Mejora del valor proteico para rumiantes de la harina de girasol mediante tratamientos combinados con ácidos (málico y fosfórico) y calor = Improvement of the protein value for ruminants of sunflower meal by combined treatments with acids (malic and orthophosphoric) and heat

El objetivo principal de esta tesis fue incrementar el valor proteico para rumiantes de la harina de girasol mediante tratamientos combinados con ácidos y calor para proteger sus proteínas frente a la degradación ruminal. Estos estudios comprenden dos experimentos realizados sobre ovinos mediante tecnologías in vitro (experimento 1) o in situ e in vivo (experimento 2), empleando siempre dos ácidos: málico u ortofosfórico. Aprovechando este último experimento, también se consideraron otros objetivos de carácter metodológico con el fin de mejorar la precisión de las estimas de i) la degradabilidad ruminal y la digestibilidad intestinal de la proteína y los aminoácidos (AAs) de los alimentos y ii) la síntesis microbiana ruminal y su contribución al flujo post-ruminal de nutrientes al animal. En el experimento 1 (capítulo 2) se efectuaron cuatro ensayos in vitro para estudiar la influencia de distintos factores que puedan afectar la eficacia de estos tratamientos. En cada ensayo se utilizó una réplica por tratamiento (dos para el tratamiento control) y dos bolsas vacías (empleadas para corregir la contaminación microbiana) en cada una de las cuatro botellas del incubador (ANKOM Daisy II). Cada botella contenía 2 l de medio de incubación, saturado con CO2 para asegurar la anaerobiosis. Este medio consistió en una mezcla de solución McDougall y liquido ruminal filtrado en relación 4:1. El liquido ruminal fue obtenido de 2 corderos canulados en rumen, utilizándose bien solo o mezclado con el del otro cordero en una relación 3:1. Así, cada botella de incubación contenía un inoculo ruminal diferente. Las incubaciones se realizaron a 39 ºC durante 20 h, siendo las bolsas lavadas con agua corriente y almacenadas a -20 ºC. Tras ser descongeladas, se lavaron 3 veces durante 5 min en una mini-lavadora de turbina, se desecaron a 80 ºC durante 48 h y se destinaron íntegras al análisis de N-Kjeldahl. En el ensayo 1 se estudió el efecto del volumen de disolución de dos dosis de ácido ortofosfórico (0,4 y 1,2 equivalentes gramo (eq)/kg de harina de girasol), testando cinco volúmenes de disolución (80, 160, 240, 320 and 400 ml/kg de harina) para cada dosis, desecándose las harinas a 60 ºC hasta sequedad al tacto. La proteína bruta (PB) indegradada se incremento con la dosis de ácido empleada y también (como tendencia, P < 0,1) con el volumen de dilución. En base a ello en los siguientes ensayos se utilizo el volumen de dilución mayor (400 ml/kg). En el ensayo 2 se estudió el efecto de la dosis y del tipo de ácido a cuatro dosis (1,2; 2,4; 3,6 y 4,8 eq/kg), secándose igualmente las muestras tratadas a 60 ºC. La PB indegradada aumentó con la dosis de ácido, siendo también mayor para el ácido málico, tanto en este ensayo como en los posteriores. En el ensayo 3 se estudiaron los efectos de los dos ácidos, cuatro concentraciones (0,6; 1,2; 1,8 y 2,4 eq/kg) y tres tratamientos térmicos para el secado de las muestras (100, 150 and 200 ºC durante 60, 30 y 20 minutos, respectivamente). Con los tratamientos térmicos a 100 y 150 ºC no hubo un incremento de protección para concentraciones superiores a 0,8 eq/kg para ambos ácidos. Para incrementar la protección fue necesario aumentar la temperatura a 200 ºC y la dosis a 1,2 eq/kg, no observándose un aumento de protección a dosis mayores. En el ensayo 4 se estudiaron los efectos sobre la lisina disponible, la solubilidad de la PB en saliva artificial de McDougall y la PB indegradada in vitro de tratar la harina solo con agua o con disoluciones de ambos ácidos a dosis de 0,8 eq/kg y temperaturas de secado de 100 ó 150 ºC en las mismas condiciones que en el ensayo 3. No se apreciaron efectos sobre la lisina disponible para ninguno de los tratamientos. El efecto específico de los ácidos quedo demostrado tanto por la fuerte reducción de la solubilidad de la PB como por el aumento de la PB indegradada frente al tratamiento con agua. En conjunto, los resultados de este experimento mostraron que la eficacia de estos tratamientos depende del tipo y dosis de ácido y de su dilución, así como de las condiciones de secado. Como tratamiento de mayor interés a aplicar posteriormente en el experimento 2 se consideró una dosis de 0,8 eq/kg de harina, aplicada en un volumen de 400 ml/kg (correspondiente a soluciones 1 M y 0,67 M para los ácidos málico y ortofosfórico, respectivamente) y desecación a 150 ºC. El experimento 2 (capítulos 3 a 7) se realizó con un diseño en cuadrado latino 3x3, empleando tres corderos canulados en rumen y duodeno y tres dietas isoproteicas: U, M y P, que incluían harinas de girasol sin tratar (control) y tratadas con acido málico u ortofosfórico, respectivamente. La harina de girasol se trató en las condiciones ya indicadas siendo necesarias 6 horas para su secado en estufa. Las dietas incluían 40% de heno de raigrás italiano y 60% de concentrado a base de harina de girasol (tratada y/o sin tratar), trigo y corrector vitamínico-mineral, siendo suministradas a 75 g/kg P0.75 (equivalente a 2,3 × mantenimiento). La relación harina de girasol sin tratar y tratada fue de 100:0 en la dieta U y entorno a 40:60 en las dietas M y P. Tras 10 días de adaptación a la dieta, se estudiaron sucesivamente: i) el tránsito hasta el duodeno de las partículas del heno (solo en la dieta control) y de la harina de girasol marcadas previamente con europio e iterbio, respectivamente; ii) la fermentación ruminal durante el periodo postprandial, iii) la degradación ruminal in situ de la harina de girasol específica de cada dieta (y del trigo y el heno en la dieta control) y iv) la magnitud y composición del contenido ruminal mediante el vaciado manual del rumen-retículo. Durante todo el periodo experimental se infundio de forma continua una solución de sulfato amónico enriquecido en 15N (98 átomos %) para corregir la contaminación microbiana ruminal en los estudios in situ y para establecer las diferencias de composición química entre las bacterias libres (BAL) y adherentes (BAS) del rumen. Esta solución incluyó en los dos últimos días Li-Cr- EDTA para determinar la tasa de dilución ruminal. Posteriormente, y tras un periodo de al menos 10 días para eliminar el enriquecimiento en 15N de la digesta, se estudió la digestibilidad intestinal de los distintos alimentos mediante la técnica de bolsas móviles. La determinación del bypass (BP) o de la degradabilidad efectiva (DE) de la materia seca (MS) y de la PB se realizó por el método tradicional de integración matemática; estos valores se obtuvieron también para la PB y los AAs generando una muestra representativa del flujo post-ruminal del alimento en estudio en cada animal. Ello se realizó mediante la mezcla de los distintos residuos de incubación en base a la función que describe el flujo de alimento indegradado que abandona el rumen. Todos estos trabajos se realizaron considerando la tasa de salida de partículas del rumen (kp) y, según casos, considerando también la tasa de conminución y mezcla de las partículas en este compartimento (kc). Para este último caso se ha desarrollado también el modelo matemático que describe este flujo y permite este cálculo. Los valores no corregidos por la contaminación microbiana del BP (o de DE) de la PB resultantes de ambos métodos se han comparado tanto en las harinas de girasol como en los restantes alimentos de la dieta, obteniéndose valores similares, sin apreciarse desviaciones sistemáticas. Sobre las muestras compuestas representativas de la composición química del BP se determino la digestibilidad intestinal efectiva (DIE) de la MS, PB y AAs. Todos los valores resultantes de esta técnica fueron corregidos para la contaminación microbiana de las partículas que tiene lugar en el rumen. Los estudios de transito digestivo se realizaron tras suministrar en el comedero a los corderos una dosis simple de los alimentos marcados, seguida de la toma de muestras de la digesta duodenal durante 82 h. En la dieta testigo se suministraron simultáneamente el heno de raigrás y la harina de girasol, mientras que en las otras dietas solo se suministró esta última. La harina de girasol mostro un mayor valor para kc frente al heno (0,5766 v. 0,0892, /h), mientras que no hubo diferencias entre los dos alimentos para kp (0,0623 v. 0,0609, /h). Para la harina de girasol no se apreciaron diferencias entre dietas para kc, pero si se redujo de manera moderada la tasa kp con los tratamientos, siendo ésta también menor al utilizar ácido ortofosfórico frente al uso de ácido malico (0,0577 v. 0,0600, /h). El empleo de las harinas tratadas no modifico los parámetros de fermentación ruminal, la composición de los contenidos ruminales o la tasa de dilución del rumen. Los valores efectivos del BP y de DIE de la MS, PB y AAs de las harinas de girasol se obtuvieron considerando kc y kp, conjuntamente. Los tratamientos de protección incrementaron el BP de MS y PB en 48,5 y 268% de media, respectivamente. Estos incrementos se debieron principalmente al descenso de la fracción soluble y de la velocidad de degradación, pero también al aumento de la fracción indegradable, especialmente usando ácido ortofosfórico. Con los tratamientos se incrementó también la DIE de la MS (108% de media) y de la PB con gran diferencia entre los ácidos málico y ortofosfórico (20,7 v. 11,8%). Como consecuencia de estos cambios la protección aumentó la fracción realmente digerida en el intestino en 211% (MS) y 325% (PB), sin efectos entre ambos ácidos. Considerando la reducción del suministro de energía fermentable para los microorganismos ruminales asociada a la protección y los parámetros indicados por el sistema PDI francés para la síntesis de proteína microbiana digestible, la eficacia de conversión de PB en proteína metabolizable aumentó de 0,244 a 0,559 y 0,515 con el tratamiento con acido málico y ortofosfórico, respectivamente. El contenido en aminoácidos (AAs) fue similar en todas las harinas salvo por una disminución de lisina en las harinas tratadas. De forma análoga a la PB, los tratamientos de protección incrementaron el BP y la DIE de la mayoría de AAs. El aporte de AAs metabolizabes de la harina se multiplico en 3,87 para los AAs azufrados y en menor medida (2,5 veces) para la lisina, como consecuencia de las pérdidas sufridas a consecuencia del tratamiento térmico. Estos tratamientos se muestran, por tanto, útiles para incrementar el valor proteico de la harina de girasol, si bien su empleo junto con concentrados proteicos ricos en lisina bypass digestible mejoraría el perfil de la proteína metabolizable. La corrección de la contaminación microbiana de las partículas que tiene lugar en el rumen se asoció en todos los alimentos testados y, de forma general, con reducciones del BP y de su DIE en todas las fracciones estudiadas. Estas reducciones fueron pequeñas en todos los concentrados, de forma acorde con los muy pequeños niveles de contaminación registrados tanto en las harinas de girasol como en el grano de trigo. Por el contrario, esta contaminación, al igual que los efectos de su corrección, fueron muy importantes en el heno de raigrás. Esta contaminación aumentó al tener en cuenta kc. Así, para la proporción de PB de origen microbiano existente en las muestras compuestas representativas del BP, este aumento fue significativo para el heno de raigrás (0,463 v. 0,706) y solo numérico para la harina de girasol (0,0170 v. 0,0208). La reducción de las estimas de DIE al corregir esta contaminación fue consecuencia de la eliminación de forma casi completa de los microorganismos adherentes en todos los residuos testados. Así, esta biomasa se redujo en 96,1% como media de 7x3 observaciones. Como resultado de las diferencias acumulativas a nivel del rumen e intestino, la no corrección de la contaminación microbiana junto con la no consideración de kc condujo a fuertes sobrestimaciones de la PB digerida en el intestino. Ésta fue de 39% en la harina de girasol (0,146 v. 0,105) y de 761% en el heno de raigrás (0,373 v. 0,0433). Estos resultados muestran que es necesario considerar tanto kc como corregir la contaminación microbiana para obtener estimas in situ precisas en forrajes, mientras que en concentrados, siempre que la contaminación microbiana sea pequeña, es más importante considerar kc. La elevada contaminación microbiana observada en el heno de raigrás se asoció también con importantes errores a nivel del N asociado a la fibra neutro (FND) y ácido (FAD) detergente (NDIN y ADIN, respectivamente) e incluso de estas fracciones de fibra, evidenciándose que estos métodos no eliminan completamente la contaminación microbiana que sufren los alimentos en su paso por el retículorumen. Así, en la muestra compuesta representativa de la composición química del flujo postruminal antes descrita, la sobrevaloración por no corregir la contaminación microbiana fue de 99,8; 24,2; 3,34 y 0,48% para NDIN, ADIN, FND y FAD, respectivamente. Las subvaloraciones asociadas para su DE fueron 34,1; 8,79; 4,41 y 0,51%, respectivamente. La DE corregida del NDIN y ADIN (0,743 y 0,728, respectivamente) mostró un aprovechamiento ruminal elevado de estos compuestos, si bien menor al de la PB total (0,85). El estudio de este aprovechamiento sobre los residuos de incubación ruminal a 6 y 72 h demostró, además, una más rápida degradación del ADIN frente al NDIN, así como un mayor potencial de degradación de este último en este alimento. Para comprobar si la digestión en el abomaso eliminaba la contaminación microbiana en la FND y FAD se estudio esta contaminación y sus posibles errores en muestras liofilizadas de contenidos ruminales y duodenales correspondientes a una dieta mixta de similar composición a la utilizada en el experimento 2, comparándose, además, las diferencias entre la extracción secuencial o directa de la FAD. Utilizando como referencia las BAS se apreciaron elevadas contaminaciones en la FND y FAD y su N asociado tanto en las muestras ruminales como en las duodenales. Sin embargo, los resultados de enriquecimiento en 15N de las partículas fueron intermedios entre los correspondientes a BAS y BAL lo que evidencia una elevada contaminación con BAL en estas muestras probablemente durante el proceso de liofilización. Ello conlleva una sobrevaloración de esta estimación. El método de extracción directa de FAD se mostró, por otra parte, marcadamente menos eficaz en la eliminación de la contaminación microbiana. Los resultados muestran la necesidad de corregir la contaminación microbiana para obtener estimaciones precisas de la degradabilidad de las proteínas de las paredes celulares vegetales. Estos errores deberían ser también considerados para FND y FAD en estudios in situ e in vivo. La elevada tasa fraccional de degradación del grano de trigo (60,9 y 42,0%/h para MS y PB, respectivamente) implico que su flujo de material indegradado (calculado solo en base a la kp obtenida para la harina de girasol) se redujera muy rápidamente, de forma que es casi nulo a 8 h tras la ingestión. Los valores corregidos de PB digerida en el intestino (0,15) representan solo el 18,7% de la proteína metabolizable, lo que muestra que el valor proteico del grano de trigo está estrechamente ligado a la síntesis de proteína microbiana derivada de su fermentación. En el experimento 2 se observaron menores concentraciones para materia orgánica, lípidos y PB, así como en la proporción N-AAs/N total en BAL que en BAS, siendo, por el contrario, mayor su enriquecimiento en 15N. Estos últimos resultados se utilizaron (junto con los de otros trabajos previos de este equipo) para validar una predicción preexistente del enriquecimiento en 15N de las BAS a partir de este valor en las BAL. Esta ecuación, de muy alta precisión (R2 = 0.995), permite calcular la subvaloración que se comete en los aportes de nutrientes correspondientes a las BAS al usar las BAL como muestra de referencia. Esta subvaloración representa aproximadamente 21, 32,5 y 60% para PB, proteína verdadera y lípidos.

Nonlocal electron heat relaxation in a plasma shock at arbitrary ionization number

A recently obtained nonlocal expression for the electron heat flux valid for arbitrary ionization numbers Z is used to study the structure of a plane shock wave in a fully ionized plasma. Nonlocal effects are only important in the foot of the electronic preheating region, where the electron temperature gradient is the steepest. The results are quantified as a function of a characteristic Knudsen number of that region. This work also generalizes to arbitrary values of Z previous results on plasma shock wave structure.

Molecular Cloning and Characterization of a Radial Spoke Head Protein of Sea Urchin Sperm Axonemes: Involvement of the Protein in the Regulation of Sperm Motility

Monoclonal antibodies raised against axonemal proteins of sea urchin spermatozoa have been used to study regulatory mechanisms involved in flagellar motility. Here, we report that one of these antibodies, monoclonal antibody D-316, has an unusual perturbating effect on the motility of sea urchin sperm models; it does not affect the beat frequency, the amplitude of beating or the percentage of motile sperm models, but instead promotes a marked transformation of the flagellar beating pattern which changes from a two-dimensional to a three-dimensional type of movement. On immunoblots of axonemal proteins separated by SDS-PAGE, D-316 recognized a single polypeptide of 90 kDa. This protein was purified following its extraction by exposure of axonemes to a brief heat treatment at 40°C. The protein copurified and coimmunoprecipitated with proteins of 43 and 34 kDa, suggesting that it exists as a complex in its native form. Using D-316 as a probe, a full-length cDNA clone encoding the 90-kDa protein was obtained from a sea urchin cDNA library. The sequence predicts a highly acidic (pI = 4.0) protein of 552 amino acids with a mass of 62,720 Da (p63). Comparison with protein sequences in databases indicated that the protein is related to radial spoke proteins 4 and 6 (RSP4 and RSP6) of Chlamydomonas reinhardtii, which share 37% and 25% similarity, respectively, with p63. However, the sea urchin protein possesses structural features distinct from RSP4 and RSP6, such as the presence of three major acidic stretches which contains 25, 17, and 12 aspartate and glutamate residues of 34-, 22-, and 14-amino acid long stretches, respectively, that are predicted to form α-helical coiled-coil secondary structures. These results suggest a major role for p63 in the maintenance of a planar form of sperm flagellar beating and provide new tools to study the function of radial spoke heads in more evolved species.

Crystal structure of a Staphylococcus aureus protein A domain complexed with the Fab fragment of a human IgM antibody: Structural basis for recognition of B-cell receptors and superantigen activity

Staphylococcus aureus produces a virulence factor, protein A (SpA), that contains five homologous Ig-binding domains. The interactions of SpA with the Fab region of membrane-anchored Igs can stimulate a large fraction of B cells, contributing to lymphocyte clonal selection. To understand the molecular basis for this activity, we have solved the crystal structure of the complex between domain D of SpA and the Fab fragment of a human IgM antibody to 2.7-Å resolution. In the complex, helices II and III of domain D interact with the variable region of the Fab heavy chain (VH) through framework residues, without the involvement of the hypervariable regions implicated in antigen recognition. The contact residues are highly conserved in human VH3 antibodies but not in other families. The contact residues from domain D also are conserved among all SpA Ig-binding domains, suggesting that each could bind in a similar manner. Features of this interaction parallel those reported for staphylococcal enterotoxins that are superantigens for many T cells. The structural homology between Ig VH regions and the T-cell receptor Vβ regions facilitates their comparison, and both types of interactions involve lymphocyte receptor surface remote from the antigen binding site. However, T-cell superantigens reportedly interact through hydrogen bonds with T-cell receptor Vβ backbone atoms in a primary sequence-independent manner, whereas SpA relies on a sequence-restricted conformational binding with residue side chains, suggesting that this common bacterial pathogen has adopted distinct molecular recognition strategies for affecting large sets of B and T lymphocytes.

Receptors for oxidized low-density lipoprotein on elicited mouse peritoneal macrophages can recognize both the modified lipid moieties and the modified protein moieties: Implications with respect to macrophage recognition of apoptotic cells

It has been shown previously that the binding of oxidized low-density lipoprotein (OxLDL) to resident mouse peritoneal macrophages can be inhibited (up to 70%) by the apoprotein B (apoB) isolated from OxLDL, suggesting that macrophage recognition of OxLDL is primarily dependent on its modified protein moiety. However, recent experiments have demonstrated that the lipids isolated from OxLDL and reconstituted into a microemulsion can also strongly inhibit uptake of OxLDL (up to 80%). The present studies show that lipid microemulsions prepared from OxLDL bind to thioglycollate-elicited macrophages at 4°C in a saturable fashion and inhibit the binding of intact OxLDL and also of the apoB from OxLDL. Reciprocally, the binding of the OxLDL-lipid microemulsions was strongly inhibited by intact OxLDL. A conjugate of synthetic 1-palmitoyl 2(5-oxovaleroyl) phosphatidylcholine (an oxidation product of 1-palmitoyl 2-arachidonoyl phosphatidylcholine) with serum albumin, shown previously to inhibit macrophage binding of intact OxLDL, also inhibited the binding of both the apoprotein and the lipid microemulsions prepared from OxLDL. Finally, a monoclonal antibody against oxidized phospholipids, one that inhibits binding of intact OxLDL to macrophages, also inhibited the binding of both the resolubilized apoB and the lipid microemulsions prepared from OxLDL. These studies support the conclusions that: (i) at least some of the macrophage receptors for oxidized LDL can recognize both the lipid and the protein moieties; and (ii) oxidized phospholipids, in the lipid phase of the lipoprotein and/or covalently linked to the apoB of OxLDL, likely play a role in that recognition.

Efficient construction of a large nonimmune phage antibody library: The production of high-affinity human single-chain antibodies to protein antigens

A large library of phage-displayed human single-chain Fv antibodies (scFv), containing 6.7 × 109 members, was generated by improving the steps of library construction. Fourteen different protein antigens were used to affinity select antibodies from this library. A panel of specific antibodies was isolated with each antigen, and each panel contained an average of 8.7 different scFv. Measurements of antibody–antigen interactions revealed several affinities below 1 nM, comparable to affinities observed during the secondary murine immune response. In particular, four different scFv recognizing the ErbB2 protein had affinities ranging from 220 pM to 4 nM. Antibodies derived from the library proved to be useful reagents for immunoassays. For example, antibodies generated to the Chlamydia trachomatis elementary bodies stained Chlamydia-infected cells, but not uninfected cells. These results demonstrate that phage antibody libraries are ideally suited for the rapid production of panels of high-affinity mAbs to a wide variety of protein antigens. Such libraries should prove especially useful for generating reagents to study the function of gene products identified by genome projects.

Overexpression of the large subunit of the protein Ku suppresses metallothionein-I induction by heavy metals

Metallothioneins (MT) are involved in the scavenging of the toxic heavy metals and protection of cells from reactive oxygen intermediates. To investigate the potential role of the protein Ku in the expression of MT, we measured the level of MT-I mRNA in the parental rat fibroblast cell line (Rat 1) and the cell lines that stably and constitutively overexpress the small subunit, the large subunit, and the heterodimer of Ku. Treatment with CdS04 or ZnS04 elevated the MT-I mRNA level 20- to 30-fold in the parental cells and the cells (Ku-70) that overproduce the small subunit or those (Ku-7080) overexpressing the heterodimer. By contrast, the cells (Ku-80) overexpressing the large subunit of Ku failed to induce MT-I. In vitro transcription assay showed that the MT-I promoter activity was suppressed selectively in the nuclear extracts from Ku-80 cells. The specificity of the repressor function was shown by the induction of hsp 70, another Cd-inducible gene, in Ku-80 cells. Addition of the nuclear extract from Ku-80 cells at the start of the transcription reaction abolished the MT-l promoter activity in the Rat 1 cell extract. The transcript once formed in Rat 1 nuclear extract was not degraded by further incubation with the extract from Ku-80 cells. The repressor was sensitive to heat. The DNA-binding activities of at least four transcription factors that control the MT-I promoter activity were not affected in Ku-80 cells. These observations have set the stage for further exploration of the mechanisms by which the Ku subunit mediates suppression of MT induction.

Mechanism of activation for Zap-70 catalytic activity.

There is a growing body of evidence, including data from human genetic and T-cell receptor function studies, which implicate a zeta-associated protein of M(r) 70,000 (Zap-70) as a critical protein tyrosine kinase in T-cell activation and development. During T-cell activation, Zap-70 becomes associated via its src homology type 2 (SH2) domains with tyrosine-phosphorylated immune-receptor tyrosine activating motif (ITAM) sequences in the cytoplasmic zeta chain of the T-cell receptor. An intriguing conundrum is how Zap-70 is catalytically activated for downstream phosphorylation events. To address this question, we have used purified Zap-70, tyrosine phosphorylated glutathione S-transferase (GST)-Zeta, and GST-Zeta-1 cytoplasmic domains, and various forms of ITAM-containing peptides to see what effect binding of zeta had upon Zap-70 tyrosine kinase activity. The catalytic activity of Zap-70 with respect to autophosphorylation increased approximately 5-fold in the presence of 125 nM phosphorylated GST-Zeta or GST-Zeta-1 cytoplasmic domain. A 20-fold activity increase was observed for phosphorylation of an exogenous substrate. Both activity increases showed a GST-Zeta concentration dependence. The increase in activity was not produced with nonphosphorylated GST-Zeta, phosphorylated zeta, or phosphorylated ITAM-containing peptides. The increase in Zap-70 activity was SH2 mediated and was inhibited by phenylphosphate, Zap-70 SH2, and an antibody specific for Zap-70 SH2 domains. Since GST-Zeta and GST-Zeta-1 exist as dimers, the data suggest Zap-70 is activated upon binding a dimeric form of phosphorylated zeta and not by peptide fragments containing a single phosphorylated ITAM. Taken together, these data indicate that the catalytic activity of Zap-70 is most likely activated by a trans-phosphorylation mechanism.

An antibody-interleukin 2 fusion protein overcomes tumor heterogeneity by induction of a cellular immune response.

Antibody-based therapies for cancer rely on the expression of defined antigens on neoplastic cells. However, most tumors display heterogeneity in the expression of such antigens. We demonstrate here that antibody-targeted interleukin 2 delivery overcomes this problem by induction of a host immune response. Immunohistochemical analysis demonstrated that the antibody-interleukin 2 fusion protein-induced eradication of established tumors is mediated by host immune cells, particularly CD8+ T cells. Because of this cellular immune response, antibody-directed interleukin 2 therapy is capable to address established metastases displaying substantial heterogeneity in expression of the targeted antigen. This effector mechanism further enables the induction of partial regressions of large subcutaneous tumors that exceeded more than 5% of the body weight. These observations indicate that antibody-directed cytokine delivery offers an effective new tool for cancer therapy.

Costimulatory protein B7-1 enhances the cytotoxic T cell response and antibody response to hepatitis B surface antigen.

There is a need for more effective therapy for chronic virus infections. A principle natural mechanism for elimination of virus-infected host cells is activation of viral antigen-specific cytotoxic T lymphocytes (CTL). In an effort to develop methods of inducing virus-specific CTL responses that might be utilized in therapy of virus infections, we have investigated the effect of B7, a costimulatory factor for T-cell activation. In this study we show that delivery of genes encoding human B7-1 and a viral antigen in the same recombinant viral vector to cells of mice induces a greater viral antigen-specific CTL response than does similar delivery of the viral antigen gene alone. Two recombinant adenovirus vectors were constructed with the foreign genes inserted in the early region 3. One of them (Ad1312) directed expression of the surface antigen gene of hepatitis B virus (HBS); the other (Ad1310) directed coexpression of HBS and human B7-1 (CD80) by means of an internal ribosomal entry site placed between the two coding sequences. When inoculated into BALB/c mice, both vectors induced a viral surface antigen-specific CTL response. The response induced by Ad1310 was stronger than that by Adl312 as measured by a chromium release assay for CTL activity and limiting dilution analysis for CTL precursor frequency, indicating that the B7-1 gene co-delivered with the HBS gene had an enhancing effect on the CTL response against surface antigen. Ad1310 also induced a higher titer of antibody against surface antigen than did Ad1312. This result suggests that expression of a costimulatory protein and a viral antigen in the same cells in vivo induces stronger immune responses than expression of the antigen alone. This could be a novel strategy for development of both preventive and therapeutic vaccines against infectious agents.

Differential effects of staphylococcal toxic shock syndrome toxin-1 on B cell apoptosis.

Superantigens, such as toxic shock syndrome toxin 1 (TSST-1), have been implicated in the pathogenesis of several autoimmune and allergic diseases associated with polyclonal B cell activation. In this report, we studied the in vitro effects of TSST-1 on B cell activation. We show herein that TSST-1 produced antagonistic effects on Ig synthesis by peripheral blood mononuclear cells (PBMC) from normal subjects, depending on the concentration used; Ig production was inhibited at 1000 pg/ml (P < 0.01) and enhanced at 1 and 0.01 pg/ml (P < 0.01) of toxin. Cultures of PBMC were then examined for morphologic features and DNA fragmentation characteristic for apoptosis. B cells exhibited a significantly higher (P < 0.01) incidence of apoptosis after stimulation with 1000 pg/ml of TSST-1 compared with 1 or 0.01 pg/ml of toxin or medium alone. Abundant expression of Fas, a cell surface protein that mediates apoptosis, was detected on B cells after stimulation with 1000 pg/ml of TSST-1 and was significantly higher on B cells undergoing apoptosis than on live cells (P = 0.01). Additionally, increased Fas expression and B cell death occurred at concentrations of TSST-1 inducing the production of high amounts of gamma interferon (IFN-gamma), and both events could be blocked by neutralizing anti-IFN-gamma antibody. These findings suggest that high concentrations of TSST-1 can induce IFN-gamma-dependent B cell apoptosis, whereas at low concentrations it stimulates Ig synthesis by PBMC from normal subjects. These findings support the concept that staphylococcal toxins have a role in B cell hyperactivity in autoimmunity and allergy.

Binding of the sigma 70 protein to the core subunits of Escherichia coli RNA polymerase, studied by iron-EDTA protein footprinting.

We have used a nonspecific protein cleaving reagent to map the interactions between subunits of the multisubunit enzyme RNA polymerase (Escherichia coli). We developed suitable conditions for using an untethered Fe-EDTA reagent, which does not bind significantly to proteins. Comparison of the cleaved fragments of the subunits from the core enzyme (alpha 2 beta beta') and the holoenzyme (core+sigma 70) shows that absence of the sigma 70 subunit is associated with the appearance of several cleavage sites on the subunits beta (within 10 residues of sequence positions 745, 764, 795, and 812) and beta' (within 10 residues of sequence positions 581, 613, and 728). A cleavage site near beta residue 604 is present in the holoenzyme but absent in the core, demonstrating that a conformational change occurs when sigma 70 binds. No differences are observed for the alpha subunit.

Early p53 alterations in mouse skin carcinogenesis by UVB radiation: immunohistochemical detection of mutant p53 protein in clusters of preneoplastic epidermal cells.

High levels of the p53 protein are immunohistochemically detectable in a majority of human nonmelanoma skin cancers and UVB-induced murine skin tumors. These increased protein levels are often associated with mutations in the conserved domains of the p53 gene. To investigate the timing of the p53 alterations in the process of UVB carcinogenesis, we used a well defined murine model (SKH:HR1 hairless mice) in which the time that tumors appear is predictable from the UVB exposures. The mice were subjected to a series of daily UVB exposures, either for 17 days or for 30 days, which would cause skin tumors to appear around 80 or 30 weeks, respectively. In the epidermis of these mice, we detected clusters of cells showing a strong immunostaining of the p53 protein, as measured with the CM-5 polyclonal antiserum. This cannot be explained by transient accumulation of the normal p53 protein as a physiological response to UVB-induced DNA damage. In single exposure experiments the observed transient CM-5 immunoreactivity lasted for only 3 days and was not clustered, whereas these clusters were still detectable as long as 56 days after 17 days of UVB exposure. In addition, approximately 70% of these patches reacted with the mutant-specific monoclonal antibody PAb240, whereas transiently induced p53-positive cells did not. In line with indicative human data, these experimental results in the hairless mouse model unambiguously demonstrate that constitutive p53 alterations are causally related to chronic UVB exposure and that they are a very early event in the induction of skin cancer by UVB radiation.

Fine specificity of the antibody response to myelin basic protein in the central nervous system in multiple sclerosis: the minimal B-cell epitope and a model of its features.

T cells, B cells, and antibody are found in the white matter of the central nervous system in multiple sclerosis. The epitope center for the antibody response to human myelin basic protein (MBP) fits precisely the minimal epitope Pro85-Val-Val-His-Phe-Phe-Lys-Asn-Ile-Val-Thr-Pro96 for that reported for HLA DR2b (DRB1*1501)-restricted T cells that recognize MBP [Wucherpfenning, K.W., Sette, A., Southwood, S., Oseroff, C., Matsui, M., Strominger, J. & Hafler, D. (1994) J. Exp. Med. 179, 279-290], and overlaps with the reported DR2a-restricted epitope for T cells reactive to MBP [Martin, R., Howell, M. D., Jaraquemada, D., Furlage, M., Richert, J., Brostoff, S., Long, E. O., McFarlin, D. E. & McFarland, H. F. (1991) J. Exp. Med. 173, 19-24]. We describe a molecular model of this epitope.