Conséquences fonctionnelles de mutations affectant le récepteur de la vasopressine de type 2 et implications thérapeutiques

Le récepteur de la vasopressine de type 2 (V2R) joue un rôle crucial dans l’homéostasie hydrique. Exprimé principalement au niveau du rein, son activation par l’hormone antidiurétique arginine-vasopressine (AVP) favorise la réabsorption d’eau, participant ainsi à diminuer la diurèse. Plus de 200 mutations dans le gène du V2R ont été associées au diabète néphrogénique insipide congénital (DINc), une maladie causée par une perte de fonction du récepteur. À l’opposé, trois mutations découvertes récemment induisent un gain de fonction du V2R, et sont la cause du syndrome néphrogénique de l’anti-diurèse inappropriée (NSIAD). Les travaux de cette thèse visent à mieux comprendre les bases moléculaires responsables de la perte ou du gain de fonction des récepteurs mutants associés à ces deux maladies. Dans plus de 50% des cas, les mutations faux-sens affectent négativement l’adoption d’une conformation native par le V2R, provoquant la reconnaissance et la rétention intracellulaire des mutants par le système de contrôle de qualité du réticulum endoplasmique. Nos résultats ont démontré que l’interaction entre les récepteurs mutants et le chaperon moléculaire calnexine est dépendante de N-glycosylation et que sa durée varie en fonction de la mutation. De plus, l’importance de cette modification co-traductionnelle et des interactions lectines-sucres dans le processus de maturation d’un mutant donné s’est avérée une caractéristique intrinsèque, puisque l’absence de N-glycosylation n’a pas affecté le mutant Y128S (phénotype léger) tandis que la maturation du mutant W164S (phénotype sévère) a été totalement abolie. Nos résultats suggèrent aussi que l’action des chaperons pharmacologiques (CP), molécules favorisant la maturation des mutants du V2R, peut survenir à différentes étapes au cours du processus de maturation, selon le mutant réchappé. Ces différences entre muta nts suggèrent des processus biosynthétiques ‘personnalisés’ dictés par la nature de la mutation impliquée et pourraient expliquer la différence de sévérité des manifestations cliniques chez les patients porteurs de ces mutations. Bien qu’une récupération de fonction ait été obtenue pour les mutants Y128S et W164S par un traitement au CP, il n’en est pas de même pour toutes les mutations occasionnant un défaut conformationnel. C’est ce que nous avons démontré pour le mutant V88M, affligé de deux défauts, soit une faible efficacité de maturation combinée à une basse affinité pour l’AVP. Dans ce cas, et malgré une augmentation du nombre de récepteurs mutants la surface cellulaire, la diminution de l’affinité apparente du récepteur mutant pour l’AVP a été exacerbée par la présence résiduelle de CP à son site de liaison, rendant impossible l’activation du récepteur aux concentrations physiologiques d’AVP. Les mutants R137C et R137L ont une activité constitutive élevée et mènent au NSIAD tandis que la substitution de cette même arginine par une histidine (R137H) mène au DINc. Ces trois mutants se sont avéré partager plusieurs caractéristiques, dont une efficacité de maturation réduite et une désensibilisation spontanée élevée. La seule différence iden tifiée entre ces mutants est leur niveau d’activité constitutive. Le CP utilisé dans nos études possède aussi la propriété d’agoniste inverse, mais n’a pourtant pas diminué l’activité constitutive des mutants R137C/L, suggérant une conformation active ‘figée’. Seul l’effet chaperon a été observé, entraînant la hausse de récepteurs à la surface cellulaire, qui se traduit par une augmentation de la production de second messager. Nous avons par contre suggéré l’utilisation d’AVP puisqu’il favorise l’endocytose des récepteurs R137/L sans promouvoir leur activation, diminuant ainsi le nombre de récepteurs actifs à la surface cellulaire. Nous avons identifié la première mutation occasionnant un gain de fonction du V2R qui n’implique pas l’arginine 137. Le mutant F229V a une activité constitutive élevée et, contrairement aux R137C et R137L, il n’est pas sujet à une désensibilisation spontanée accrue. L’observation que des agonistes inverses sont aptes à inhiber l’activité constitutive de ce nouveau mutant est une découverte importante puisque l’insuccès obtenu avec les mutations précédentes suggérait que ces molécules n’étaient pas utiles pour le traitement du NSIAD. Considérés globalement, ces travaux illustrent le caractère particulier des formes mutantes du V2R et l’importance de bien cerner les conséquences fonctionnelles des mutations afin d’apporter aux patients atteints de DINc ou NSIAD une thérapie personnalisée, et de développer de nouveaux agents thérapeutiques adaptés aux besoins.

Die Rolle des Zelladhäsionsmoleküls L1 in der Tumorprogression

Das neuronale Adhäsionsmolekül L1 wird neben den Zellen des Nervensystems auf vielen humanen Tumoren exprimiert und ist dort mit einer schlechten Prognose für die betroffenen Patienten assoziiert. Zusätzlich zu seiner Funktion als Oberflächenmolekül kann L1 durch membranproximale Spaltung in eine lösliche Form überführt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von L1 auf die Motilität von Tumorzellen untersucht. Lösliches L1 aus Asziten führte zu einer Integrin-vermittelten Zellmigration auf EZM-Substraten. Derselbe Effekt wurde durch Überexpression von L1 in Tumorlinien beobachtet. Weiterhin führt die L1-Expression zu einer erhöhten Invasion, einem verstärkten Tumorwachstum in NOD/SCID Mäusen und zur konstitutiven Aktivierung der MAPK ERK1/2. Eine Mutation in der zytoplasmatischen Domäne von hL1 (Thr1247Ala/Ser1248Ala)(hL1mut) führte hingegen zu einer Blockade dieser Funktionen. Dies weist daraufhin, dass nicht nur lösliches L1, sondern auch die zytoplasmatische Domäne von L1 funktionell aktiv ist. Im zweiten Teil der Arbeit wurde der Mechanismus, der L1-vermittelten Signaltransduktion untersucht. Die zytoplasmatische Domäne von L1 gelangt nach sequenzieller Proteolyse durch ADAM und Presenilin-abhängiger γ-Sekretase Spaltung in den Zellkern. Diese Translokation im Zusammenspiel mit der Aktivierung der MAPK ERK1/2 durch L1-Expression führt zu einer L1-abhängigen Genregulation. Die zytoplasmatische Domäne von hL1mut konnte ebenfalls im Zellkern detektiert werden, vermittelte jedoch keine Genregulation und unterdrückte die ERK1/2 Phosphorylierung. Die L1-abhängige Induktion von ERK1/2-abhängigen Genen wie Cathepsin B, β3 Integrin und IER 3 war in Zellen der L1-Mutante unterdrückt. Die Expression des Retinsäure-bindenden Proteins CRABP-II, welches in hL1 Zellen supprimiert wird, wurde in der L1-Mutante nicht verändert. Weitere biochemische Untersuchungen zeigen, dass die zytoplasmatische Domäne von L1 Komplexe mit Transkriptionsfaktoren bilden kann, die an Promoterregionen binden können. Die dargestellten Ergebnisse belegen, dass L1-Expression in Tumoren an drei Funktionen beteiligt ist; (i) L1 erhöht Zellmotilität, (ii) fördert Tumorprogression durch Hochregulation von pro-invasiven und proliferationsfördernden Genen nach Translokation in den Nukleus und (iii) schützt die Zellen mittels Regulation pro- bzw. anti-apoptotischer Gene vor Apoptose. Die mutierte Phosphorylierungsstelle im L1-Molekül ist essentiell für diese Prozesse. Die Anwendung neuer Therapien für Patienten mit L1-positiven Karzinomen kann mit Hinblick auf die guten Erfolge der Antikörper-basierenden Therapie mit dem mAk L1-11A diskutiert werden.

Untersuchung zum Phosphorylierungsstatus der katalytischen Untereinheit der PKA mittels proteomischer Techniken

ZUSAMMENFASSUNG: Das Phosphorylierungsmuster eines Proteins ist kein statischer Zustand, sondern vielmehr ein dynamischer Status, den es in der modernen funktionellen (Phospho-) Proteomik und Analytik abzubilden gilt. Klassischerweise erfolgt der Nachweis der Proteinphosphorylierung auf Peptid-Ebene mittels MS/MS Sequenzierung. Diese Standardmethode der shotgun Phosphoproteomanalytik vernachlässigt jedoch wegen den in LC MS/MS Analysen oftmals schwer detektierbaren Phosphopeptiden gerade den variablen und oftmals nur geringen Phosphorylierungsgrad vieler Phosphorylierungsstellen (P-Stellen). Mittels phosphospezifischer Anreicherungsstrategien und MS/MS Sequenzierung konnten an der Modellkinase PKA-Cα nach rekombinanter Expression in E. coli insgesamt acht P-Stellen identifiziert werden. Der Phosphorylierungsgrad wurde in Kooperation mit Dr. J. Seidler über quantitative Signalintensitätsmessungen bestimmt und zeigte eine nahezu vollständige Phosphorylierung von pS10, pS139, pT197 und pS338, während der Phosphorylierungsgrad für pS34, pS53, pS65 und pS259 zwischen <5 und 45 % variierte. Neben der Quantifizierung der P-Stellen wurde auch das Auftreten und die Verteilung definierter Phosphoformen der PKA-Cα untersucht und deren Abhängigkeit von der primären Aminosäureabfolge, dem Auftreten von zusätzlichen Modifikationen sowie den gewählten Expressions- und Reinigungsbedingungen aufgezeigt. Endogene, aus Säugergewebe isolierte PKA-Cα wies nur eine einzige Phosphoform mit den P-Stellen pT197 und pS338 auf. Auch in vitro autophosphorylierte rekombinante PKA-Cα, die zuvor dephosphoryliert worden war, wies eine zweifach modifizierte Phosphoform auf. Im Vergleich zum endogenen Protein ließ sich dieses Protein an S10 und S338 exzessiv phosphorylieren, wohingegen an T197 keine Autophosphorylierung nachzuweisen war. Das Ausbleiben weiterer Phosphorylierungen stellt in Frage, ob die Hyperphosphorylierung in E. coli ausschließlich auf Autophosphorylierungsprozessen beruht, was anhand einer nicht phosphorylierten, katalytisch inaktiven Variante von PKA-Cα (PKA-Cα K72H) vermutet wurde. Im Hinblick auf die funktionellen P-Stellen pT197 und pS338 erfordert diese Entdeckung sowie der unabhängige Nachweis, dass zellfrei exprimierte PKA-Cα nur an S338 phosphoryliert ist, eine Modifizierung des sequenziellen Vorhersagemodells, wonach die Phosphorylierung an T197 eine zwingende Voraussetzung für die nachfolgende Phosphorylierung an S338 ist. Ferner konnte über phosphomimetische Mutagenese die Funktionalität der Phosphorylierung an S53 innerhalb der glycinreichen Schleife der PKA-Cα und somit ein potenzieller Weg zur Regulation der enzymatischen Aktivität gezeigt werden. Ein weiterer möglicher upstream Regulator von PKA-Cα ist die Proteinphosphatase 5, die in der Lage war, die bislang als phosphatasestabil beschriebene P Stelle pT197 in vitro zu dephosphorylieren. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass der Phosphorylierungszustand eines Proteins von zahlreichen internen und externen Faktoren abhängt – eine Tatsache, die gerade für rekombinante Proteine, insbesondere enzymatisch aktive Kinasen, oft vernachlässigt wurde. Daher müssen auch in der shotgun Phosphoproteomanalytik P-Stellen nicht mehr nur identifiziert und quantifiziert werden, sondern die resultierenden Proteinphosphoformen differenziert auch in ihrem physiologischen Kontext beschrieben werden.

Active citizenship

The aim of this activity is to allow students to explore the nature of political action, which can be thought of as a form of active as opposed to passive citizenship. By learning about and reflecting upon past instances of political action, or activism, students will be able to start thinking about what is likely to make a campaign successful. It is intended that these reflections can then be applied to their own actions as active citizens. It is hoped that the historical case studies combined with the information provided on different campaigning tools and methods will help to make students feel empowered and inspired to take action. In setting students the task of planning an action, it is expected that time management and organizational skills will be improved. It is believed that by putting themselves in the shoes of activists and going through the process of planning an action, they will have an engaged learning experience. The reflective element of the activity encourages students to form and defend opinions on the relative strengths and weaknesses of different campaigning methods, and on the acceptable limits to political action. This learning activity has been designed presuming no prior knowledge of activism or its methods, and has been successfully used with first year undergraduate students from a variety of disciplines. However, the activity provides a basis for more in-depth study of several issues, or alternatively study into further examples of campaign organizations. There are 3 different learning activities presented on this web site. For a dynamic and well-illustrated introduction to contemporary activism, see Jordan, T. (2002) Activism!: Direct Action, Hacktivism and the Future of Society, London: Reaktion Books Ltd. This material is also available via JORUM.

Comparative composition of bacteria in the human intestinal microflora during remission and active ulcerative colitis

Ulcerative colitis is a severe, relapsing and remitting disease of the human large intestine characterised by inflammation of the mucosa and submucosa. The main site of disease is the sigmoid/rectal region of the large bowel but the aetiology remains unknown. There is considerable evidence to indicate that the components of the resident colonic microflora can play an important role in initiation of the disease. The present study was aimed at characterising the faecal microflora of ulcerative colitis patients in remission and active phases to determine profile differences. Faecal samples were obtained from 12 patients, 6 with active colitis and 6 in remission. The samples were analysed for populations of lactobacilli, bifidobacteria, clostridia, bacteroides, sulphate-reducing bacteria (SRB) and total bacteria using culture independent fluorescence in situ hybridisation (FISH). Lactobacillus-specific denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) was then performed to compare the species present. Numbers of lactobacilli were significantly lower (p<0.05) during the active phase of the disease but the other populations tested did not differ. DGGE analysis revealed that Lactobacillus salivarus, Lactobacillus manihotivorans and Pediococcus acidilactici were present in remission, but not during active inflammation. These results imply that a reduction in intestinal Lactobacillus species may be important in the initiation of ulcerative colitis.

Ratios of UV, PAR and NIR components to global solar radiation measured at Botucatu site in Brazil

The relationships between the four radiant fluxes are analyzed based on a 4 year data archive of hourly and daily global ultraviolet (I(UV)), photosynthetically active-PAR (I(PAR)), near infrared (I(NIR)) and broadband global solar radiation (I(G)) collected at Botucatu, Brazil. These data are used to establish both the fractions of spectral components to global solar radiation and the proposed linear regression models. Verification results indicated that the proposed regression models predict accurately the spectral radiant fluxes at least for the Brazilian environment. Finally, results obtained in this analysis agreed well with most published results in the literature. (c) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

SpdR, a Response Regulator Required for Stationary-Phase Induction of Caulobacter crescentus cspD

The cold shock protein (CSP) family includes small polypeptides that are induced upon temperature downshift and stationary phase. The genome of the alphaproteobacterium Caulobacter crescentus encodes four CSPs, with two being induced by cold shock and two at the onset of stationary phase. In order to identify the environmental signals and cell factors that are involved in cspD expression at stationary phase, we have analyzed cspD transcription during growth under several nutrient conditions. The results showed that expression of cspD was affected by the medium composition and was inversely proportional to the growth rate. The maximum levels of expression were decreased in a spoT mutant, indicating that ppGpp may be involved in the signalization for carbon starvation induction of cspD. A Tn5 mutant library was screened for mutants with reduced cspD expression, and 10 clones that showed at least a 50% reduction in expression were identified. Among these, a strain with a transposon insertion into a response regulator of a two-component system showed no induction of cspD at stationary phase. This protein (SpdR) was able to acquire a phosphate group from its cognate histidine kinase, and gel mobility shift assay and DNase I footprinting experiments showed that it binds to an inverted repeat sequence of the cspD regulatory region. A mutated SpdR with a substitution of the conserved aspartyl residue that is the probable phosphorylation site is unable to bind to the cspD regulatory region and to complement the spdR mutant phenotype.

A proposed EPR approach to evaluating agonist binding site of a peptide receptor

Angiotensin II (Ang II) and its transmembrane AT(1) receptor were selected in order to test an innovative strategy that might allow the assessment of the agonist binding site in the receptor molecule. With the use of the 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl-4-amino-4-carboxylic acid (TOAC) paramagnetic probe, a biologically active agonist (TOAC(1)-Ang II), as well as an inactive control (TOAC(4)-Ang II) analogs were mixed in solution with various synthesized AT(1) fragments. Comparative intermolecular interactions, as estimated by analyzing the EPR spectra of solutions, suggested the existence of an agonist binding site containing a sequence composed of portions of the N-terminal (13-17) and the third extracellular loop (266-278) fragments of the AT(1) molecule. Therefore, this combined EPR-TOAC approach shows promise as an alternative for use also in other applications related to specific intermolecular association processes.

Environmental formaldehyde analysis by active diffusive sampling with a bundle of polypropylene porous capillaries followed by capillary zone electrophoretic separation and contactless conductivity detection

Compared to other volatile carbonylic compounds present in outdoor air, formaldehyde (CH2O) is the most toxic, deserving more attention in terms of indoor and outdoor air quality legislation and control. The analytical determination of CH2O in air still presents challenges due to the low-level concentration (in the sub-ppb range) and its variation with sampling site and time. Of the many available analytical methods for carbonylic compounds, the most widespread one is the time consuming collection in cartridges impregnated with 2,4-dinitrophenylhydrazine followed by the analysis of the formed hydrazones by HPLC. The present work proposes the use of polypropylene hollow porous capillary fibers to achieve efficient CH2O collection. The Oxyphan (R) fiber (designed for blood oxygenation) was chosen for this purpose because it presents good mechanical resistance, high density of very fine pores and high ratio of collection area to volume of the acceptor fluid in the tube, all favorable for the development of air sampling apparatus. The collector device consists of a Teflon pipe inside of which a bundle of polypropylene microporous capillary membranes was introduced. While the acceptor passes at a low flow rate through the capillaries, the sampled air circulates around the fibers, impelled by a low flow membrane pump (of the type used for aquariums ventilation). The coupling of this sampling technique with the selective and quantitative determination of CH2O, in the form of hydroxymethanesulfonate (HMS) after derivatization with HSO3-, by capillary electrophoresis with capacitively coupled contactless conductivity detection (CE-(CD)-D-4) enabled the development of a complete analytical protocol for the CH2O evaluation in air. (C) 2008 Published by Elsevier B.V.

New genes of Xanthomonas citri subsp citri involved in pathogenesis and adaptation revealed by a transposon-based mutant library

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Ratios of UV, PAR and NIR components to global solar radiation measured at Botucatu site in Brazil

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Thrombomodulin-independent activation of protein C and specificity of hemostatically active snake venom serine proteinases - Crystal structures of native and inhibited Agkistrodon contortrix contortrix protein C activator

Protein C activation initiated by the thrombin-thrombomodulin complex forms the major physiological anticoagulant pathway. Agkistrodon contortrix contortrix protein C activator, a glycosylated single-chain serine proteinase, activates protein C without relying on thrombomodulin. The crystal structures of native and inhibited Agkistrodon contortrix contortrix protein C activator determined at 1.65 and 1.54 angstrom resolutions, respectively, indicate the pivotal roles played by the positively charged belt and the strategic positioning of the three carbohydrate moieties surrounding the catalytic site in protein C recognition, binding, and activation. Structural changes in the benzamidine-inhibited enzyme suggest a probable function in allosteric regulation for the anion-binding site located in the C-terminal extension, which is fully conserved in snake venom serine proteinases, that preferentially binds Cl1- instead of SO42-.

Validation of a mutant of the pore-forming toxin sticholysin-I for the construction of proteinase-activated immunotoxins

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Site-selective ethanol conversion over supported copper catalysts

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Biochemical characterization of Neurospora crassa glycogenin (GNN), the self-glucosylating initiator of glycogen synthesis

Glycogenin acts in the initiation step of glycogen biosynthesis by catalyzing a self-glucosylation reaction. In a previous work [de Paula et al., Arch. Biochem. Biophys. 435 (2005) 112-124], we described the isolation of the cDNA gnn, which encodes the protein glycogenin (GNN) in Neurospora crassa. This work presents a set of biochemical and functional studies confirming the GNN role in glycogen biosynthesis. Kinetic experiments showed a very low GNN K-m (4.41 mu M) for the substrate UDP-glucose. Recombinant GNN was produced in Escherichia coli and analysis by mass spectroscopy identified a peptide containing an oligosaccharide chain attached to Tyr196 residue. Site-directed mutagenesis and functional complementation of a Saccharomyces cerevisiae mutant strain confirmed the participation of this residue in the GNN self-glucosylation and indicated the Tyr198 residue as an additional, although less active, glucosylation site. The physical interaction between GNN and glycogen synthase (GSN) was analyzed by the two-hybrid assay. While the entire GSN was required for full interaction, the C-terminus in GNN was more important. Furthermore, mutation in the GNN glucosylation sites did not impair the interaction with GSN. (c) 2005 Published by Elsevier B.V. on behalf of the Federation of European Biochemical Societies.