy by MALDI imaging mass spectrometry. Resulting candidate proteins were identified by liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) and investigated for functional relevance in vitro. Clinical impact was validated in pretherapeutic biopsies from an independent patient cohort. Studies on the incidence of these defects in other solid tumours were included. We discovered that clinical response to cisplatin correlated with pre-existing defects in the mitochondrial respiratory chain complexes of cancer cells, caused by loss of specific cytochrome c oxidase (COX) subunits. Knockdown of a COX protein altered chemosensitivity in vitro, increasing the propensity of cancer cells to undergo cell death following cisplatin treatment. In an independent validation, patients with reduced COX protein expression prior to treatment exhibited favourable clinical outcomes to chemotherapy, whereas tumours with unchanged COX expression were chemoresistant. In conclusion, previously undiscovered pre-existing defects in mitochondrial respiratory complexes cause cancer cells to become chemosensitive: mitochondrial defects lower the cells' threshold for undergoing cell death in response to cisplatin. By contrast, cancer cells with intact mitochondrial respiratory complexes are chemoresistant and have a high threshold for cisplatin-induced cell death. This connection between mitochondrial respiration and chemosensitivity is relevant to anticancer therapeutics that target the mitochondrial electron transport chain.

Thermochronological Evidence for Late Proterozoic (Vendian) Cooling in Southwest Wedel Jarlsberg Land, Spitsbergen

Two Proterozoic terranes with different metamorphic histories are distinguished from geological mapping in southwestern Wedel Jarlsberg Land: a northern greenschist facies terrane and a southern amphibolite facies terrane which has been overprinted by greenschist facies metamorphism. To better characterize the tectonothermal history of these terranes we have obtained new Ar-40/Ar-39 mineral dates from this area. A muscovite separate from the northern terrane yielded a Caledonian plateau age of 432 +/- 7 Ma. The southern terrane yielded significantly older Ar-40/Ar-39 ages with three muscovite plateau dates of 584 +/- 14 Ma, 575 +/- 15 Ma, and 459 +/- 9 Ma, a 484 +/- 5 Ma biotite plateau date, and a 616 +/- 17 Ma hornblende plateau date. The oldest thermochronological dates are over 300 Ma younger than the age of amphibolite facies metamorphism and therefore probably do not represent uplift-related cooling. Instead, the Vendian dates correlate well with a regionally widespread magmatic and metamorphic/thermal resetting event recognized within Caledonian complexes of northwestern Spitsbergen and Nordaustlandet. The apparent Ordovician dates are interpreted to represent partial resetting, suggesting that late Caledonian greenschist facies overprinting of the southern terrane was of variable intensity.

1,2-Bis(2-benzimidazolyl)-1,2-ethanediol, a chiral, tridentate, facially coordinating ligand

The ligand 1,2-bis(1H-benzimidazol-2-yl)-1,2-ethanediol, 1, and its methylated derivative 2 are readily synthesized from tartaric acid, and act as chiral, facially coordinating tridentate ligands, forming complexes of composition ML2 with octahedral transition metals. The copper(II) complexes show distorted 4 + 2 coordination with benzimidazoles occupying the equatorial sites and alcohol functions weakly binding in the axial sites. Nickel(II) complexes in three different states of protonation show regular octahedral geometry with the alcohols mutually cis. Deprotonation of the coordinated alcohol produces little structural change but the monodeprotonated complex forms a hydrogen bonded dimer. Magnetic measurements show the hydrogen bonded bridge to offer a pathway for weak antiferromagnetic coupling. UV-Visible spectroscopy shows the ligand to have a field intermediate between water and pyridine. The diastereoselectivity of complexation depends on the geometry: nickel(II) shows a weak preference for the homochiral complex, whereas copper(II) forms almost exclusively homochiral complexes.

Molecular-Based Magnetism in High-Spin Molecular Clusters and Three-Dimensional Networks Based on Cyanometalate Building Blocks

The field of molecule-based magnets is a relatively new branch of chemistry, which involves the design and study of molecular compounds that exhibit a spontaneous magnetic ordering below a critical temperature, Tc. One major goal involves the design of materials with tuneable Tc's for specific applications in memory storage devices. Molecule-based magnets with high magnetic ordering temperatures have recently been obtained from bimetallic and mixed-valence transition metal μ-cyanide complexes of the Prussian blue family. Since the μ-cyanide linkages permit an interaction between paramagnetic metal ions, cyanometalate building blocks have found useful applications in the field of molecule-based magnets. Our work involves the use of octacyanometalate building blocks for the self-assembly of two new classes of magnetic materials namely, high-spin molecular clusters which exhibit both ferromagnetic intra- and intercluster coupling, and specific extended network topologies which show long-range ferromagnetic ordering.

Platinum-group element abundances in background samples and the K-T boundary interval from DSDP Hole 91-596 (Table 2)

New data on Ru/Ir abundance ratios are presented for nonmarine (Hell Creek, Montana; Frenchman River, Saskatchewan) and marine Cretaceous-Tertiary boundary sites (Brazos River, Texas; Beloc, Haiti; DSDP 577 and DSDP 596). The Ru/Ir ratio varies from 0.5 to 1 within 4000 km of Chicxulub and increases to 2-3 at paleodistances (65 Ma) of up to 12,000 km from the impact site. For CI chondrites, Ru/Ir = 1.5. A ballistic model of ejecta cloud cooling and expansion, which employs the available vapor-pressure versus temperature data for Ru and It, predicts qualitatively similar global variation in the Ru/Ir ratio but by only a factor of 1.5. We infer that several other factors, such as remobilization of PGE during diagenesis, preferential oxidation of Ru, condensation kinetics and atmospheric chemical and circulation processes, may account for the observed larger Ru/Ir variation.

β-Catenin mutations in cell lines established from human colorectal cancers

β-catenin has functions as both an adhesion and a signaling molecule. Disruption of these functions through mutations of the β-catenin gene (CTNNB1) may be important in the development of colorectal tumors. We examined the entire coding sequence of β-catenin by reverse transcriptase–PCR (RT-PCR) and direct sequencing of 23 human colorectal cancer cell lines from 21 patients. In two cell lines, there was apparent instability of the β-catenin mRNA. Five different mutations (26%) were found in the remaining 21cell lines (from 19 patients). A three-base deletion (codon 45) was identified in the cell line HCT 116, whereas cell lines SW 48, HCA 46, CACO 2, and Colo 201 each contained single-base missense mutations (codons 33, 183, 245, and 287, respectively). All 23 cell lines had full-length β-catenin protein that was detectable by Western blotting and that coprecipitated with E-cadherin. In three of the cell lines with CTNNB1 mutations, complexes of β-catenin with α-catenin and APC were detectable. In SW48 and HCA 46, however, we did not detect complexes of β-catenin protein with α-catenin and APC, respectively. These results show that selection of CTNNB1 mutations occurs in up to 26% of colorectal cancers from which cell lines are derived. In these cases, mutation selection is probably for altered β-catenin function, which may significantly alter intracellular signaling and intercellular adhesion and may serve as a complement to APC mutations in the early stages of tumorigenesis.

Gβ5 prevents the RGS7-Gαo interaction through binding to a distinct Gγ-like domain found in RGS7 and other RGS proteins

The G protein β subunit Gβ5 deviates significantly from the other four members of Gβ-subunit family in amino acid sequence and subcellular localization. To detect the protein targets of Gβ5 in vivo, we have isolated a native Gβ5 protein complex from the retinal cytosolic fraction and identified the protein tightly associated with Gβ5 as the regulator of G protein signaling (RGS) protein, RGS7. Here we show that complexes of Gβ5 with RGS proteins can be formed in vitro from the recombinant proteins. The reconstituted Gβ5-RGS dimers are similar to the native retinal complex in their behavior on gel-filtration and cation-exchange chromatographies and can be immunoprecipitated with either anti-Gβ5 or anti-RGS7 antibodies. The specific Gβ5-RGS7 interaction is determined by a distinct domain in RGS that has a striking homology to Gγ subunits. Deletion of this domain prevents the RGS7-Gβ5 binding, although the interaction with Gα is retained. Substitution of the Gγ-like domain of RGS7 with a portion of Gγ1 changes its binding specificity from Gβ5 to Gβ1. The interaction of Gβ5 with RGS7 blocked the binding of RGS7 to the Gα subunit Gαo, indicating that Gβ5 is a specific RGS inhibitor.

αβ T cell receptor interactions with syngeneic and allogeneic ligands: Affinity measurements and crystallization

Cellular immunity is mediated by the interaction of an αβ T cell receptor (TCR) with a peptide presented within the context of a major histocompatibility complex (MHC) molecule. Alloreactive T cells have αβ TCRs that can recognize both self- and foreign peptide–MHC (pMHC) complexes, implying that the TCR has significant complementarity with different pMHC. To characterize the molecular basis for alloreactive TCR recognition of pMHC, we have produced a soluble, recombinant form of an alloreactive αβ T cell receptor in Drosophila melanogaster cells. This recombinant TCR, 2C, is expressed as a correctly paired αβ heterodimer, with the chains covalently connected via a disulfide bond in the C-terminal region. The native conformation of the 2C TCR was probed by surface plasmon resonance (SPR) analysis by using conformation-specific monoclonal antibodies, as well as syngeneic and allogeneic pMHC ligands. The 2C interaction with H-2Kb-dEV8, H-2Kbm3-dEV8, H-2Kb-SIYR, and H-2Ld-p2Ca spans a range of affinities from Kd = 10−4 to 10−6M for the syngeneic (H-2Kb) and allogeneic (H-2Kbm3, H-2Ld) ligands. In general, the syngeneic ligands bind with weaker affinities than the allogeneic ligands, consistent with current threshold models of thymic selection and T cell activation. Crystallization of the 2C TCR required proteolytic trimming of the C-terminal residues of the α and β chains. X-ray quality crystals of complexes of 2C with H-2Kb-dEV8, H-2Kbm3-dEV8 and H-2Kb-SIYR have been grown.

Transcriptional adaptor and histone acetyltransferase proteins in Arabidopsis and their interactions with CBF1, a transcriptional activator involved in cold-regulated gene expression

The Arabidopsis CBF transcriptional activators bind to the CRT/DRE regulatory element present in the promoters of many cold-regulated genes and stimulate their transcription. Expression of the CBF1 proteins in yeast activates reporter genes carrying a minimal promoter with the CRT/DRE as an upstream regulatory element. Here we report that this ability of CBF1 is dependent upon the activities of three key components of the yeast Ada and SAGA complexes, namely the histone acetyltransferase (HAT) Gcn5 and the transcriptional adaptor proteins Ada2 and Ada3. This result suggested that CBF1 might function through the action of similar complexes in Arabidopsis. In support of this hypothesis we found that Arabidopsis has a homolog of the GCN5 gene and two homologs of ADA2, the first report of multiple ADA2 genes in an organism. The Arabidopsis GCN5 protein has intrinsic HAT activity and can physically interact in vitro with both the Arabidopsis ADA2a and ADA2b proteins. In addition, the CBF1 transcriptional activator can interact with the Arabidopsis GCN5 and ADA2 proteins. We conclude that Arabidopsis encodes HAT-containing adaptor complexes that are related to the Ada and SAGA complexes of yeast and propose that the CBF1 transcriptional activator functions through the action of one or more of these complexes.

Antifreeze Proteins in Winter Rye Leaves Form Oligomeric Complexes1

Antifreeze proteins (AFPs) similar to three pathogenesis-related proteins, a glucanase-like protein (GLP), a chitinase-like protein (CLP), and a thaumatin-like protein (TLP), accumulate during cold acclimation in winter rye (Secale cereale) leaves, where they are thought to modify the growth of intercellular ice during freezing. The objective of this study was to characterize the rye AFPs in their native forms, and our results show that these proteins form oligomeric complexes in vivo. Nine proteins were separated by native-polyacrylamide gel electrophoresis from apoplastic extracts of cold-acclimated winter rye leaves. Seven of these proteins exhibited multiple polypeptides when denatured and separated by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis. After isolation of the individual proteins, six were shown by immunoblotting to contain various combinations of GLP, CLP, and TLP in addition to other unidentified proteins. Antisera produced against individual cold-induced winter rye GLP, CLP, and TLP all dramatically inhibited glucanase activity in apoplastic extracts from cold-acclimated winter rye leaves, and each antiserum precipitated all three proteins. These results indicate that each of the polypeptides may be exposed on the surface of the protein complexes. By forming oligomeric complexes, AFPs may form larger surfaces to interact with ice, or they may simply increase the mass of the protein bound to ice. In either case, the complexes of AFPs may inhibit ice growth and recrystallization more effectively than the individual polypeptides.