A novel protein refolding protocol for the solubilization and purification of recombinant peptidoglycan-associated lipoprotein from Xylella fastidiosa overexpressed in Escherichia coil

Xylella fastidiosa is a Gram-negative xylem-limited plant pathogenic bacterium responsible for several economically important crop diseases. Here, we present a novel and efficient protein refolding protocol for the solubilization and purification of recombinant X. fastidiosa peptidoglycan-associated lipoprotein (XfPal). Pal is an outer membrane protein that plays important roles in maintaining the integrity of the cell envelope and in bacterial pathogenicity. Because Pal has a highly hydrophobic N-terminal domain, the heterologous expression studies necessary for structural and functional protein characterization are laborious once the recombinant protein is present in inclusion bodies. Our protocol based on the denaturation of the XfPal-enriched inclusion bodies with 8 M urea followed by buffer-exchange steps via dialysis proved effective for the solubilization and subsequent purification of XfPal, allowing us to obtain a large amount of relatively pure and folded protein. In addition, XfPal was biochemically and functionally characterized. The method for purification reported herein is valuable for further research on the three-dimensional structure and function of Pal and other outer membrane proteins and can contribute to a better understanding of the role of these proteins in bacterial pathogenicity, especially with regard to the plant pathogen X. fastidiosa. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Structural insights regarding an insecticidal Talisia esculenta protein and its biotechnological potential for Diatraea saccharalis larval control

Talisin is a seed-storage protein from Talisia esculenta that presents lectin-like activities, as well as proteinase-inhibitor properties. The present study aims to provide new in vitro and in silico biochemical information about this protein, shedding some light on its mechanistic inhibitory strategies. A theoretical three-dimensional structure of Talisin bound to trypsin was constructed in order to determine the relative interaction mode. Since the structure of non-competitive inhibition has not been elucidated, Talisin-trypsin docking was carried out using Hex v5.1, since the structure of non-competitive inhibition has not been elucidated. The predicted non-coincidence of the trypsin binding site is completely different from that previously proposed for Kunitz-type inhibitors, which demonstrate a substitution of an Arg(64) for the Glu(64) residue. Data, therefore, provide more information regarding the mechanisms of non-competitive plant proteinase inhibitors. Bioassays with Talisin also presented a strong insecticide effect on the larval development of Diatraea saccharalis, demonstrating LD50 and ED50 of ca. 2.0% and 1.5%, respectively. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Microvascularization on Collared Peccary Placenta: a Microvascular Cast Atudy in Late Pregnancy

The microvascularization of the collared peccary (Tayassu tajacu) placenta was studied by vascular casts and immunolocalization of alpha-smooth muscle actin and vimentin, to identify the three-dimensional organization and vascular flow interrelation in the microvasculature between the maternal and fetal compartments of the placentae. The immunolocalization of vimentin in the vascular endothelium and in the smooth muscle cells of blood vessels showed indented capillaries along the uterine epithelium and the trophoblast at the sides of complementary maternal and fetal microfolds, or rugae. This confers the three-dimensional structure observed in vascular casts. On the maternal side, casts demonstrated uterine folds coated by with primary and secondary ridges, and by areolae dispersed between these ridges. The arteriole runs through the center/middle of ridges, branching at the top into a microvascular network wall in a basket-like fashion. At the base of these baskets venules were formed. On the fetal side, arterioles branched centrally in the fetal rugae into a capillary network in a bulbous form, complementary to the opposite maternal depressions forming the baskets. At the base of the bulbous protrusions, the fetal venules arise. The blood vessel orientation in the materno-fetal interface of the placentae of collared peccaries suggests a blood flow pattern of the type countercurrent to crosscurrent. The same pattern has been reported in domestic swine demonstrating that, even after 38 million years, the Tayassuidae and Suidae families exhibit similar placental morphology, which is here characterized at the microvascular level.

DNA-Interactive Properties of Crotamine, a Cell-Penetrating Polypeptide and a Potential Drug Carrier

Crotamine, a 42-residue polypeptide derived from the venom of the South American rattlesnake Crotalus durissus terrificus, has been shown to be a cell-penetrating protein that targets chromosomes, carries plasmid DNA into cells, and shows specificity for actively proliferating cells. Given this potential role as a nucleic acid-delivery vector, we have studied in detail the binding of crotamine to single- and double-stranded DNAs of different lengths and base compositions over a range of ionic conditions. Agarose gel electrophoresis and ultraviolet spectrophotometry analysis indicate that complexes of crotamine with long-chain DNAs readily aggregate and precipitate at low ionic strength. This aggregation, which may be important for cellular uptake of DNA, becomes less likely with shorter chain length. 25-mer oligonucleotides do not show any evidence of such aggregation, permitting the determination of affinities and size via fluorescence quenching experiments. The polypeptide binds non-cooperatively to DNA, covering about 5 nucleotide residues when it binds to single (ss) or (ds) double stranded molecules. The affinities of the protein for ss-vs. ds-DNA are comparable, and inversely proportional to salt levels. Analysis of the dependence of affinity on [NaCl] indicates that there are a maximum of,3 ionic interactions between the protein and DNA, with some of the binding affinity attributable to non-ionic interactions. Inspection of the three-dimensional structure of the protein suggests that residues 31 to 35, Arg-Trp-Arg-Trp-Lys, could serve as a potential DNA-binding site. A hexapeptide containing this sequence displayed a lower DNA binding affinity and salt dependence as compared to the full-length protein, likely indicative of a more suitable 3D structure and the presence of accessory binding sites in the native crotamine. Taken together, the data presented here describing crotamine-DNA interactions may lend support to the design of more effective nucleic acid drug delivery vehicles which take advantage of crotamine as a carrier with specificity for actively proliferating cells. Citation: Chen P-C, Hayashi MAF, Oliveira EB, Karpel RL (2012) DNA-Interactive Properties of Crotamine, a Cell-Penetrating Polypeptide and a Potential Drug Carrier. PLoS ONE 7(11): e48913. doi:10.1371/journal.pone.0048913

Isolation and biochemical, functional and structural characterization of a novel L-amino acid oxidase from Lachesis muta snake venom

The aim of this study was the isolation of the LAAO from Lachesis muta venom (LmLAAO) and its biochemical, functional and structural characterization. Two different purification protocols were developed and both provided highly homogeneous and active LmLAAO. It is a homodimeric enzyme with molar mass around 120 kDa under non-reducing conditions, 60 kDa under reducing conditions in SDS-PAGE and 60852 Da by mass spectrometry. Forty amino acid residues were directly sequenced from LmLAAO and its complete cDNA was identified and characterized from an Expressed Sequence Tags data bank obtained from a venom gland. A model based on sequence homology was manually built in order to predict its three-dimensional structure. LmLAAO showed a catalytic preference for hydrophobic amino acids (K-m of 0.97 mmol/L with Leu). A mild myonecrosis was observed histologically in mice after injection of 100 mu g of LmLAAO and confirmed by a 15-fold increase in CK activity. LmLAAO induced cytotoxicity on AGS cell line (gastric adenocarcinoma, IC50: 22.7 mu g/mL) and on MCF-7 cell line (breast adenocarcinoma, IC50:1.41 mu g/mL). It presents antiparasitic activity on Leishmania brasiliensis (IC50: 2.22 mu g/nnL), but Trypanosoma cruzi was resistant to LmLAAO. In conclusion, LmLAAO showed low systemic toxicity but important in vitro pharmacological actions. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The fungal metabolite eugenitin as additive for Aspergillus niveus glucoamylase activation

Endophytic microorganisms live inside tissues of host plants apparently do not causing warning to them, and area promising source of bioactive molecules as antimicrobial and antitumoral drugs. In this work, we report the isolation of eugenitin from cultures of the endophyte Mycoleptodiscus indicus and its potential as additive for Aspergillus niveus glucoamylase activation. The glucoamylase hydrolytic activity increased twofold using 5 mM of eugenitin and this activation could be explained by the binding mode of eugenitin with the three-dimensional structure of glucoamylase. The in silica prediction of ligand binding sites revealed at least 9 possible interaction sites able to accommodate eugenitin on glucoamylase from Hypocrea jecorina. Besides, we evaluated the effect of pH and temperature on activity and stability, as well as in the hydrolysis of different substrates and kinetic parameters either in presence or absence of eugenitin. The results displayed by eugenitin as additive to glucoamylase activation are promising and provide novel perspectives for applications of fungal metabolites. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Batroxase, a new metalloproteinase from B. atrox snake venom with strong fibrinolytic activity

The structures and functional activities of metalloproteinases from snake venoms have been widely studied because of the importance of these molecules in envenomation. Batroxase, which is a metalloproteinase isolated from Bothrops atrox (Para) snake venom, was obtained by gel filtration and anion exchange chromatography. The enzyme is a single protein chain composed of 202 amino acid residues with a molecular mass of 22.9 kDa, as determined by mass spectrometry analysis, showing an isoelectric point of 7.5. The primary sequence analysis indicates that the proteinase contains a zinc ligand motif (HELGHNLGISH) and a sequence C164I165M166 motif that is associated with a "Met-turn" structure. The protein lacks N-glycosylation sites and contains seven half cystine residues, six of which are conserved as pairs to form disulfide bridges. The three-dimensional structure of Batroxase was modeled based on the crystal structure of BmooMP alpha-I from Bothrops moojeni. The model revealed that the zinc binding site has a high structural similarity to the binding site of other metalloproteinases. Batroxase presented weak hemorrhagic activity, with a MHD of 10 mu g, and was able to hydrolyze extracellular matrix components, such as type IV collagen and fibronectin. The toxin cleaves both a and beta-chains of the fibrinogen molecule, and it can be inhibited by EDTA. EGTA and beta-mercaptoethanol. Batroxase was able to dissolve fibrin clots independently of plasminogen activation. These results demonstrate that Batroxase is a zinc-dependent hemorrhagic metalloproteinase with fibrin(ogen)olytic and thrombolytic activity. Published by Elsevier Ltd.

Endo-xylanase GH11 activation by the fungal metabolite eugenitin

Eugenitin, a chromone derivative and a metabolite of the endophyte Mycoleptodiscus indicus, at 5 mM activated a recombinant GH11 endo-xylanase by 40 %. The in silico prediction of ligand-binding sites on the three-dimensional structure of the endo-xylanase revealed that eugenitin interacts mainly by a hydrogen bond with a serine residue and a stacking interaction of the heterocyclic aromatic ring system with a tryptophan residue. Eugenitin improved the GH11 endo-xylanase activity on different substrates, modified the optimal pH and temperature activities and slightly affected the kinetic parameters of the enzyme.

SAG2A protein from Toxoplasma gondii interacts with both innate and adaptive immune compartments of infected hosts

Abstract Background Toxoplasma gondii is an intracellular parasite that causes relevant clinical disease in humans and animals. Several studies have been performed in order to understand the interactions between proteins of the parasite and host cells. SAG2A is a 22 kDa protein that is mainly found in the surface of tachyzoites. In the present work, our aim was to correlate the predicted three-dimensional structure of this protein with the immune system of infected hosts. Methods To accomplish our goals, we performed in silico analysis of the amino acid sequence of SAG2A, correlating the predictions with in vitro stimulation of antigen presenting cells and serological assays. Results Structure modeling predicts that SAG2A protein possesses an unfolded C-terminal end, which varies its conformation within distinct strain types of T. gondii. This structure within the protein shelters a known B-cell immunodominant epitope, which presents low identity with its closest phyllogenetically related protein, an orthologue predicted in Neospora caninum. In agreement with the in silico observations, sera of known T. gondii infected mice and goats recognized recombinant SAG2A, whereas no serological cross-reactivity was observed with samples from N. caninum animals. Additionally, the C-terminal end of the protein was able to down-modulate pro-inflammatory responses of activated macrophages and dendritic cells. Conclusions Altogether, we demonstrate herein that recombinant SAG2A protein from T. gondii is immunologically relevant in the host-parasite interface and may be targeted in therapeutic and diagnostic procedures designed against the infection.

PepT1 mRNA expression levels in sea bream (Sparus aurata) fed different plant protein sources

[EN] The expression and regulation of intestinal oligopeptide transporter (PepT)-1 when vegetable sources are used as a substitute for fish meal in the diet of marine fish has not yet been explored. In the present study, as part of our ongoing work on elucidating PepT1 gene expression in relation to different dietary treatments, we have now isolated and deposited in Genbank database (accession no. GU733710) a cDNA sequence representing the PepT1 in the sea bream (Sparus aurata). The ?de novo? prediction of the three-dimensional structure of PepT1 protein is presented. We also analyzed diet-induced changes in the expression of PepT1 mRNA via real-time RT-PCR using the standard curve method. Sea bream were fed for 140 days with one of the following four diet formulations (43% protein/21% lipid): a control fast growth-promoting diet (C), and three diets with the same formulation but in which 15% of the fish meal was substituted by protein concentrates either from lupine (LPC), chick pea (CPC), or green pea (PPC). Fish fed PPC had significantly (p < 0.05) lower levels of PepT1 transcripts in the proximal intestine than the controls, whereas PepT1 transcript levels in fish fed LPC or CPC were not significantly different from the controls. Although growth was similar between fish fed with different diets during the first 72 days of feeding, growth of the fish fed with PPC was reduced during the second part of the trial and was significantly (p < 0.05) lower than fish fed LPC and CPC diets by the end of the experiment. Correlation between these results and fish growth performances highlights that the intestinal PepT1 mRNA level may serve as a useful marker of the dietary protein quality and absorption efficiency.

Anwendung der konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopie zur Charakterisierung der Struktur von Zähnen und von oberflächenmodifiziertem Titan für Knochenimplantate

Zusammenfassung Mittels Fluoreszenzfarbstoffen können Strukturen sichtbar gemacht werden, die auf kon-ventionellem Weg nicht, oder nur schwer darzustellen sind. Besonders in Kombination mit der Konfokalen Laser Scanning Mikroskopie eröffnen sich neue Wege zum spezifischen Nachweis unterschiedlichster Komponenten biologischer Proben und gegebenenfalls deren dreidimensionale Widergabe.Die Visualisierung des Proteinanteils des Zahnhartgewebes kann mit Hilfe chemisch kopplungsfähiger Fluorochrome durchgeführt werden. Um zu zeigen, daß es sich bei dieser Markierung nicht um unspezifische Adsorption des Farbstoffes handelt, wurde zur Kontrolle die Proteinkomponente der Zahnproben durch enzymatischen Verdau beseitigt. Derartig behandelte Präparate wiesen eine sehr geringe Anfärbbarkeit auf.Weiterführend diente diese enzymatische Methode als Negativkontrolle zum Nachweis der Odontoblastenfortsätze im Dentin bzw. im Bereich der Schmelz-Dentin-Grenze. Hiermit konnte differenziert werden zwischen reinen Reflexionsbildern der Dentinkanäle und den Zellausläufern deren Membranen gezielt durch lipophile Fluoreszenzfarbstoffe markiert wurden.In einem weiteren Ansatz konnte gezeigt werden, daß reduzierte und daher nichtfluoreszente Fluoresceinabkömmlinge geeignet sind, die Penetration von Oxidationsmitteln (hier H2O2) in den Zahn nachzuweisen. Durch Oxidation dieser Verbindungen werden fluoreszierende Produkte generiert, die den Nachweis lieferten, daß die als Zahnbleichmittel eingesetzten Mittel rasch durch Schmelz und Dentin bis in die Pulpahöhle gelangen können.Die Abhängigkeit der Fluoreszenz bestimmter Fluorochrome von deren chemischer Um-gebung, im vorliegenden Fall dem pH-Wert, sollte eingesetzt werden, um den Säuregrad im Zahninneren fluoreszenzmikroskopisch darzustellen. Hierbei wurde versucht, ein ratio-metrisches Verfahren zu entwickeln, mit dem die pH-Bestimmung unter Verwendung eines pH-abhängigen und eines pH-unabhängigen Fluorochroms erfolgt. Diese Methode konnte nicht für diese spezielle Anwendung verifiziert werden, da Neutralisationseffekte der mineralischen Zahnsubstanz (Hydroxylapatit) die pH-Verteilung innerhalb der Probe beeinflußen. Fluoreszenztechniken wurden ebenfalls ergänzend eingesetzt zur Charakterisierung von kovalent modifizierten Implantatoberflächen. Die, durch Silanisierung von Titantestkörpern mit Triethoxyaminopropylsilan eingeführten freien Aminogruppen konnten qualitativ durch den Einsatz eines aminspezifischen Farbstoffes identifiziert werden. Diese Art der Funktionalisierung dient dem Zweck, Implantatoberflächen durch chemische Kopplung adhäsionsvermittelnder Proteine bzw. Peptide dem Einheilungsprozeß von Implantaten in den Knochen zugänglicher zu machen, indem knochenbildende Zellen zu verbessertem Anwachsverhalten stimuliert werden. Die Zellzahlbestimmung im Adhäsionstest wurde ebenfalls mittels Fluoreszenzfarbstoffen durchgeführt und lieferte Ergebnisse, die belegen, daß die durchgeführte Modifizierung einen günstigen Einfluß auf die Zelladhäsion besitzt.

Untersuchung der Strukturdynamik arbeitender F1-ATPase und ATP-Synthase aus Micrococcus luteus in Einzelschußexperimenten mit Synchrotronstrahlung

ZusammenfassungDie ATP-Synthase koppelt im Energiestoffwechsel der Zellen den Protonentransport über die biologische Membran mit der Synthese des energiespeichernden Moleküls ATP aus ADP und Phosphat. ATP-Synthasen bestehen aus 2 Subkomplexen, wobei der katalytische F1-Teil von der membranständigen Domäne abgelöst werden kann und nur zur ATP-Hydrolyse fähig ist. Der hochkooperative Reaktionsmechanismus der dreizentrigen ATP-Synthasen ist weitgehend unklar.Im Rahmen dieser Arbeit wurde der ATP-Synthasekomplex und ihr wasserlösliches katalytisches F1-Fragment aus Micrococcus luteus in präparativem Maßstab mittels chromatographischer Trennmethoden isoliert. Die Überprüfung der Funktionalität beider Enzyme erfolgte mit enzymatischen Methoden. Durch zeitaufgelöste Röntgenkleinwinkelstreuung wurde die Strukturdynamik der arbeitenden ATP-Synthase und ihres F1-Fragmentes aus Micrococcus luteus im Laufe des ATP-Hydrolysezyklus untersucht. Diese Methode diente zum Nachweis weiträumiger Konformationsänderungen innerhalb der arbeitenden Enzyme unter nativen physiologischen Bedingungen. Die zeitaufgelösten Streuexperimente fanden an der ESRF (Europäische Synchrotronstrahlungsquelle) in Grenoble (F) statt. Dort wurden für beide Enzyme im Laufe des ATP-Hydrolysezykus molekulare Bewegungen nachgewiesen. Als Referenz zu den zeitaufgelösten Messungen dienten statische Messungen zur Strukturuntersuchung der Proteine am schwächeren DESY. Anhand dieser Strukturdaten wurden Molekülmodelle der F1-ATPase und ATP-Synthase aus Micrococcus luteus konstruiert. Das Molekülmodell der F1-ATPase war die Grundlage zur Modellierung einzelner Teilschritte des ATP-Hydrolysezyklus bei 20°C. Die experimentellen Daten wurden mit einer Kippbewegung der membranseitigen Domäne der katalytischen b-Untereinheiten der F1-ATPase während des ATP-Hydrolysezyklus interpretiert.

Synthese und Konformationsanalyse von Glycopeptiden aus der homophilen Erkennungsregion des LI-Cadherins

Über die Sekundärstruktur von LI-Cadherin ist bislang wenig bekannt. Es gibt keine Röntgenanalysen und keine NMR-spektroskopische Untersuchungen. Man kann nur aufgrund der Sequenzhomologien zu den bereits untersuchten klassischen Cadherinen vermuten, daß im LI-Cadherin ähnliche Verhältnisse in der entscheidenden Wechselwirkungsdomäne vorliegen. In Analogie zum E-Cadherin wurde angenommen, daß es im LI-Cadherin eine „homophile Erkennungsregion“ gibt, die in einer typischen beta-Turn-Struktur mit anschließenden Faltblattbereichen vorliegen sollte. Um den Einfluß verschiedener Saccharid-Antigene auf die Turn-Bildung zu untersuchen, wurden im ersten Teil der vorliegenden Arbeit verschiedene Saccharid-Antigen-Bausteine synthetisiert, mit denen dann im zweiten Teil der Arbeit durch sequentielle Festphasensynthese entsprechende Glycopeptidstrukturen aus dieser Region des LI-Cadherins aufgebaut wurden. Zur Synthese sämtlicher Antigen-Bausteine ging man von D-Galactose aus, die über das Galactal und eine Azidonitratisierung in vier Stufen zum Azidobromid umgesetzt wurde. In einer Koenigs-Knorr-Glycosylierung wurde dieses dann auf die Seitenkette eines geschützten Serin-Derivats übertragen. Reduktion und Schutzgruppenmanipulationen lieferten den TN Antigen-Baustein. Ein TN-Antigen-Derivat war Ausgangspunkt für die Synthesen der weiteren Glycosyl-Serin-Bausteine. So ließ sich mittels der Helferich-Glycosylierung der T Antigen-Baustein herstellen, und der STN-Antigen-Baustein wurde durch eine Sialylierungsreaktion und weitere Schutzgruppenmanipulationen erhalten. Da die Route über das T-Antigen-Derivat den Hauptsyntheseweg für die weiteren komplexeren Antigene bildete, wurden verschiedene Schutzgruppenmuster getestet. Darauf aufbauend ließen sich durch verschiede Glycosylierungsreaktionen und Schutzgruppenmanipulationen der komplexe (2->6)-ST-Antigen-Baustein, (2->3)-Sialyl-T- und Glycophorin-Antigen-Baustein synthetisieren. Im nächsten Abschnitt der Doktorarbeit wurden die synthetisierten Saccharid-Antigen-Serin-Konjugate in Festphasen-Glycopeptidsynthesen eingesetzt. Zunächst wurde ein mit dem TN Antigen glycosyliertes Tricosapeptid hergestellt. Mittels NMR-spektroskopischen Untersuchungen und folgenden Energieminimierungsberechnungen konnte eine dreidimensionale Struktur ermittelt werden. Die Peptidsequenz des Turn-bildenden Bereichs wurde für die folgenden Synthesen gewählt. Die Abfolge der einzelnen Reaktionsschritte für die Festphasensynthesen mit den verschiedenen Saccharid-Antigen-Bausteinen war ähnlich. Insgesamt verlief die Festphasen-Glycopeptidsynthese in starker Abhängigkeit vom sterischen Anspruch der Saccharid-Bausteine. Sämtliche so synthetisierten Glycopeptide wurden NMR spektroskopisch charakterisiert und mittels NOE-Experimenten hinsichtlich ihrer Konformation untersucht. Durch diese Bestimmung der räumlichen Protonen-Protonen-Kontakte konnte mittels Rechnungen zur Energieminimierung, basierend auf MM2 Kraftfeldern, eine dreidimensionale Struktur für die Glycopeptide postuliert werden. Sämtliche synthetisierten Glycopeptide weisen eine schleifenartige Konformation auf. Der Einfluß der Saccharid-Antigene ist unterschiedlich, und läßt sich in drei Gruppen einteilen.

Untersuchungen zur Struktur und Funktion des Vibrio cholerae Cytolysins

Vibrio cholerae Cytolysin (VCC) gehört zur Gruppe der Exotoxine und bildet auf Membranen heptamere transmembrane Poren. VCC wird als protoxin mit einem Molekulargewicht von 79 kDa sezerniert und benötigt die proteolytische Spaltung der N-terminalen Pro-Region um Poren in der Membran zu bilden. Diese Spaltung erfolgt sowohl in Lösung, als auch nach der Bindung an Membranen, aber nur aktiviertes VCC oligomererisiert in eine lytische Pore. Die Kristallstruktur von VCC zeigt, dass das Monomer vier verschiedenen strukturellen Domänen enthält; die cytolytische Domäne, mit der Pre-Stem-Sequenz, der Pro-Region und den beiden C-terminalen Domänen β-Trefoil und β-Prism. Die porenbildende β-Barrel wird aus je einer Pre-Stem Domäne jedes der einzelnen sieben Untereinheiten gebildet. Da sich die porenbildende Region im Monomer zwischen den Domänen β-Prism und β-Trefoil befindet, sind konformationelle Änderungen des Toxins notwendig, um die Insertion dieser Region in die Membran zu ermöglichen. In dieser Arbeit wurde unter anderem der Mechanismus der Porenbildung durch die Konstruktion von Disulfid-Derivaten untersucht. Die Bildung von Disulfidbrücken wurde verwendet, um die porenbildende Region entweder mit der β-Trefoil oder β-Prism Domäne zu verknüpfen. Unter nicht-reduzierenden Bedingungen bindet das Toxin an Membranen und oligomerisiert zu SDS-labilen Oligomeren. Nach der Reduktion der künstlichen Disulfidbrücke erlangen die gebildeten Oligomere SDS-Stabilität und permeabilisieren die Membran. Durch die Zugabe steigender Konzentrationen des VCC-Derivats zu aktivem Toxin, wird die SDS-Stabilität der gebildeten Oligomere stark reduziert. Die Insertion des aktiven Toxins in die Membran wird allerdings nicht verhindert und daher Poren mit reduziertem funktionellen Durchmesser gebildet. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass die Bildung einer Prä-Pore vor der Insertion des Toxins in die Membran erfolgt und zeigt zum ersten Mal ein solches Zwischenstadium für ein β-porenbildendes Toxin, das von Gram-negativen Organismen produziert wird. Diese Ergebnisse deuten auf einen archetypischen Mechanismus der Porenbildung hin. Zusätzlich wurde die Funktion der beiden C-terminalen Domänen untersucht, und daher verschiedene Deletions- und Substitutionsmutanten konstruiert. Die β-Trefoil Domäne ist nicht essentiell für die Bindung des Toxins an Membranen, ist aber für die korrekte Faltung des Toxins notwendig. Die C-terminale β-Prism Domäne vermittelt die Bindung des Toxins an Membranen über Zuckerrezeptoren.

Strukturbildung durch Selbstorganisation von Oligonukleotiden

Die DNA-Doppelhelix ist eine relativ dicke (Ø ≈ 2 nm), kompakte und dadurch auf kurzen Längenskalen relativ steife Verbindung (lp[dsDNA] ≈ 50-60 nm), mit einer klar definierten Struktur, die durch biologische Methoden sehr präzise manipuliert werden kann. Die Auswirkungen der primären Sequenz auf die dreidimensionale Strukturbildung ist gut verstanden und exakt vorhersagbar. Des Weiteren kann DNA an verschiedenen Stellen mit anderen Molekülen verknüpft werden, ohne dass ihre Selbsterkennung gestört wird. Durch die helikale Struktur besteht außerdem ein Zusammenhang zwischen der Lage und der räumlichen Orientierung von eingeführten Modifikationen. Durch moderne Syntheseverfahren lassen sich beliebige Oligonukleotidsequenzen im Bereich bis etwa 150-200 Basen relativ preiswert im Milligrammmaßstab herstellen. Diese Eigenschaften machen die DNA zu einem idealen Kandidaten zur Erzeugung komplexer Strukturen, die durch Selbsterkennung der entsprechenden Sequenzen gebildet werden. In der hier vorgelegten Arbeit wurden einzelsträngige DNA-Abschnitte (ssDNA) als adressierbare Verknüpfungsstellen eingesetzt, um verschiedene molekulare Bausteine zu diskreten nicht periodischen Strukturen zu verbinden. Als Bausteine dienten flexible synthetische Polymerblöcke und semiflexible Doppelstrang-DNA-Abschnitte (dsDNA), die an beiden Enden mit unterschiedlichen Oligonukleotidsequenzen „funktionalisiert“ sind. Die zur Verknüpfung genutzten Oligonukleotidabschnitte wurden so gewählt (n > 20 Basen), dass ihre Hybridisierung zu einer bei Raumtemperatur stabilen Doppelstrangbildung führt. Durch Kombination der Phosphoramiditsynthese von DNA mit einer festkörpergestützten Blockkopplungsreaktion konnte am Beispiel von Polyethylenoxiden ein sehr effektiver Syntheseweg zur Herstellung von ssDNA1-PEO-ssDNA2-Triblockcopolymeren entwickelt werden, der sich problemlos auf andere Polymere übertragen lassen sollte. Die Längen und Basenabfolgen der beiden Oligonukleotidsequenzen können dabei unabhängig voneinander frei gewählt werden. Somit wurden die Voraussetzungen geschaffen, um die Selbsterkennung von Oligonukleotiden durch Kombination verschiedener Triblockcopolymere zur Erzeugung von Multiblockcopolymeren zu nutzen, die mit klassischen Synthesetechniken nicht zugänglich sind. Semiflexible Strukturelemente lassen sich durch die Synthese von Doppelstrangfragmenten mit langen überstehenden Enden (sticky-ends) realisieren. Die klassischen Ansätze der molekularen Genetik zur Erzeugung von sticky-ends sind in diesem Fall nicht praktikabel, da sie zu Einschränkungen im Bezug auf Länge und Sequenz der überhängenden Enden führen. Als Methode der Wahl haben sich zwei verschiedene Varianten der Polymerase Kettenreaktion (PCR) erwiesen, die auf der Verwendung von teilkomplementären Primern beruhen. Die eigentlichen Primersequenzen wurden am 5´-Ende entweder über ein 2´-Desoxyuridin oder über einen kurzen Polyethylenoxid-Spacer (n = 6) mit einer frei wählbaren „sticky-end-Sequenz“ verknüpft. Mit diesen Methoden sind sowohl 3´- als auch 5´-Überhänge zugänglich und die Länge der Doppelstrangabschnitte kann über einen breiten Molmassenbereich sehr exakt eingestellt werden. Durch Kombination derartiger Doppelstrangfragmente mit den biosynthetischen Triblockcopolymeren lassen sich Strukturen erzeugen, die als Modellsysteme zur Untersuchung verschiedener Biomoleküle genutzt werden können, die in Form eines mehrfach gebrochenen Stäbchens vorliegen. Im letzten Abschnitt wurde gezeigt, dass durch geeignete Wahl der überstehenden Enden bzw. durch Hybridisierung der Doppelstrangfragmente mit passenden Oligonukleotiden verzweigte DNA-Strukturen mit Armlängen von einigen hundert Nanometern zugänglich sind. Im Vergleich zu den bisher veröffentlichten Methoden bietet diese Herangehensweise zwei entscheidende Vorteile: Zum einen konnte der Syntheseaufwand auf ein Minimum reduziert werden, zum anderen ist es auf diesem Weg möglich die Längen der einzelnen Arme, unabhängig voneinander, über einen breiten Molmassenbereich zu variieren.