Alternative translation initiation site usage results in two functionally distinct forms of the GATA-1 transcription factor.

GATA-1 is a zinc-finger transcription factor that plays a critical role in the normal development of hematopoietic cell lineages. In human and murine erythroid cells a previously undescribed 40-kDa protein is detected with GATA-1-specific antibodies. We show that the 40-kDa GATA-1 (GATA-1s) is produced by the use of an internal AUG initiation codon in the GATA-1 transcript. The GATA-1 proteins share identical binding activity and form heterodimers in erythroleukemic cells but differ in their transactivation potential and in their expression in developing mouse embryos.

Identification of functionally important helical faces in transmembrane segments by scanning mutagenesis.

We applied mutational analysis to a protein domain that functions in neither catalysis nor binding but, rather, in transmembrane signaling. The domain is part of chemoreceptor Trg from Escherichia coli. It contains four transmembrane segments, two from each subunit of the homodimer. We used cysteine scanning to investigate the functional importance of each of 54 residues in the two transmembrane segments. Cysteines at some positions resulted in subtle but significant reductions in tactic response. Those positions defined a specific helical face on each segment, implying that the segments function as helices. The functionally important faces corresponded to structural, helical packing faces identified independently by biochemical studies. All functionally impaired receptors exhibited altered signaling properties, either reduced signaling upon stimulation or induced signaling in the absence of stimulation. The distribution of substitutions creating these two phenotypes implied that conformational signaling involves movement between the two transmembrane helices within a subunit and that signaling is optimal when stable interactions are maintained across the interface between subunits.

Coexpression of two functionally independent p58 inhibitory receptors in human natural killer cell clones results in the inability to kill all normal allogeneic target cells.

In the present study, we define a group of natural killer (NK) clones (group 0) that fails to lyse all of the normal allogeneic target cells analyzed. Their specificity for HLA class I molecules was suggested by their ability to lyse class I-negative target cells and by the fact that they could lyse resistant target cells in the presence of selected anti-class I monoclonal antibodies. The use of appropriate target cells represented by either HLA-homozygous cell lines or cell transfectants revealed that these clones recognized all the HLA-C alleles. By the use of monoclonal antibodies directed to either GL183 or EB6 molecules, we showed that the EB6 molecules were responsible for the recognition of Cw4 and related alleles, while the GL183 molecules recognized Cw3 (and related C alleles). These data suggest that the GL183 and the EB6 molecules can function, in individual NK clones, as independent receptors for two different groups of HLA-C alleles, (which include all known alleles for locus C), thus resulting in their inability to lyse all normal HLA-C+ target cells. Indirect immunofluorescence and fluorescence-activated cell sorting analysis revealed that the presently defined GL183+EB6+ group 0 NK clones brightly express EB6 molecules (EB6bright) while the GL183+EB6+ group 2 clones (unable to recognize Cw4) express an EB6dull phenotype. These data also imply that the density of EB6 receptors may be critical for the generation of an optimal negative signal upon interaction with appropriate HLA-C alleles.

A family of proteins structurally and functionally related to the E6-AP ubiquitin-protein ligase.

E6-AP is a 100-kDa cellular protein that interacts with the E6 protein of the cancer-associated human papillomavirus types 16 and 18. The E6/E6-AP complex binds to and targets the p53 tumor-suppressor protein for ubiquitin-mediated proteolysis. E6-AP is an E3 ubiquitin-protein ligase which accepts ubiquitin from an E2 ubiquitin-conjugating enzyme in the form of a thioester and then directly transfers the ubiquitin to targeted substrates. The amino acid sequence of E6-AP shows similarity to a number of protein sequences over an approximately 350-aa region corresponding to the carboxyl termini of both E6-AP and the E6-AP-related proteins. Of particular note is a conserved cysteine residue within the last 32-34 aa, which in E6-AP is likely to be the site of ubiquitin thioester formation. Two of the E6-AP-related proteins, a rat 100-kDa protein and a yeast 95-kDa protein (RSP5), both of previously unknown function, are shown here to form thioesters with ubiquitin. Mutation of the conserved cysteine residue of these proteins destroys their ability to accept ubiquitin. These data strongly suggest that the rat 100-kDa protein and RSP5, as well as the other E6-AP-related proteins, belong to a class of functionally related E3 ubiquitin-protein ligases, defined by a domain homologous to the E6-AP carboxyl terminus (hect domain).

Synergistic action of actinoporin isoforms from the same sea anemone species assembled into functionally active heteropores

Among the toxic polypeptides secreted in the venom of sea anemones, actinoporins are pore forming toxins whose toxic activity relies on the formation of oligomeric pores within biological membranes. Intriguingly, actinoporins appear as multigene families which give rise to many protein isoforms in the same individual displaying high sequence identities but large functional differences. However, the evolutionary advantage of producing such similar isotoxins is not fully understood. Here, using sticholysins I and II (StnI and StnII) from the sea anemone Stichodactyla helianthus, it is shown that actinoporin isoforms can potentiate each other’s activity. Through hemolysis and calcein releasing assays, it is revealed that mixtures of StnI and StnII are more lytic than equivalent preparations of the corresponding isolated isoforms. It is then proposed that this synergy is due to the assembly of heteropores since (i) StnI and StnII can be chemically cross-linked at the membrane and (ii) the affinity of sticholysin mixtures for the membrane is increased with respect to any of them acting in isolation, as revealed by isothermal titration calorimetry experiments. These results help to understand the multigene nature of actinoporins and may be extended to other families of toxins that require oligomerization to exert toxicity.

Synergistic Action of Actinoporin Isoforms from the Same Sea Anemone Species Assembled into Functionally Active Heteropores

Among the toxic polypeptides secreted in the venom of sea anemones, actinoporins are the pore-forming toxins whose toxic activity relies on the formation of oligomeric pores within biological membranes. Intriguingly, actinoporins appear as multigene families that give rise to many protein isoforms in the same individual displaying high sequence identities but large functional differences. However, the evolutionary advantage of producing such similar isotoxins is not fully understood. Here,using sticholysins I and II (StnI and StnII) from the sea anemone Stichodactyla helianthus, it is shown that actinoporin isoforms can potentiate each other’s activity. Through hemolysis and calcein releasing assays, it is revealed that mixtures of StnI and StnII are more lytic than equivalent preparations of the corresponding isolated isoforms. It is then proposed that this synergy is due to the assembly of heteropores because (i) StnI and StnII can be chemically cross-linked at the membrane and (ii) the affinity of sticholysin mixtures for the membrane is increased with respect to any of them acting in isolation, as revealed by isothermal titration calorimetry experiments. These results help us understand the multigene nature of actinoporins and may be extended to other families of toxins that require oligomerization to exert toxicity.

Phosphane-free Suzuki-Miyaura coupling of aryl imidazolesulfonates with arylboronic acids and potassium aryltrifluoroborates under aqueous conditions

Aryl imidazole-1-sulfonates are efficiently cross-coupled with arylboronic acids and potassium aryltrifluoroborates using only 0.5 mol % of oxime palladacycles 1 under aqueous conditions at 110 °C. Under these simple phosphane-free reaction conditions a wide array of biaryl derivatives has been prepared in high yields. This methodology allows in situ phenol sulfonation and one-pot Suzuki arylation as well as the employment of microwave irradiation conditions.

Copper-Free Oxime–Palladacycle-Catalyzed Sonogashira Alkynylation of Deactivated Aryl Bromides and Chlorides in Water under Microwave Irradiation

Palladium-catalyzed Heck alkynylation cross-coupling reactions between terminal alkynes and deactivated aryl chlorides and aryl bromides can be performed in the absence of copper cocatalyst with water as solvent at 130 °C under microwave irradiation. An oxime-derived chloro-bridged palladacycle is an efficient precatalyst for this transformation with 2-dicyclohexylphosphanyl-2′,4′,6′-triisopropylbiphenyl (XPhos) as ancillary ligand, pyrrolidine as base, and SBDS as surfactant. All of the reactions can be performed under air and with reagent-grade chemicals under low loading conditions (0.1–1 mol-% Pd).

Microwave-Promoted Copper-Free Sonogashira–Hagihara Couplings of Aryl Imidazolylsulfonates in Water

Aryl imidazol-1-ylsulfonates have been efficiently cross-coupled with aryl-, alkyl-, and silylacetylenes in neat water under copper-free conditions at 110 °C assisted by microwave irradiation. Using 0.5 mol% of an oxime palladacycle as precatalyst, 2-dicyclohexylphosphino-2′,6′-dimethoxybiphenyl (SPhos, 2 mol%) as ligand, hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) as additive, and triethylamine (TEA) as base, a wide array of disubstituted alkynes has been prepared in good to high yields in only 30 min.

NHC-Ligand Effectiveness in the Fluorine-Free Hiyama Reaction of Aryl Halides

1-Benzyl-3-(2-hydroxy-2-phenylethyl)imidazolium chloride (5), which is a precursor of an N-heterocyclic carbene ligand, in combination with palladium acetate, has been employed as an effective catalyst for the fluorine-free Hiyama reaction. A systematic study of the catalytic mixture, by a 32 factorial design, has revealed that both the amount of palladium and the Pd/NHC precursor ratio are important factors for obtaining good yields of the coupling products, indicating an interaction between them. The best catalytic system involves mixing 0.1 mol-% palladium acetate in a 1:5 ratio (Pd/salt 5), which allows the effective coupling of a range of aryl bromides and chlorides with trimethoxy(phenyl)silane. The Hiyama reactions are carried out in NaOH solution (50 % H2O w/w), at 120 °C under microwave irradiation during 60 min.

Intramolecular Bromoamination of Conjugated N-Tosylaminodienes Using N-Bromosuccinimide. Synthesis of Bromoallyl-Substituted N-Heterocycles and Their Applications as Building Blocks

The bromonium-promoted cyclization of conjugated aminodienes is described. The reaction proceeds smoothly in the presence of N-bromosuccinimide as halonium promoter, and using N-tosyl-protected aminodienes as substrates, to give the corresponding halocyclization products in high yields and with high diastereoselectivities. It can be envisaged that the formation of these products is the result of an SN2′-type ring-opening of a terminal bromonium intermediate in a 5-exo-trig or 6-exo-trig cyclization mode. The presence of an allyl bromide moiety in the haloamination products makes these molecules highly attractive from a synthetic point of view, as it opens the way for further transformations. Thus, allylic substitution reactions with different nucleophiles (acetate, azide, cyanide, and malonate), palladium-catalysed Suzuki coupling, and silver-mediated bromine displacement reactions were carried out successfully.

Microwave-assisted palladium-catalyzed highly regio- and stereoselective head to head dimerization of terminal aryl alkynes in water

A highly regio- and stereoselective oxime palladacycle/imidazolinium-catalyzed head to head dimerization of terminal aryl alkynes in water is presented. The reaction, which is carried out at 130 °C under microwave irradiation in the presence of 1,3-bis-(2,6-diisopropylphenyl)imidazolinium chloride as ligand, triethylamine as base, and TBAB as surfactant, allows the synthesis of (E)-1,4-enynes as single stereoisomers in good isolated yields.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

Functionally characterization of the most common LDLR missense alterations found in Portuguese FH patients

Aims: Mutations in the LDLR gene are the major cause of familial hypercholesterolaemia (FH), which results in defective catabolism of LDL leading to premature coronary heart disease. Presently, more than 1700 different mutations in the LDLR gene have been described as causing FH but the majority of them remain without functional characterization. In the Portuguese Familial Hypercholesterolemia Study (PFHS), 123 LDLR alterations were found in 243 index patients and their relatives up to date. Until now, 70 of these alterations already have a final classification of pathogenic and 15 have been proved by in vitro studies to be non-pathogenic. The aim of the present work is to functionally characterize 16 LDLR missense alterations found in Portuguese FH patients and worldwide.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.