Characterization of the role of Drosophila JAK/STAT signalling in cellular proliferation

Der Janus Kinase / signal transducer and activator of transcription (JAK/STAT) Signal- transduktionsweg wird für viele Entwicklungsvorgänge benötigt und spielt eine zentrale Rolle bei der Hämatopoese und bei der Immunantwort. Obwohl der JAK/STAT-Signalweg in den vergangenen Jahren Gegenstand intensiver Forschung war, erschwert die Redundanz des Signalwegs bei Wirbeltieren genetische Untersuchungen zur Identifizierung derjenigen Mechanismen, die den JAK/STAT-Signalweg regulieren. Der JAK/STAT-Signaltransduktionsweg ist evolutionär konserviert und ebenfalls bei der Taufliege Drosophila melanogaster vorhanden. Im Gegensatz zu Wirbeltieren ist der Signaltransduktionsweg von Drosophila weniger redundant und beinhaltet folgende Hauptkomponenten: den Liganden Unpaired (Upd), den Transmembranrezeptor Domeless (Dome), die einzige JAK-Tyrosinkinase Hopscotch (hop), sowie den Transkriptionsfaktor STAT92E. In der vorliegenden Arbeit wird die Rolle des JAK/STAT-Signalwegs bei der zellulären Proliferation mithilfe der Modellsysteme der Flügel- und der Augen-Imaginalscheiben von Drosophila charakterisiert. "Loss-of-function"- und "Gain-of-function"-Experimente zur Verminderung beziehungs-weise Erhöhung der Signalaktivität zeigten, dass der JAK/STAT-Signalweg eine Rolle bei der zellulären Proliferation der Flügel-Imaginalscheiben spielte, ohne die Zellgröße oder Apoptose zu verändern. Bei der Flügelentwicklung während des zweiten und des frühen dritten Larvalstadiums war die Aktivität des JAK/STAT-Signalwegs sowohl notwendig für die zelluläre Proliferation als auch hinreichend, um Überproliferation anzutreiben. Allerdings änderte sich während der späten dritten Larvalstadien die JAK/STAT-Signalaktivität, sodass endogene STAT92E-Mengen einen anti-proliferativen Effekt im gleichen Gewebe aufwiesen. Weiterhin reichte die ektopische Aktivierung des JAK/STAT-Signalwegs zu diesem späten Entwicklungszeitpunkt aus, um die Mitose zu inhibieren und die Zellen in der Phase G2 des Zellzyklus zu arretieren. Diese Ergebnisse legen den Schluss nahe, dass der JAK/STAT-Signalweg sowohl pro-proliferativ in frühen Flügelscheiben als auch anti-proliferativ zu späten Stadien der Flügelscheiben-Entwicklung wirken kann. Dieser späte anti-proliferative Effekt wurde durch einen nicht-kanonischen Mechanismus der STAT92E-Aktivierung vermittelt, da späte hop defiziente Zellverbände im Vergleich zu Wildtyp-Zellen keine Veränderungen im Ausmaß der zellulären Proliferation aufwiesen. Ferner konnte gezeigt werden, dass eine während der Larvalstadien exprimierte dominant-negative und im N-Terminus deletierte Form von STAT92E (?NSTAT92E) nicht für den anti-proliferativen Effekt verantwortlich ist. Diese Tatsache ist ein weiteres Indiz dafür, dass das vollständige STAT92E den späten anti-proliferativen Effekt verursacht. Um Modulatoren für die von JAK/STAT vermittelte zelluläre Proliferation zu identifieren, wurde ein P-Element-basierter genetischer Interaktions-Screen in einem sensibilisierten genetischen Hintergrund durchgeführt. Insgesamt wurden dazu 2267 unabhängige P-Element-Insertionen auf ihre Wechselwirkung mit der JAK/STAT-Signalaktivität untersucht und 24 interagierende Loci identifiziert. Diese Kandidaten können in folgende Gruppen eingeordnet werden: Zellzyklusproteine, Transkriptionsfaktoren, DNA und RNA bindende Proteine, ein Mikro-RNA-Gen, Komponenten anderer Signaltransduktionswege und Zelladhäsionsproteine. In den meisten Fällen wurden mehrere Allele der interagierenden Kandidatengene getestet. 18 Kandidatengene mit übereinstimmend interagierenden Allelen wurden dann zur weiteren Analyse ausgewählt. Von diesen 18 Kandidaten-Loci wurden 7 mögliche JAK/STAT-Signalwegskomponenten und 6 neue Zielgene des Signalwegs gefunden. Zusammenfassend wurde das Verständnis um STAT92E verbessert. Dieses Protein hat die gleiche Funktion wie das STAT3-Protein der Wirbeltiere und treibt die zelluläre Proliferation voran. Analog zu STAT1 hat STAT92E aber auch einen anti-proliferativen Effekt. Ferner wurden 24 mögliche Modulatoren der JAK/STAT-Signalaktivität identifiziert. Die Charakterisierung dieser Wechselwirkungen eröffnet vielversprechende Wege zu dem Verständnis, wie JAK/STAT die zelluläre Proliferation reguliert und könnte bei der Entwicklung von neuartigen therapeutischen Targets zur Behandlung von Krebskrankheiten und Entwicklungsstörungen beitragen.

Biologische Funktionsanalyse und Identifizierung neuer Substrate der Methyltransferase Dnmt2

Obwohl die DNA Methyltransferase 2 (Dnmt2) hoch konserviert ist und zu der am weitesten verbreiteten eukaryotischen MTase-Familie gehört, ist ihre biologische Funktion nach wie vor unklar. Nachdem lange Zeit keine DNA Methylierungsaktivität nachgewiesen werden konnte, wurde vor einigen Jahren über geringe Mengen an 5-Methylcytosin (5mC) in Retroelementen der “Dnmt2-only”-Organismen D. melanogaster, D. discoideum und E. histolytica berichtet (Kunert et al. 2003; Fisher et al. 2004; Kuhlmann et al. 2005; Phalke et al. 2009). Als kurze Zeit später robuste Methylierung der tRNAAsp durch humane Dnmt2 gezeigt wurde (Goll et al. 2006), wurde zunächst eine Dualspezifität des Enzyms vorgeschlagen (Jeltsch et al. 2006). Neuere Daten zum 5mC-Status verschiedener „Dnmt2-only“-Organismen bilden Anlass für kontroverse Diskussionen über Ausmaß und Bedeutung der DNA Methyltransferaseaktivität von Dnmt2 (Schaefer et al. 2010a; Krauss et al. 2011). Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die Identifizierung neuer RNA Substrate des Dnmt2-Homologs DnmA aus D. discoideum sowie die biologische Bedeutung der tRNA-Methylierung durch Dnmt2. Wie in anderen Organismen beschrieben, fungiert auch DnmA als tRNAAsp(GUC) MTase in vitro und in vivo. Zusätzlich konnte in vitro tRNAGlu(UUC) als neues Substrat der Dnmt2-Homologe aus D. discoideum und dem Menschen identifiziert werden. In einem Kooperationsprojekt wurde außerdem auch tRNAAsp-Methylierungsaktivität für das Dnmt2-Homolog aus S. pombe (Pmt1) nachgewiesen. Crosslink-RNA-Immunopräzipitationen (RNA-CLIP) mit anschließender Next-Generation-Sequenzierung der mit DnmA assoziierten RNAs zeigen, dass DnmA mit tRNA Fragmenten interagiert, die sich vom Anticodonloop bis in den T-loop erstrecken. Neben der tRNAAsp(GUC) und tRNAGlu(UUC/CUC) sind Fragmente der tRNAGly(GCC) verstärkt angereichert. Inwiefern diese Fragmente eine biologische Funktion haben oder spezifische Degradationsprodukte darstellen, ist noch ungeklärt. Interessanterweise sind von einigen tRNAs wenige Sequenzen von antisense-Fragmenten in den RNA-CLIP Daten zu finden, die etwas kürzer, jedoch exakt komplementär zu den genannten sense-Fragmenten sind. Besonders stark sind diese Fragmente der tRNAGlu(UUC) vertreten. In einem weiteren RNA-CLIP Experiment wurden U-snRNAs, snoRNA und intergenische Sequenzen mit DnmA angereichert. Bei nachfolgenden in vitro Methylierungsstudien konnte ausschließlich die U2-snRNA als potentielles Nicht-tRNA-Substrat der hDnmt2 und DnmA identifiziert werden. Da tRNA Modifikationen im Anticodonloop die Codonerkennung beeinflussen können, wurde ein System etabliert um die Translationseffizienz eines GFP-Reportergens in Wildtyp- und dnmAKO-Zellen zu messen. In D. discoideum wird das Aspartat-Codon GAU ca. zehnmal häufiger genutzt als das GAC Codon, allerdings ist nur eine tRNAAsp(GUC) im Genom der Amöbe kodiert. Aus diesem Grund wurde zusätzlich die Frage adressiert, inwiefern die DnmA-abhängige Methylierung dieser tRNA das „Wobbling“ beeinflusst. Dazu wurde dem Reportergen jeweils eine (GAU)5- und (GAC)5-Leadersequenz vorgeschaltet. Entgegen der Annahme wurde der (GAC)5-Leader in beiden Stämmen etwas effizienter translatiert. Insgesamt zeigte der dnmAKO-Stamm eine leicht erhöhte Translationseffizienz der Reportergene. Vergleichende Analysen zur Aufnahme von Fremd-DNA zeigten signifikant reduzierte Transformationseffizienzen mit einem integrierenden Plasmid in dnmAKO-Zellen. Ein weiterer dnmAKO-Stamm zeigte diesen Effekt jedoch nicht, wobei bei derselben Mutante eine deutlich reduzierte Aufnahme eines extrachromosomalen Plasmids zu verzeichnen war. Untersuchungen zum Einfluss von DnmA auf die Regulation des Retroelements skipper ergaben keinen Zusammenhang zwischen der Generierung kleiner RNAs und der erhöhten Transkription des Retrotransposons in dnmAKO-Zellen (Kuhlmann et al. 2005). Durch Kompensationsversuche sowie Experimente mit einer weiteren dnmAKO-Mutante konnte die Mobilisierung des Retrotransposons nicht eindeutig als DnmA-Funktion eingeordnet werden. In einem weiteren Projekt wurden die Bindung des m5C-bindenden Proteins EhMLBP aus E. histolytica an DNA mittels Rasterkraftmikroskopie abgebildet (Lavi et al. 2006). Neben vermutlich unspezifischen Endbindungsereignissen konnte eine bevorzugte Bindungsstelle des Proteins an LINE DNA (long intersperesed nuclear element) identifiziert werden. Möglicherweise fällt diese mit einem von zwei A/T-reichen Bereichen der LINE DNA zusammen, von denen vermutet wird, dass diese für die Bindung von EhMLBP an DNA von Bedeutung sind. Insgesamt bestätigen die Ergebnisse dieser Arbeit die tRNAAsp Methylierungsaktivität als konservierte Dnmt2-Funktion. Darüber hinaus erweitern sie das Substratspektrum der Dnmt2-Methyltransferasen im Bereich der tRNA. Außerdem wird erstmals ein potentielles Nicht-tRNA Substrat vorgeschlagen. Zusätzlich geben neu entdeckte Phänotypen Hinweise auf vielfältige zelluläre Dnmt2-Funktionen.

Translationskontrolle in der Spermatogenese von Drosophila: Charakterisierung eines regulatorischen mRNP-Komplexes

Während der Spermatogenese von Drosophila werden viele mRNAs zwar vor der Meiose transkribiert, dann aber durch Komplexbildung mit Proteinen stillgelegt und erst am Ende der Spermienentwicklung durch Veränderung desselben für die Translation freigegeben. Ein Beispiel hierfür ist die Mst87F mRNA. Während das cis-agierende Sequenzelement in der RNA seit langem bekannt ist, gestaltete sich die Suche nach den trans-agierenden RNA-bindenden Proteinen schwierig. In meiner Diplomarbeit (Stinski, 2007) waren mithilfe von präparativen Shift-Experimenten (Auftrennung von RNP-Komplexen im elektrischen Feld) zwei vielversprechende Kandidaten identifiziert worden, die Proteine Exuperantia (Exu) und Purity of Essence (Poe). Ziel der vorliegenden Dissertation war zum einen die Aufklärung der Funktion dieser Kandidatenproteine und zum anderen die Identifizierung weiterer Kandidaten, die an der Komplexbildung und damit an der Regulation beteiligt sind. Dabei war die Hoffnung, sowohl Proteine zu finden, die die Repression vermitteln, als auch solche, die am Ende die Aktivierung ermöglichen. Durch eine Affinitätsreinigung, in der Mst87F-RNA mit einem ms2-Tag versehen über das MS2-Maltose binding protein an eine Amylose-Matrix gebunden und schließlich die Komplexe mit Maltose wieder eluiert wurden, ließen sich erneut das Exu-Protein und drei neue Kandidaten identifizieren: CG3213, CG12470 und CG1898. Das Protein Exu hat eindeutig eine Funktion bei der Translationskontrolle: seine Abwesenheit führt zum Abbau der kontrollierten mRNAs. Die Inkubation mit exu-defizientem Protein-Extrakt (aus Hoden) unterstützt keine RNP-Komplexbildung und aufgereinigtes Exu-His Fusionsprotein kann auch nicht direkt an die Mst87F mRNA binden. Ein exu-defizienter Proteinextrakt lässt sich aber durch die Zugabe von rekombinantem Exu-His komplettieren und es entsteht wieder ein starker mRNP-Komplex. Dies beweist, dass das Experiment im Prinzip korrekt verläuft und dass Exu für die Komplexbildung entscheidend ist. Darüber hinaus konnten durch eine Co-Immunpräzipitation mit dem Exu-GFP Fusionsprotein sowohl interagierende Proteine als auch in die RNP-Komplexe einbezogene mRNAs nachgewiesen werden. Vielversprechende Kandidatenproteine stammen von den Genen CG3213, dfmr1 und CG12470. Die durch cDNA-Synthese in den Komplexen nachgewiesenen mRNAs sind in aller Regel solche, die der Translationskontrolle unterworfen sind. Damit ist gezeigt, dass Exu Teil eines großen Proteinkomplexes ist oder zumindest mit ihm assoziiert ist, der auf viele translationskontrollierte Transkripte Einfluss nimmt. Die Mst87F mRNA wird zum Zeitpunkt der Translationsaktivierung sekundär polyadenyliert, das heißt ihre Länge wird größer und heterogen. In einer Mutante für das Kandidatengen poe wurde diese sekundäre Polyadenylierung plötzlich nicht mehr beobachtet und die RNA blieb auch bei Translationsaktivierung so groß wie in den frühen Stadien. So ergab sich die Möglichkeit, endlich zu prüfen, ob die sekundäre Polyadenylierung für die Translationsaktivierung von essentieller Bedeutung ist. Eine Serie von Fusionskonstrukten mit funktionstüchtigem TCE verhielten sich alle gleich. Die sekundäre Polyadenylierung fand nicht statt, aber das Transkript des Fusionsgens wurde zum richtigen Zeitpunkt translatiert. Somit ist dieser Prozess zumindest nicht generell für eine Translation zu diesem späten Zeitpunkt in der Spermiogenese notwendig. Ein quantitativer Effekt kann allerdings nicht ausgeschlossen werden. Des Weiteren konnten mit antisense Konstrukten mutante Phänotypen erzeugt werden. Solche Männchen waren ausnahmslos steril, was die Wichtigkeit des Proteins Poe für den Prozess der Spermienreifung belegt. Die Defekte zeigen sich spät während der Individualisierung, was mit der vermuteten Funktion übereinstimmen würde. Das Kandidatenprotein dFMR1 bindet allein an die Mst87F RNA und trägt zur Stärke des beobachtbaren Komplexes bei. Die Komplexbildung zeigt Salzabhängigkeit, wie sie für dFMR1 in anderen Zusammenhängen dokumentiert wurde. Dies unterstützt die obige Aussage und suggeriert, dass dFMR1 die Basis für den Komplexaufbau bildet. Das CPEB-homologe Kandidatenprotein Orb2 bindet ebenfalls allein an die Mst87F mRNA, hat aber keinen Einfluss auf die Repression oder die sekundäre Polyadenylierung. Eine Beteiligung an der Regulation wäre demnach eindeutig unterschiedlich zu der in anderen Fällen dokumentierten Rolle. Die Expression der Kandidatengene CG1898, CG3213 und CG12470 ist konform mit einer unterschiedlichen Beteiligung an der Translationskontrolle. Das erste Protein ist nur in prämeiotischen Stadien, das zweite durchgängig und das dritte nur in postmeiotischen Stadien nachzuweisen, was einer Funktion bei der Stillegung, während der gesamten inaktiven Phase bzw. bei der Aktivierung entsprechen könnte. Die verschiedenen Experimente identifizieren in mehreren Fällen die gleichen Kandidatenproteine und untermauern damit deren Bedeutung. Sie lassen vielfach konkrete Schlüsse auf die Art der Interaktionen zu, welche in einem Schema zusammengefasst werden.

Funktion und Biogenese kleiner RNAs in Dictyostelium discoideum

RNA mediated gene silencing pathways are highly conserved among eukaryotes and they have been well investigated in animals and in plants. Longer dsRNA molecules trigger the silencing pathways: RNase III proteins and their dsRNA binding protein (dsRBP) partners recognize those molecules as a substrate and process 21 nucleotide long microRNAs (miRNAs) or small interfering RNAs (siRNAs). Some organisms encode RNA dependent RNA polymerases (RdRPs), which are able to expand the pool of existing siRNAs. Argonaute proteins are able to bind small regulatory RNAs and are subsequently recruited to target mRNAs by base complementary. This leads in turn to transcriptional or posttranscriptional silencing of respective genes. The Dictyostelium discoideum genome encodes two Dicer homologues (DrnA and DrnB), five Argonaute proteins (AgnA to AgnE) and three RdRPs (RrpA to RrpC). In addition, the amoeba is known to express miRNAs and siRNAs, while the latter derive mainly from the DIRS-1 retrotransposon. One part of this work focused on the miRNA biogenesis pathway of D. discoideum. It was shown that the dsRNA binding protein RbdB is a necessary component for miRNA processing in the amoeba. There were no mature miRNAs detectable by Northern blot analysis in rbdB- strains, which is also true for drnB mutants. Moreover, primary miRNA-transcripts (pri-miRNAs) accumulated in rbdB- and drnB- strains. Fluorescence microscopy studies showed a nuclear localization of RbdB. RbdB accumulated in distinct perinucleolar foci. These were reminiscent of plant dicing bodies that contain essential protein components for miRNA processing. It is well known that RNase III enzymes and dsRBPs work together during miRNA processing in higher eukaryotes. This work demonstrated that the same is true for members of the amoebozoa supergroup. In Arabidopsis the nuclear zinc finger protein Serrate (SE) is also necessary for miRNA processing. The D. discoideum homologue SrtA, however, is not relevant which has been shown by the analysis of the respective knockdown strain. MiRNAs are known to be differentially expressed in several RNAi knockout strains. The accumulation of miRNAs in agnA- strains and a strong decrease in rbdB- strains were criteria that could thus be successfully used (among others) to identify and validate new miRNAs candidates by Illumina®-RNA sequencing. In another part of this study, the silencing and amplification of the DIRS-1 retrotransposons was analyzed in more detail. It was already known that DIRS-1 transcripts and extrachromosomal DIRS-1 DNA molecules accumulated in agnA- strains. This phenotype was correlated with the loss of endogenous DIRS-1 siRNAs in the knockout strain. By deep sequencing analysis of small RNAs from the AX2 wild type and the agnA- strain, the strong decrease of endogenous DIRS-1 siRNAs in the mutant strain (accounting for 70 %) could be confirmed. Further analysis of the data revealed an unequal distribution of DIRS-1 derived siRNAs along the retroelement in the wild type strain, since only very few of them matched the inverted terminal repeats (ITRs) and the 5’- half of the first open reading frame (ORF). Besides, sense and antisense siRNAs were asymmetrically distributed, as well. By using different reporter constructs it was shown indirectly that AgnA is necessary for the RrpC mediated production of secondary DIRS-1 siRNAs. These analyses also demonstrated an amplification of siRNAs in 5’- and in 3’-direction. Further analysis of the agnA- strain revealed that not only DIRS-1 sense transcripts but also ORF2 and ORF3 encoded proteins were enriched. In contrast, the ORF1 encoded protein GAG was equally expressed in the mutant and the wild type. This might reflect the unequal distribution of endogenous DIRS-1 siRNAs along the retrotransposon. Southern Blot and PCR-analyses showed that extrachromosomal DIRS-1 DNA molecules are present in the cytoplasm of angA- strains and that they are complementary to sense transcripts of intact DIRS-1 elements. Thus, the extrachromosomal DIRS-1 intermediates are likely incomplete cDNA molecules generated by the DIRS-1 encoded reverse transcriptase. One could hypothesize that virus like particles (VLPs) are the places of DIRS-1 cDNA synthesis. At least, DIRS-1 GAG proteins interact and fluorescence microscopy studies showed that they localize in distinct cytoplasmic foci which accumulate in close proximity to the nuclei.

Calicivirus translation initiation requires an interaction between VPg and eIF4E

Unlike other positive-stranded RNA viruses that use either a 5'-cap structure or an internal ribosome entry site to direct translation of their messenger RNA, calicivirus translation is dependent on the presence of a protein covalently linked to the 50 end of the viral genome (VPg). We have shown a direct interaction of the calicivirus VPg with the cap-binding protein eIF4E. This interaction is required for calicivirus mRNA translation, as sequestration of eIF4E by 4E-BP1 inhibits translation. Functional analysis has shown that VPg does not interfere with the interaction between eIF4E and the cap structure or 4E-BP1, suggesting that VPg binds to eIF4E at a different site from both cap and 4E-BP1. This work lends support to the idea that calicivirus VPg acts as a novel 'cap substitute' during initiation of translation on virus mRNA.

Structure and function analysis of the poliovirus cis-acting replication element (CRE)

The poliovirus cis-acting replication element (CRE) templates the uridylylation of VPg, the protein primer for genome replication. The CRE is a highly conserved structural RNA element in the enteroviruses and located within the polyprotein-coding region of the genome. We have determined the native structure of the CRE, defined the regions of the structure critical for activity, and investigated the influence of genomic location on function. Our results demonstrate that a 14-nucleotide unpaired terminal loop, presented on a suitably stable stem, is all that is required for function. These conclusions complement the recent analysis of the 14-nucleotide terminal loop in the CRE of human rhinovirus type 14. The CRE can be translocated to the 5' noncoding region of the genome, at least 3.7-kb distant from the native location, without adversely influencing activity, and CRE duplications do not adversely influence replication. We do not have evidence for a specific interaction between the CRE and the RNA-binding 3CD(pro) complex, an essential component of the uridylylation reaction, and the mechanism by which the CRE is coordinated and orientated during the reaction remains unclear. These studies provide a detailed overview of the structural determinants required for CRE function, and will facilitate a better understanding of the requirements for picornavirus replication.

Neoglycolipid probes prepared via oxime ligation for microarray analysis of oligosaccharide-protein interactions

Neoglycolipid technology is the basis of a microarray platform for assigning oligosaccharide ligands for carbohydrate-binding proteins. The strategy for generating the neoglycolipid probes by reductive amination results in ring opening of the core monosaccharides. This often limits applicability to short-chain saccharides, although the majority of recognition motifs are satisfactorily presented with neoglycolipids of longer oligosaccharides. Here, we describe neoglycolipids prepared by oxime ligation. We provide evidence from NMR studies that a significant proportion of the oxime-linked core monosaccharide is in the ring-closed form, and this form selectively interacts with a carbohydrate-binding protein. By microarray analyses we demonstrate the effective presentation with oxime-linked neoglycolipids of (1) Lewis(x) trisaccharide to antibodies to Lewisx, (2) sialyllactose analogs to the sialic acid-binding receptors, siglecs, and (3) N-glycans to a plant lectin that requires an intact N-acetylglucosamine core.

Modulation of pro-survival Akt/protein kinase B and ERK1/2 signaling cascades by quercetin and its in vivo metabolites underlie their action on neuronal viability

Much recent interest has focused on the potential of flavonoids to interact with intracellular signaling pathways such as with the mitogen-activated protein kinase cascade. We have investigated whether the observed strong neurotoxic potential of quercetin in primary cortical neurons may occur via specific and sensitive interactions within neuronal mitogen-activated protein kinase and Akt/protein kinase B (PKB) signaling cascades, both implicated in neuronal apoptosis. Quercetin induced potent inhibition of both Akt/PKB and ERK phosphorylation, resulting in reduced phosphorylation of BAD and a strong activation of caspase-3. High quercetin concentrations (30 microM) led to sustained loss of Akt phosphorylation and subsequent Akt cleavage by caspase-3, whereas at lower concentrations (<10 microM) the inhibition of Akt phosphorylation was transient and eventually returned to basal levels. Lower levels of quercetin also induced strong activation of the pro-survival transcription factor cAMP-responsive element-binding protein, although this did not prevent neuronal damage. O-Methylated quercetin metabolites inhibited Akt/PKB to lesser extent and did not induce such strong activation of caspase-3, which was reflected in the lower amount of damage they inflicted on neurons. In contrast, neither quercetin nor its O-methylated metabolites had any measurable effect on c-Jun N-terminal kinase phosphorylation. The glucuronide of quercetin was not toxic and did not evoke any alterations in neuronal signaling, probably reflecting its inability to enter neurons. Together these data suggest that quercetin and to a lesser extent its O-methylated metabolites may induce neuronal death via a mechanism involving an inhibition of neuronal survival signaling through the inhibition of both Akt/PKB and ERK rather than by an activation of the c-Jun N-terminal kinase-mediated death pathway.

Phenolic acid intake, delivered via moderate champagne wine consumption, improves spatial working memory via the modulation of hippocampal and cortical protein expression/activation.

Aims: While much data exist for the effects of flavonoid-rich foods on spatial memory in rodents, there are no such data for foods/beverages predominantly containing hydroxycinnamates and phenolic acids. To address this, we investigated the effects of moderate Champagne wine intake, which is rich in these components, on spatial memory and related mechanisms relative to the alcohol- and energy-matched controls. Results: In contrast to the isocaloric and alcohol-matched controls, supplementation with Champagne wine (1.78 ml/kg BW, alcohol 12.5% vol.) for 6 weeks led to an improvement in spatial working memory in aged rodents. Targeted protein arrays indicated that these behavioral effects were paralleled by the differential expression of a number of hippocampal and cortical proteins (relative to the isocaloric control group), including those involved in signal transduction, neuroplasticity, apoptosis, and cell cycle regulation. Western immunoblotting confirmed the differential modulation of brain-derived neurotrophic factor, cAMP response-element-binding protein (CREB), p38, dystrophin, 2',3'-cyclic-nucleotide 3'-phosphodiesterase, mammalian target of rapamycin (mTOR), and Bcl-xL in response to Champagne supplementation compared to the control drink, and the modulation of mTOR, Bcl-xL, and CREB in response to alcohol supplementation. Innovation: Our data suggest that smaller phenolics such as gallic acid, protocatechuic acid, tyrosol, caftaric acid, and caffeic acid, in addition to flavonoids, are capable of exerting improvements in spatial memory via the modulation in hippocampal signaling and protein expression. Conclusion: Changes in spatial working memory induced by the Champagne supplementation are linked to the effects of absorbed phenolics on cytoskeletal proteins, neurotrophin expression, and the effects of alcohol on the regulation of apoptotic events in the hippocampus and cortex. Antioxid. Redox Signal. 00, 000-000.

The proteome of the infectious bronchitis virus Beau-R Virion

Infectious bronchitis is a highly contagious respiratory disease of poultry caused by the coronavirus IBV. It was thought that coronavirus virions were composed of three major viral structural proteins, until investigations of other coronaviruses showed that coronavirus virions also include viral non-structural and group specific proteins as well as host cell proteins. To study the proteome of IBV virions, virus was grown in embryonated chicken eggs and purified by sucrose gradient ultracentrifugation and analysed by mass spectrometry proteomic. Analysis of three preparations of purified IBV yielded the three expected structural proteins plus thirty-five additional virion-associated host proteins. Virion-associated host proteins had a diverse range of functional attributions, being involved in cytoskeleton formation, RNA binding and protein folding pathways. Some of these proteins were unique to this study, whilst others were found to be orthologous to proteins identified in SARS-CoV virions, and also virions from a number of other RNA and DNA viruses. Together these results demonstrate that coronaviruses have the capacity to incorporate a substantial variety of host protein, which may have implications for the disease process.

Small guanine nucleotide-binding proteins and myocardial hypertrophy.

The small (21 kDa) guanine nucleotide-binding protein (small G protein) superfamily comprises 5 subfamilies (Ras, Rho, ADP ribosylation factors [ARFs], Rab, and Ran) that act as molecular switches to regulate numerous cellular responses. Cardiac myocyte hypertrophy is associated with cell growth and changes in the cytoskeleton and myofibrillar apparatus. In other cells, the Ras subfamily regulates cell growth whereas the Rho subfamily (RhoA, Rac1, and Cdc42) regulates cell morphology. Thus, the involvement of small G proteins in hypertrophy has become an area of significant interest. Hearts from transgenic mice expressing activated Ras develop features consistent with hypertrophy, whereas mice overexpressing RhoA develop lethal heart failure. In isolated neonatal rat cardiac myocytes, transfection or infection with activated Ras, RhoA, or Rac1 induces many of the features of hypertrophy. We discuss the mechanisms of activation of the small G proteins and the downstream signaling pathways involved. The latter may include protein kinases, particularly the mitogen-activated or Rho-activated protein kinases. We conclude that although there is significant evidence implicating Ras, RhoA, and Rac1 in hypertrophy, the mechanisms are not fully understood.

Cytoplasmic maturation of bovine oocytes: Structural and biochemical modifications and acquisition of developmental competence

Oocyte maturation is a long process during which oocytes acquire their intrinsic ability to support the subsequent stages of development in a stepwise manner, ultimately reaching activation of the embryonic genome. This process involves complex and distinct, although linked, events of nuclear and cytoplasmic maturation. Nuclear maturation mainly involves chromosomal segregation, whereas cytoplasmic maturation involves organelle reorganization and storage of mRNAs, proteins and transcription factors that act in the overall maturation process, fertilization and early embryogenesis. Thus, for didactic purposes, we subdivided cytoplasmic maturation into: (1) organelle redistribution, (2) cytoskeleton dynamics, and (3) molecular maturation. Ultrastructural analysis has shown that mitochondria, ribosomes, endoplasmic reticulum, cortical granules and the Golgi complex assume different positions during the transition from the germinal vesicle stage to metaphase II. The cytoskeletal microfilaments and microtubules present in the cytoplasm promote these movements and act on chromosome segregation. Molecular maturation consists of transcription, storage and processing of maternal mRNA, which is stored in a stable, inactive form until translational recruitment. Polyadenylation is the main mechanism that initiates protein translation and consists of the addition of adenosine residues to the 3` terminal portion of mRNA. Cell cycle regulators, proteins, cytoplasmic maturation markers and components of the enzymatic antioxidant system are mainly transcribed during this stage. Thus, the objective of this review is to focus on the cytoplasmic maturation process by analyzing the modifications in this compartment during the acquisition of meiotic competence for development. (c) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Differential regulation of FGF-2 in neurons and reactive astrocytes of axotomized rat hypoglossal nucleus. A possible therapeutic target for neuroprotection in peripheral nerve pathology

Despite the favorable treatment of cranial nerve neuropathology in adulthood, some cases are resistant to therapy leading to permanent functional impairments In many cases, suitable treatment is problematic as the therapeutic target remains unknown Basic fibroblast growth factor (bFGF, FGF 2) is involved in neuronal maintenance and wound repair following nervous system lesions It is one of few neurotrophic molecules acting in autocrine, paracrine and intracrine fashions depending upon specific circumstances Peripheral cranial somatic motor neurons, i e hypoglossal (XII) neurons, may offer a unique opportunity to study cellular FGF 2 mechanisms as the molecule is present in the cytoplasm of neurons and in the nuclei of astrocytes of the central nervous system FGF-2 may trigger differential actions during development, maintenance and lesion of XII neurons because axotomy of those cells leads to cell death during neonatal ages, but not in adult life Moreover, the modulatory effects of astroglial FGF 2 and the Ca+2 binding protein S100 beta have been postulated in paracrine mechanisms after neuronal lesions In our study, adult Wistar rats received a unilateral crush or transection (with amputation of stumps) of XII nerve, and were sacrificed after 72 h or 11 days Brains were processed for immunohistochemical localization of neurofilaments (NF), with or without counterstaining for Nissl substance, ghat fibrillary acidic protein (GFAP, as a marker of astrocytes), S100 beta and FGF-2 The number of Nissl positive neurons of axotomized XII nucleus did not differ from controls The NF immunoreactivity increased in the perikarya and decreased in the neuropil of axotomized XII neurons 11 days after nerve crush or transection An astrocytic reaction was seen in the ipsilateral XII nucleus of the crushed or transected animals 72 h and 11 days after the surgery The nerve lesions did not change the number of FGF-2 neurons in the ipsilateral XII nucleus, however, the nerve transection increased the number of FGF-2 ghat profiles by 72 h and 11 days Microdensitometric image analysis revealed a short lasting decrease in the intensity of FGF 2 immunoreactivity in axotomized XII neurons by 72 h after nerve crush or transection and also an elevation of FGF-2 in the ipsilateral of ghat nuclei by 72h and 11 days after the two lesions S100 beta decreased in astrocytes of 11-day transected XII nucleus The two-color immunoperoxidase for the simultaneous detection of the GFAP/FGF-2 indicated FGF-2 upregulation in the nuclei of reactive astrocytes of the lesioned XII nucleus Astroglial FGF-2 may exert paracrine trophic actions in mature axotomized XII neurons and might represent a therapeutic target for neuroprotection in peripheral nerve pathology (C) 2009 Elsevier GmbH All rights reserved

Functional Characterization of LcpA, a Surface-Exposed Protein of Leptospira spp. That Binds the Human Complement Regulator C4BP

We have previously shown that pathogenic leptospiral strains are able to bind C4b binding protein (C4BP). Surface-bound C4BP retains its cofactor activity, indicating that acquisition of this complement regulator may contribute to leptospiral serum resistance. In the present study, the abilities of seven recombinant putative leptospiral outer membrane proteins to interact with C4BP were evaluated. The protein encoded by LIC11947 interacted with this human complement regulator in a dose-dependent manner. The cofactor activity of C4BP bound to immobilized recombinant LIC11947 (rLIC11947) was confirmed by detecting factor I-mediated cleavage of C4b. rLIC11947 was therefore named LcpA (for leptospiral complement regulator-acquiring protein A). LcpA was shown to be an outer membrane protein by using immunoelectron microscopy, cell surface proteolysis, and Triton X-114 fractionation. The gene coding for LcpA is conserved among pathogenic leptospiral strains. This is the first characterization of a Leptospira surface protein that binds to the human complement regulator C4BP in a manner that allows this important regulator to control complement system activation mediated either by the classical pathway or by the lectin pathway. This newly identified protein may play a role in immune evasion by Leptospira spp. and may therefore represent a target for the development of a human vaccine against leptospirosis.

New malaria vaccine candidates based on the Plasmodium vivax Merozoite Surface Protein-1 and the TLR-5 agonist Salmonella Typhimurium FliC flagellin

The present study evaluated the immunogenicity of new malaria vaccine formulations based on the 19 kDa C-terminal fragment of Plasmodium vivax Merozoite Surface Protein-1 (MSP1(19)) and the Salmonella enterica serovar Typhimurium flagellin (FIiC), a Toll-like receptor 5 (TLR5) agonist. FHC was used as an adjuvant either admixed or genetically linked to the P. vivax MSP1(19) and administered to C57BL/6 mice via parenteral (s.c.) or mucosal (i.n.) routes. The recombinant fusion protein preserved MSP1(19) epitopes recognized by Sera collected from P. vivax infected humans and TLR5 agonist activity. Mice parenterally immunized with recombinant P vivax MSPI 19 in the presence of FliC, either admixed or genetically linked, elicited strong and long-lasting MSP1 (19)-specific systemic antibody responses with a prevailing IgG1 subclass response. Incorporation of another TLR agonist, CpG ODN 1826, resulted in a more balanced response, as evaluated by the IgG1/IgG2c ratio, and higher cell-mediated immune response measured by interferon-gamma secretion. Finally, we show that MSPI 19-specific antibodies recognized the native protein expressed on the surface of P. vivax parasites harvested from infected humans. The present report proposes a new class of malaria vaccine formulation based on the use of malaria antigens and the innate immunity agonist FliC. it contains intrinsic adjuvant properties and enhanced ability to induce specific humoral and cellular immune responses when administered alone or in combination with other adjuvants. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.