Further Withaphysalin Derivatives from Acnistus arborescens

Two new epimeric chlorinated withaphysalins, rel-(4 beta,5 beta,6 alpha,18S,22R)- and rel-(4 beta,5 beta,6 alpha,18R,22R)-6-chloro-18,20-epoxy-18-ethoxy-4,5-dihydroxy-1- oxowitha-2,24-diene-26,22-lactone (1 and 2 resp.), together with the new rel-(4 beta,5 beta,6a,18R,22R)-6-chloro-18,20-epoxy-4,5-dihydroxy-18-methoxy-1-oxowitha-2,24-diene-26,22-lactone (3) and rel-(3 beta,4 beta,5 beta,6 beta,18R,22R)-5,6:18,20-diepoxy-3,18-diethoxy-4-hydroxy-1-oxowith-24-ene-26,22-lactone (4) were isolated from the leaves of Acnistus arborescens and named withaphysalins TW, respectively. The final structures and the complete 1H- and 13C-NMR assignments of the three chlorowithaphysalins 13 were performed by means of HR-ESI-MS and 1D- and 2D-NMR experiments, including COSY, HSQC, and HMBC, beside comparison with spectral data of analogous compounds from the literature. The structure of 4 was also confirmed by means of a single-crystal X-ray diffraction analysis.

Exogenous ornithine is an effective precursor and the delta-ornithine amino transferase pathway contributes to proline accumulation under high N recycling in salt-stressed cashew leaves

The role of the delta-ornithine amino transferase (OAT) pathway in proline synthesis is still controversial and was assessed in leaves of cashew plants subjected to salinity. The activities of enzymes and the concentrations of metabolites involved in proline synthesis were examined in parallel with the capacity of exogenous ornithine and glutamate to induce proline accumulation. Proline accumulation was best correlated with OAT activity, which increased 4-fold and was paralleled by NADH oxidation coupled to the activities of OAT and Delta(1)-pyrroline-5-carboxylate reductase (P5CR), demonstrating the potential of proline synthesis via OAT/P5C. Overall, the activities of GS. GOGAT and aminating GDH remained practically unchanged under salinity. The activity of P5CR did not respond to NaCl whereas Delta(1)-pyrroline-5-carboxylate dehydrogenase was sharply repressed by salinity. We suggest that if the export of P5C from the mitochondria to the cytosol is possible, its subsequent conversion to proline by P5CR may be important. In a time-course experiment, proline accumulation was associated with disturbances in amino acid metabolism as indicated by large increases in the concentrations of ammonia, free amino acids, glutamine, arginine and ornithine. Conversely, glutamate concentrations increased moderately and only within the first 24 h. Exogenous feeding of ornithine as a precursor was very effective in inducing proline accumulation in intact plants and leaf discs, in which proline concentrations were several times higher than glutamate-fed or salt-treated plants. Our data suggest that proline accumulation might be a consequence of salt-induced increase in N recycling, resulting in increased levels of ornithine and other metabolites involved with proline synthesis and OAT activity. Under these metabolic circumstances the OAT pathway might contribute significantly to proline accumulation in salt-stressed cashew leaves. (C) 2011 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Fatty acids as a tool to compare cachara (Pseudoplatystoma reticulatum) (Siluriformes: Pimelodidae) and hybrid (Pseudoplatystoma corruscans x Pseudoplatystoma reticulatum) larvae during early development

In this study, we investigated the physiological alterations during ontogeny for cachara (Pseudoplatystoma reticulatum) and their hybrid larvae (Pseudoplatystoma corruscans x P. reticulatum) using lipids and fatty acids as physiological tools to elucidate the basis for differences in these groups' productivity in an industrial setting. Eggs and larvae samples were collected during January and February of 2008 in the city of Bandeirantes, MS, and were divided into three primary phases: phase I (0-16 h after fertilization); phase II (24 h after fertilization to 6 days after fertilization); and phase III (7-25 days after fertilization). The larvae of both groups showed a high degree of similarity, suggesting that the hybrid larvae showed a high level of heritability from the cachara broodstock. Analysis of the total lipid content provided evidence that there is no alteration in lipid concentration during ontogeny for both groups (i.e., the cachara and hybrids). However, the fatty acid profile showed that during the endogenous feeding period (phase II), when the larvae must use the energy reserves from the mother, the cachara larvae used mainly monounsaturated fatty acids for development. This is typical for most fish species, though notably, the hybrids preferentially used saturated fatty acids. Furthermore, certain specific changes demonstrate unique patterns of energy utilization and structural substrates, which may aid in elucidating the empirical differences reported by fish farmers (i.e., that the hybrids perform better than cacharas in captivity).

L-Carnitine induces recovery of liver lipid metabolism in cancer cachexia

Cancer cachexia causes metabolic alterations with a marked effect on hepatic lipid metabolism. l-Carnitine modulates lipid metabolism and its supplementation has been proposed as a therapeutic strategy in many diseases. In the present study, the effects of l-carnitine supplementation on gene expression and on liver lipid metabolism-related proteins was investigated in cachectic tumour-bearing rats. Wistar rats were assigned to receive 1 g/kg of l-carnitine or saline. After 14 days, supplemented and control animals were assigned to a control (N), control supplemented with l-carnitine (CN), tumour-bearing Walker 256 carcinosarcoma (TB) and tumour-bearing supplemented with l-carnitine (CTB) group. The mRNA expression of carnitine palmitoyltransferase I and II (CPT I and II), microsomal triglyceride transfer protein (MTP), liver fatty acid-binding protein (L-FABP), fatty acid translocase (FAT/CD36), peroxisome proliferator-activated receptor-alpha (PPAR-alpha) and organic cation transporter 2 (OCTN2) was assessed, and the maximal activity of CPT I and II in the liver measured, along with plasma and liver triacylglycerol content. The gene expression of MTP, and CPT I catalytic activity were reduced in TB, who also showed increased liver (150%) and plasma (3.3-fold) triacylglycerol content. l-Carnitine supplementation was able to restore these parameters back to control values (p < 0.05). These data show that l-carnitine preserves hepatic lipid metabolism in tumour-bearing animals, suggesting its supplementation to be of potential interest in cachexia.

Purification and characterization of a surfactin-like molecule produced by Bacillus sp. H2O-1 and its antagonistic effect against sulfate reducing bacteria

Abstract Background Bacillus sp. H2O-1, isolated from the connate water of a Brazilian reservoir, produces an antimicrobial substance (denoted as AMS H2O-1) that is active against sulfate reducing bacteria, which are the major bacterial group responsible for biogenic souring and biocorrosion in petroleum reservoirs. Thus, the use of AMS H2O-1 for sulfate reducing bacteria control in the petroleum industry is a promising alternative to chemical biocides. However, prior to the large-scale production of AMS H2O-1 for industrial applications, its chemical structure must be elucidated. This study also analyzed the changes in the wetting properties of different surfaces conditioned with AMS H2O-1 and demonstrated the effect of AMS H2O-1 on sulfate reducing bacteria cells. Results A lipopeptide mixture from AMS H2O-1 was partially purified on a silica gel column and identified via mass spectrometry (ESI-MS). It comprises four major components that range in size from 1007 to 1049 Da. The lipid moiety contains linear and branched β-hydroxy fatty acids that range in length from C13 to C16. The peptide moiety contains seven amino acids identified as Glu-Leu-Leu-Val-Asp-Leu-Leu. Transmission electron microscopy revealed cell membrane alteration of sulfate reducing bacteria after AMS H2O-1 treatment at the minimum inhibitory concentration (5 μg/ml). Cytoplasmic electron dense inclusions were observed in treated cells but not in untreated cells. AMS H2O-1 enhanced the osmosis of sulfate reducing bacteria cells and caused the leakage of the intracellular contents. In addition, contact angle measurements indicated that different surfaces conditioned by AMS H2O-1 were less hydrophobic and more electron-donor than untreated surfaces. Conclusion AMS H2O-1 is a mixture of four surfactin-like homologues, and its biocidal activity and surfactant properties suggest that this compound may be a good candidate for sulfate reducing bacteria control. Thus, it is a potential alternative to the chemical biocides or surface coating agents currently used to prevent SRB growth in petroleum industries.

Protein turnover, amino acid requirements and recommendations for athletes and active populations

Skeletal muscle is the major deposit of protein molecules. As for any cell or tissue, total muscle protein reflects a dynamic turnover between net protein synthesis and degradation. Noninvasive and invasive techniques have been applied to determine amino acid catabolism and muscle protein building at rest, during exercise and during the recovery period after a single experiment or training sessions. Stable isotopic tracers (13C-lysine, 15N-glycine, ²H5-phenylalanine) and arteriovenous differences have been used in studies of skeletal muscle and collagen tissues under resting and exercise conditions. There are different fractional synthesis rates in skeletal muscle and tendon tissues, but there is no major difference between collagen and myofibrillar protein synthesis. Strenuous exercise provokes increased proteolysis and decreased protein synthesis, the opposite occurring during the recovery period. Individuals who exercise respond differently when resistance and endurance types of contractions are compared. Endurance exercise induces a greater oxidative capacity (enzymes) compared to resistance exercise, which induces fiber hypertrophy (myofibrils). Nitrogen balance (difference between protein intake and protein degradation) for athletes is usually balanced when the intake of protein reaches 1.2 g·kg-1·day-1 compared to 0.8 g·kg-1·day-1 in resting individuals. Muscular activities promote a cascade of signals leading to the stimulation of eukaryotic initiation of myofibrillar protein synthesis. As suggested in several publications, a bolus of 15-20 g protein (from skimmed milk or whey proteins) and carbohydrate (± 30 g maltodextrine) drinks is needed immediately after stopping exercise to stimulate muscle protein and tendon collagen turnover within 1 h.

Structural and functional analysis of the hepatitis C virus non-structural protein 5A

Das Hepatitis C Virus (HCV) ist ein umhülltes RNA Virus aus der Familie der Flaviviridae. Sein Genom kodiert für ein ca. 3000 Aminosäuren langes Polyprotein, welches co- und posttranslational in seine funktionellen Einheiten gespalten wird. Eines dieser viralen Proteine ist NS5A. Es handelt sich hierbei um ein stark phosphoryliertes Protein, das eine amphipatische α-Helix im Amino-Terminus trägt, welche für die Membran-Assoziation von NS5A verantwortlich ist. Welche Rolle die Phosphorylierung für die Funktion des Proteins spielt, bzw. welche Funktion NS5A überhaupt ausübt, ist zur Zeit noch unklar. Beobachtungen lassen Vermutungen über eine Funktion von NS5A bei der Resistenz infizierter Zellen gegenüber Interferon-alpha zu. Weiterhin wird vermutet, das NS5A als Komponente des membranständigen HCV Replikasekomplexes an der RNA Replikation beteiligt ist. Das Ziel dieser Doktorarbeit war es, die Funktion von NS5A für die RNA Replikation zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurde eine Serie von Phosphorylierungsstellen-Mutanten generiert, die auf Ihre Replikationsfähigkeit und den Phosphorylierungsstatus hin untersucht wurden. Wir fanden, dass bestimmte Serin-Substitutionen im Zentrum von NS5A zu einer gesteigerten RNA Replikation führten, bei gleichzeitig reduzierter NS5A Hyperphosphorylierung. Weiterhin studierten wir den Einfluß von Mutationen in der Amino-terminalen amphipatischen α-Helix von NS5A auf die RNA-Replikation, sowie Phosphorylierung und subzelluläre Lokalisation des Proteins. Wir fanden, dass geringfügige strukturelle Veränderungen der amphipatischen Helix zu einer veränderten subzellulären Lokalisation von NS5A führten, was mit einer reduzierten oder komplett inhibierten RNA Replikation einherging. Zudem interferierten die strukturellen Veränderungen mit der Hyperphosphorylierung des Proteins, was den Schluß nahe legt, dass die amphipatische Helix eine wichtige strukturelle Komponente des Proteins darstellt, die für die korrekte Faltung und Phosphorylierung des Proteins essentiell ist. Als weitere Aspekte wurden die Trans-Komplementationsfähigkeit der verschiedenen viralen Komponenten des HCV Replikasekomplexes untersucht, sowie zelluläre Interaktionspartner von NS5A identifiziert. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse dieser Doktorarbeit, dass NS5A eine wichtige Rolle bei der RNA-Replikation spielt. Diese Funktion wird wahrscheinlich über den Phosphorylierungszustand des Proteins reguliert.

Synthese, 18 F-Markierung, 11 C-Markierung und Evaluierung Hydantoin-substituierter Indolcarbonsäuren zur Visualisierung des NMDA-Rezeptorstatus mittels der Positronen-Emissions-Tomographie (PET)

Der N-methyl-D-aspartat-Rezeptor (NMDA), als Vertreter ionotroper Glutamat-Rezeptoren, ist essentiell für physiologische Lern- und Gedächtnisvorgänge und eine krankhafte Überaktivierung wird als potentielle Ursache für eine Reihe von akuten und chronischen neurodegenerativen Erkrankungen angesehen. Hierbei sind für die akuten Erkrankungen vor allem der Schlaganfall und für die chronischen Erkrankungen Morbus Parkinson sowie die Alzheimer´sche Demenz zu nennen. Durch seine einzigartige spannungsabhängige Mg2+-Blockade und der Notwendigkeit der gleichzeitigen Anwesenheit der endogenen Liganden Glutamat und Glycin zur Rezeptoraktivierung, stellt dieser Rezeptorkomplex daher ein sehr interessantes molekulares Target dar. NMDA-Rezeptor-Antagonisten der Glycin-Bindungsstelle und der verschiedenen allosterischen Bindungsstellen könnten als Neuroprotektiva bei den verschiedenen Krankheiten eine symptomatische Verbesserung bewirken und zur Therapie eingesetzt werden. Eine visuelle Darstellung des Rezeptors im Rahmen von Vorsorgeuntersuchungen ist jedoch derzeit nicht möglich. Zur Visualisierung dieser Prozesse mittels der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) wurden basierend auf einer Hydantoin-substituierten Indol-2-carbonsäure als Leitstruktur, im Rahmen dieser Arbeit Fluorethoxy- und Methoxy-substituierte Derivate dargestellt und in pharmazeutischen und radiopharmazeutischen Studien evaluiert. Dazu wurde die Affinität und Spezifität zum Rezeptor in einem [3H]MDL-105,519 Rezeptorbindungsassay und die Lipophilie als Parameter für die Hirngängigkeit ermittelt. Anhand dieser Resultate wurden geeignete Markierungsvorläufer synthetisiert, welche eine phenolische Hydroxylfunktion besitzen und eine radioaktive Markierung mit den sekundären Markierungsvorläufern 2-[18F]Fluorethyltosylat ([18F]FETos) und [11C]Methyliodid ([11C]CH3I) ermöglichen. Unter Verwendung von 4,6-Dichlor-3-((3-(4-hydroxyphenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäure wurde in einer Einstufenreaktion mit [18F]FETos die Zielverbindung 4,6-Dichlor-3-((3-(4-(2-[18F]fluorethoxy)phenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäure in radiochemischen Ausbeuten von 6 % erhalten. Daher wurde eine alternative Markierung des Ethylester-geschützten Derivates 4,6-Dichlor-3-((3-(4-hydroxyphenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäureethylester in einer Zweistufensynthese mit [18F]FETos und [11C]CH3I untersucht. Unter Verwendung dieser Strategie wurden unter optimierten Bedingungen 4,6-Dichlor-3-((3-4-(2-[18F]fluorethoxy)phenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäureethylester und 4,6-Dichlor-3-((3-(4-[11C]methoxy-phenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)-methyl)-indol-2-carbonsäureethylester in radiochemischen Ausbeuten von 27 – 38 % erhalten. Die anschließende Entfernung der Schutzgruppe führte unter Bildung von Neben- und Zersetzungsreaktionen zu 4,6-Dichlor-3-((3-(4-(2-[18F]fluorethoxy)-phenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäure und 4,6-Dichlor-3-((3-(4-[11C]methoxyphenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäure in radiochemischen Gesamtausbeuten von 5 – 7 %. Die Überprüfung des biochemischen Konzepts in vivo durch µ-PET-Studien und durch autoradiographische Experimente an Rattenhirnschnitten, deuten auf eine niedrige in vivo-Aktivität hin, welche sich auf eine nicht ausreichende Passage der Blut-Hirn-Schranke zurückführen lässt.

Derivate des Ionentransporters Valinomycin

In der vorliegenden Arbeit wurden Derivate des Ionentransporters Valinomycin synthetisiert und als Sensorelemente in Modellmembransysteme inkorporiert. Als Modellmembranen wurden festkörpergestützte Lipiddoppelschichten (tBLMs, tethered bilayer lipid membranes) verwendet. rnValinomycin transportiert selektiv Kalium-Ionen durch Membranen, was durch einen Rückgang des Widerstandes über elektrochemische Messmethoden nachgewiesen werden kann. Es ist ein zyklisches Dodecadepsipeptid, das aus zwei verschiedenen Aminosäuren (L- und D-Valin) und  Hydroxysäuren (L Milchsäure und D Hydroxyisovaleriansäure) besteht. In dieser Arbeit wurde ein L Valin durch ein L-Lysin ausgetauscht, um eine freie Aminogruppe zum Anbinden verschiedenster Liganden zu erhalten. rnDie Synthese erfolgte in Lösung über einen linearen Decadepsipeptid-Precursor, hierbei wurde hauptsächlich mit Benzyl- und Boc-Schutzgruppen gearbeitet. An den Precursor wurden dann unterschiedlich modifizierte Lysin-Didepside gebunden und das daraus erhaltene lineare Dodecadepsipeptid zyklisiert.rnInsgesamt wurden sechs verschiedene Derivate synthetisiert, deren Ionentransportfähigkeit mit Hilfe eines angebundenen Liganden blockiert wurde. Diese Blockade kann entweder mechanisch durch Festhalten des Ionencarriers an der Oberfläche der Membran oder chemisch durch Einbringen einer Ladung erfolgen, da geladene Moleküle eine Membran nicht überwinden können. rnAcetyl-Lysin-Valinomycin wurde als Testsystem hergestellt, um zu zeigen, dass die Synthese einen funktionsfähigen Ionencarrier ergeben hatte. Im nächsten Schritt wurde Lysin-Valinomycin mit freier Aminogruppe synthetisiert, um es als pH-Sensor zu nutzen und damit zu überprüfen, ob das chemische Einbringen einer Ladung möglich ist. Es konnte ein pH abhängiger Kalium-Transport nachgewiesen werden, die Blockade der Ionentransportfähigkeit über eine eingebrachte Ladung ist somit möglich. rnAuf dem gleichen Konzept beruht Ferrocen-Valinomycin. Wird der Ferrocen-Ligand oxidiert, liegt eine positive Ladung vor und der Ionencarrier kann die Membran nicht mehr überwinden. Eine Reduktion macht diesen Prozess reversibel. Ferrocen-Valinomycin konnte innerhalb einer tBLM chemisch oxidiert und reduziert werden, dieses System kann somit als chemischer Redox-Sensor eingesetzt werden.rnEine mechanische Blockade liegt dem Biotin- und dem Sulfonamid-Valinomycin zugrunde. Dabei soll die Zugabe von Streptavidin bzw. BCA II (bovine Carboanhydrase) den Ionentransport durch die Membran stoppen. Beide Valinomycin-Derivate zeigten aber keine Ionentransportfähigkeit, eine Inkorporation in tBLMs konnte jedoch über SPR gezeigt werden. rnDie Synthese eines fluoreszenz-markierten (FITC) Valinomycins ergab zwar auch keinen transportfähigen Ionencarrier, aber mit diesem Derivat konnte der Diffusionskoeffizient von Valinomycin in sBLMs mit Hilfe von Fluorescence Recovery after photobleaching (FRAP) bestimmt werden.rn

Water-soluble organic compounds in air particulate matter analyzed by HPLC-DAD-MS and HPLC-MS/MS: abundance, sources and transformation of carboxylic acids, nitrophenols and nitrated proteins

Wasserlösliche organische Verbindungen (WSOCs) sind Hauptbestandteile atmosphärischer Aerosole, die bis zu ~ 50% und mehr der organischen Aerosolfraktion ausmachen. Sie können die optischen Eigenschaften sowie die Hygroskopizität von Aerosolpartikeln und damit deren Auswirkungen auf das Klima beeinflussen. Darüber hinaus können sie zur Toxizität und Allergenität atmosphärischer Aerosole beitragen.In dieser Studie wurde Hochleistungsflüssigchromatographie gekoppelt mit optischen Diodenarraydetektion und Massenspektrometrie (HPLC-DAD-MS und HPLC-MS/MS) angewandt, um WSOCs zu analysieren, die für verschiedene Aerosolquellen und -prozesse charakteristisch sind. Niedermolekulare Carbonsäuren und Nitrophenole wurden als Indikatoren für die Verbrennung fossiler Brennstoffe und die Entstehung sowie Alterung sekundärer organischer Aerosole (SOA) aus biogenen Vorläufern untersucht. Protein-Makromoleküle wurden mit Blick auf den Einfluss von Luftverschmutzung und Nitrierungsreaktionen auf die Allergenität primärer biologischer Aerosolpartikel – wie Pollen und Pilzsporen – untersucht.rnFilterproben von Grob- und Feinstaubwurden über ein Jahr hinweg gesammelt und auf folgende WSOCs untersucht: die Pinen-Oxidationsprodukte Pinsäure, Pinonsäure und 3-Methyl-1,2,3-Butantricarbonsäure (3-MBTCA) sowie eine Vielzahl anderer Dicarbonsäuren und Nitrophenole. Saisonale Schwankungen und andere charakteristische Merkmale werden mit Blick auf Aerosolquellen und -senken im Vergleich zu Daten anderen Studien und Regionen diskutiert. Die Verhätlnisse von Adipinsäure und Phthalsäure zu Azelainsäure deuten darauf hin, dass die untersuchten Aerosolproben hauptsächlich durch biogene Quellen beeinflusst werden. Eine ausgeprägte Arrhenius-artige Korrelation wurde zwischen der 3-MBTCA-¬Konzentration und der inversen Temperatur beobachtet (R2 = 0.79, Ea = 126±10 kJ mol-1, Temperaturbereich 275–300 K). Modellrechnungen zeigen, dass die Temperaturabhängigkeit auf eine Steigerung der photochemischen Produktionsraten von 3-MBTCA durch erhöhte OH-Radikal-Konzentrationen bei erhöhten Temperaturen zurückgeführt werden kann. Im Vergleich zur chemischen Reaktionskinetik scheint der Einfluss von Gas-Partikel-Partitionierungseffekten nur eine untergeordnete Rolle zu spielen. Die Ergebnisse zeigen, dass die OH-initiierte Oxidation von Pinosäure der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Bildung von 3-MBTCA ist. 3-MBTCA erscheint somit als Indikator für die chemische Alterung von biogener sekundärer organischer Aerosole (SOA) durch OH-Radikale geeignet. Eine Arrhenius-artige Temperaturabhängigkeit wurde auch für Pinäure beobachtet und kann durch die Temperaturabhängigkeit der biogenen Pinen-Emissionen als geschwindigkeitsbestimmender Schritt der Pinsäure-Bildung erklärt werden (R2 = 0.60, Ea = 84±9 kJ mol-1).rn rnFür die Untersuchung von Proteinnitrierungreaktionen wurde nitrierte Protein¬standards durch Flüssigphasenreaktion von Rinderserumalbumin (BSA) und Ovalbumin (OVA) mit Tetranitromethan (TNM) synthetisiert.Proteinnitrierung erfolgt vorrangig an den Resten der aromatischen Aminosäure Tyrosin auf, und mittels UV-Vis-Photometrie wurde der Proteinnnitrierungsgrad (ND) bestimmt. Dieser ist definiert als Verhältnis der mittleren Anzahl von Nitrotyrosinresten zur Tyrosinrest-Gesamtzahl in den Proteinmolekülen. BSA und OVA zeigten verschiedene Relationen zwischen ND und TNM/Tyrosin-Verhältnis im Reaktionsgemisch, was vermutlich auf Unterschiede in den Löslichkeiten und den molekularen Strukturen der beiden Proteine zurück zu führen ist.rnDie Nitrierung von BSA und OVA durch Exposition mit einem Gasgemisch aus Stickstoffdioxid (NO2) und Ozon (O3) wurde mit einer neu entwickelten HPLC-DAD-¬Analysemethode untersucht. Diese einfache und robuste Methode erlaubt die Bestimmung des ND ohne Hydrolyse oder Verdau der untersuchten Proteine und ernöglicht somit eine effiziente Untersuchung der Kinetik von Protein¬nitrierungs-Reaktionen. Für eine detaillierte Produktstudien wurden die nitrierten Proteine enzymatisch verdaut, und die erhaltenen Oligopeptide wurden mittels HPLC-MS/MS und Datenbankabgleich mit hoher Sequenzübereinstimmung analysiert. Die Nitrierungsgrade individueller Nitrotyrosin-Reste (NDY) korrelierten gut mit dem Gesamt-Proteinnitrierungsgrad (ND), und unterschiedliche Verhältnisse von NDY zu ND geben Aufschluss über die Regioselektivität der Reaktion. Die Nitrierungmuster von BSA und OVA nach Beahndlung mit TNM deuten darauf hin, dass die Nachbarschaft eines negativ geladenen Aminosäurerestes die Tyrosinnitrierung fördert. Die Behandlung von BSA durch NO2 und O3 führte zu anderend Nitrierungemustern als die Behandlung mit TNM, was darauf hindeutet, dass die Regioselektivität der Nitrierung vom Nitrierungsmittel abhängt. Es zeigt sich jedoch, dass Tyrosinreste in Loop-Strukturen bevorzugt und unabhängig vom Reagens nitriert werden.Die Methoden und Ergebnisse dieser Studie bilden eine Grundlage für weitere, detaillierte Untersuchungen der Reaktionskinetik sowie der Produkte und Mechanismen von Proteinnitrierungreaktionen. Sie sollen helfen, die Zusammenhänge zwischen verkehrsbedingten Luftschadstoffen wie Stickoxiden und Ozon und der Allergenität von Luftstaub aufzuklären.rn

Genexpressionsanalyse der fötalen Wachstumsfuge des Rindes

Erkrankungen des Skelettapparats wie beispielsweise die Osteoporose oder Arthrose gehören neben den Herz-Kreislauferkrankungen und Tumoren zu den Häufigsten Erkrankungen des Menschen. Ein besseres Verständnis der Bildung und des Erhalts von Knochen- oder Knorpelgewebe ist deshalb von besonderer Bedeutung. Viele bisherige Ansätze zur Identifizierung hierfür relevanter Gene, deren Produkte und Interaktionen beruhen auf der Untersuchung pathologischer Situationen. Daher ist die Funktion vieler Gene nur im Zusammenhang mit Krankheiten beschrieben. Untersuchungen, die die Genaktivität bei der Normalentwicklung von knochen- und knorpelbildenden Geweben zum Ziel haben, sind dagegen weit weniger oft durchgeführt worden. rnEines der entwicklungsphysiologisch interessantesten Gewebe ist die Epiphysenfuge der Röhrenknochen. In dieser sogenannten Wachstumsfuge ist insbesondere beim fötalen Gewebe eine sehr hohe Aktivität derjenigen Gene zu erwarten, die an der Knochen- und Knorpelbildung beteiligt sind. In der vorliegenden Arbeit wurde daher aus der Epiphysenfuge von Kälberknochen RNA isoliert und eine cDNA-Bibliothek konstruiert. Von dieser wurden ca. 4000 Klone im Rahmen eines klassischen EST-Projekts sequenziert. Durch die Analyse konnte ein ungefähr 900 Gene umfassendes Expressionsprofil erstellt werden und viele Transkripte für Komponenten der regulatorischen und strukturbildenden Bestandteile der Knochen- und Knorpelentwicklung identifiziert werden. Neben den typischen Genen für Komponenten der Knochenentwicklung sind auch deutlich Bestandteile für embryonale Entwicklungsprozesse vertreten. Zu ersten gehören in erster Linie die Kollagene, allen voran Kollagen II alpha 1, das mit Abstand höchst exprimierte Gen in der fötalen Wachstumsfuge. Nach den ribosomalen Proteinen stellen die Kollagene mit ca. 10 % aller auswertbaren Sequenzen die zweitgrößte Gengruppe im erstellten Expressionsprofil dar. Proteoglykane und andere niedrig exprimierte regulatorische Elemente, wie Transkriptionsfaktoren, konnten im EST-Projekt aufgrund der geringen Abdeckung nur in sehr geringer Kopienzahl gefunden werden. Allerdings förderte die EST-Analyse mehrere interessante, bisher nicht bekannte Transkripte zutage, die detaillierter untersucht wurden. Dazu gehören Transkripte die, die dem LOC618319 zugeordnet werden konnten. Neben den bisher beschriebenen drei Exonbereichen konnte ein weiteres Exon im 3‘-UTR identifiziert werden. Im abgeleiteten Protein, das mindestens 121 AS lang ist, wurden ein Signalpeptid und eine Transmembrandomäne nachgewiesen. In Verbindung mit einer möglichen Glykosylierung ist das Genprodukt in die Gruppe der Proteoglykane einzuordnen. Leicht abweichend von den typischen Strukturen knochen- und knorpelspezifischer Proteoglykane ist eine mögliche Funktion dieses Genprodukts bei der Interaktion mit Integrinen und der Zell-Zellinteraktion, aber auch bei der Signaltransduktion denkbar. rnDie EST-Sequenzierungen von ca. 4000 cDNA-Klonen können aber in der Regel nur einen Bruchteil der möglichen Transkripte des untersuchten Gewebes abdecken. Mit den neuen Sequenziertechnologien des „Next Generation Sequencing“ bestehen völlig neue Möglichkeiten, komplette Transkriptome mit sehr hoher Abdeckung zu sequenzieren und zu analysieren. Zur Unterstützung der EST-Daten und zur deutlichen Verbreiterung der Datenbasis wurde das Transkriptom der bovinen fötalen Wachstumsfuge sowohl mit Hilfe der Roche-454/FLX- als auch der Illumina-Solexa-Technologie sequenziert. Bei der Auswertung der ca. 40000 454- und 75 Millionen Illumina-Sequenzen wurden Verfahren zur allgemeinen Handhabung, der Qualitätskontrolle, dem „Clustern“, der Annotation und quantitativen Auswertung von großen Mengen an Sequenzdaten etabliert. Beim Vergleich der Hochdurchsatz Blast-Analysen im klassischen „Read-Count“-Ansatz mit dem erstellten EST-Expressionsprofil konnten gute Überstimmungen gezeigt werden. Abweichungen zwischen den einzelnen Methoden konnten nicht in allen Fällen methodisch erklärt werden. In einigen Fällen sind Korrelationen zwischen Transkriptlänge und „Read“-Verteilung zu erkennen. Obwohl schon simple Methoden wie die Normierung auf RPKM („reads per kilo base transkript per million mappable reads“) eine Verbesserung der Interpretation ermöglichen, konnten messtechnisch durch die Art der Sequenzierung bedingte systematische Fehler nicht immer ausgeräumt werden. Besonders wichtig ist daher die geeignete Normalisierung der Daten beim Vergleich verschieden generierter Datensätze. rnDie hier diskutierten Ergebnisse aus den verschiedenen Analysen zeigen die neuen Sequenziertechnologien als gute Ergänzung und potentiellen Ersatz für etablierte Methoden zur Genexpressionsanalyse.rn

Cellular localization and mechanism of amyloid precursor protein (APP) homodimer formation in an oxidizing environment

The amyloid precursor protein (APP) is a type I transmembrane glycoprotein, which resembles a cell surface receptor, comprising a large ectodomain, a single spanning transmembrane part and a short C-terminal, cytoplasmic domain. It belongs to a conserved gene family, with over 17 members, including also the two mammalian APP homologues proteins APLP1 and APLP2 („amyloid precursor like proteins“). APP is encoded by 19 exons, of which exons 7, 8, and 15 can be alternatively spliced to produce three major protein isoforms APP770, APP751 and APP695, reflecting the number of amino acids. The neuronal APP695 is the only isoform that lacks a Kunitz Protease Inhibitor (KPI) domain in its extracellular portion whereas the two larger, peripheral APP isoforms, contain the 57-amino-acid KPI insert. rnRecently, research effort has suggested that APP metabolism and function is thought to be influenced by homodimerization and that the oligomerization state of APP could also play a role in the pathology of Alzheimer's disease (AD), by regulating its processing and amyloid beta production. Several independent studies have shown that APP can form homodimers within the cell, driven by motifs present in the extracellular domain, as well as in the juxtamembrane (JM) and transmembrane (TM) regions of the molecule, whereby the exact molecular mechanism and the origin of dimer formation remains elusive. Therefore, we focused in our study on the actual subcellular origin of APP homodimerization within the cell, an underlying mechanism, and a possible impact on dimerization properties of its homologue APLP1. Furthermore, we analyzed homodimerization of various APP isoforms, in particular APP695, APP751 and APP770, which differ in the presence of a Kunitz-type protease inhibitor domain (KPI) in the extracellular region. In order to assess the cellular origin of dimerization under different cellular conditions, we established a mammalian cell culture model-system in CHO-K1 (chinese hamster ovary) cells, stably overexpressing human APP, harboring dilysine based organelle sorting motifs at the very C-terminus [KKAA-Endoplasmic Reticulum (ER); KKFF-Golgi]. In this study we show that APP exists as disulfide-bound, SDS-stable dimers, when it was retained in the ER, unlike when it progressed further to the cis-Golgi, due to the KKFF ER exit determinant. These stable APP complexes were isolated from cells, and analyzed by SDS–polyacrylamide gel electrophoresis under non-reducing conditions, whereas strong denaturing and reducing conditions completely converted those dimers to monomers. Our findings suggested that APP homodimer formation starts early in the secretory pathway and that the unique oxidizing environment of the ER likely promotes intermolecular disulfide bond formation between APP molecules. We particularly visualized APP dimerization employing a variety of biochemical experiments and investigated the origin of its generation by using a Bimolecular Fluorescence Complementation (BiFC) approach with split GFP-APP chimeras. Moreover, using N-terminal deletion constructs, we demonstrate that intermolecular disulfide linkage between cysteine residues, exclusively located in the extracellular E1 domain, represents another mechanism of how an APP sub-fraction can dimerize within the cell. Additionally, mutational studies revealed that cysteines at positions 98 and 105, embedded in the conserved loop region within the E1 domain, are critical for interchain disulfide bond formation. Using a pharmacological treatment approach, we show that once generated in the oxidative environment of the ER, APP dimers remain stably associated during transport, reaching the plasma membrane. In addition, we demonstrate that APP isoforms, encompassing the KPI domain, exhibit a strongly reduced ability to form cis-directed dimers in the ER, whereas trans-directed cell aggregation of Drosophila Schneider (S2)-cells was isoform independent, mediating cell-cell contacts. Thus, suggesting that steric properties of KPI-APP might be the cause for weaker cis-interaction in the ER, compared to APP695. Finally, we provide evidence that APP/APLP1 heterointeractions are likewise initiated in the ER, suggesting a similar mechanism for heterodimerization. Therefore, dynamic alterations of APP between monomeric, homodimeric, and possibly heterodimeric status could at least partially explain some of the variety in the physiological functions of APP.rn

Canine distemper virus infects canine keratinocytes and immune cells by using overlapping and distinct regions located on one side of the attachment protein

The morbilliviruses measles virus (MeV) and canine distemper virus (CDV) both rely on two surface glycoproteins, the attachment (H) and fusion proteins, to promote fusion activity for viral cell entry. Growing evidence suggests that morbilliviruses infect multiple cell types by binding to distinct host cell surface receptors. Currently, the only known in vivo receptor used by morbilliviruses is CD150/SLAM, a molecule expressed in certain immune cells. Here we investigated the usage of multiple receptors by the highly virulent and demyelinating CDV strain A75/17. We based our study on the assumption that CDV-H may interact with receptors similar to those for MeV, and we conducted systematic alanine-scanning mutagenesis on CDV-H throughout one side of the beta-propeller documented in MeV-H to contain multiple receptor-binding sites. Functional and biochemical assays performed with SLAM-expressing cells and primary canine epithelial keratinocytes identified 11 residues mutation of which selectively abrogated fusion in keratinocytes. Among these, four were identical to amino acids identified in MeV-H as residues contacting a putative receptor expressed in polarized epithelial cells. Strikingly, when mapped on a CDV-H structural model, all residues clustered in or around a recessed groove located on one side of CDV-H. In contrast, reported CDV-H mutants with SLAM-dependent fusion deficiencies were characterized by additional impairments to the promotion of fusion in keratinocytes. Furthermore, upon transfer of residues that selectively impaired fusion induction in keratinocytes into the CDV-H of the vaccine strain, fusion remained largely unaltered. Taken together, our results suggest that a restricted region on one side of CDV-H contains distinct and overlapping sites that control functional interaction with multiple receptors.

Serodiagnosis of Echinococcus spp. infection: explorative selection of diagnostic antigens by peptide microarray

BACKGROUND: Production of native antigens for serodiagnosis of helminthic infections is laborious and hampered by batch-to-batch variation. For serodiagnosis of echinococcosis, especially cystic disease, most screening tests rely on crude or purified Echinococcus granulosus hydatid cyst fluid. To resolve limitations associated with native antigens in serological tests, the use of standardized and highly pure antigens produced by chemical synthesis offers considerable advantages, provided appropriate diagnostic sensitivity and specificity is achieved. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: Making use of the growing collection of genomic and proteomic data, we applied a set of bioinformatic selection criteria to a collection of protein sequences including conceptually translated nucleotide sequence data of two related tapeworms, Echinococcus multilocularis and Echinococcus granulosus. Our approach targeted alpha-helical coiled-coils and intrinsically unstructured regions of parasite proteins potentially exposed to the host immune system. From 6 proteins of E. multilocularis and 5 proteins of E. granulosus, 45 peptides between 24 and 30 amino acids in length were designed. These peptides were chemically synthesized, spotted on microarrays and screened for reactivity with sera from infected humans. Peptides reacting above the cut-off were validated in enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA). Peptides identified failed to differentiate between E. multilocularis and E. granulosus infection. The peptide performing best reached 57% sensitivity and 94% specificity. This candidate derived from Echinococcus multilocularis antigen B8/1 and showed strong reactivity to sera from patients infected either with E. multilocularis or E. granulosus. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: This study provides proof of principle for the discovery of diagnostically relevant peptides by bioinformatic selection complemented with screening on a high-throughput microarray platform. Our data showed that a single peptide cannot provide sufficient diagnostic sensitivity whereas pooling several peptide antigens improved sensitivity; thus combinations of several peptides may lead the way to new diagnostic tests that replace, or at least complement conventional immunodiagnosis of echinococcosis. Our strategy could prove useful for diagnostic developments in other pathogens.

Proteomic and peptidomic study of proteolysis in quarter milk after infusion with lipoteichoic acid from Staphylococcus aureus

Mastitic milk is associated with increased bovine protease activity, such as that from plasmin and somatic cell enzymes, which cause proteolysis of the caseins and may reduce cheese yield and quality. The aim of this work was to characterize the peptide profile resulting from proteolysis in a model mastitis system and to identify the proteases responsible. One quarter of each of 2 cows (A and B) was infused with lipoteichoic acid from Staphylococcus aureus. The somatic cell counts of the infused quarters reached a peak 6h after infusion, whereas plasmin activity of those quarters also increased, reaching a peak after 48 and 12h for cow A and B, respectively. Urea-polyacrylamide gel electrophoretograms of milk samples of cow A and B obtained at different time points after infusion and incubated for up to 7 d showed almost full hydrolysis of beta- and alpha(S1)-casein during incubation of milk samples at peak somatic cell counts, with that of beta-casein being faster than that of alpha(S1)-casein. Two-dimensional gel electrophoretograms of milk 6h after infusion with the toxin confirmed hydrolysis of beta- and alpha(S1)-casein and the appearance of lower-molecular-weight products. Peptides were subsequently separated by reversed-phase HPLC and handmade nanoscale C(18) columns, and identified by matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight tandem mass spectrometry. Twenty different peptides were identified and shown to originate from alpha(s1)- and beta-casein. Plasmin, cathepsin B and D, elastase, and amino- and carboxypeptidases were suggested as possible responsible proteases based on the peptide cleavage sites. The presumptive activity of amino- and carboxypeptidases is surprising and may indicate the activity of cathepsin H, which has not been reported in milk previously.