Mimics of the binding sites of opioid receptors obtained by molecular imprinting of enkephalin and morphine.

Molecular imprinting of morphine and the endogenous neuropeptide [Leu5]enkephalin (Leu-enkephalin) in methacrylic acid-ethylene glycol dimethacrylate copolymers is described. Such molecular imprints possess the capacity to mimic the binding activity of opioid receptors. The recognition properties of the resultant imprints were analyzed by radioactive ligand binding analysis. We demonstrate that imprinted polymers also show high binding affinity and selectivity in aqueous buffers. This is a major breakthrough for molecular imprinting technology, since the binding reaction occurs under conditions relevant to biological systems. The antimorphine imprints showed high binding affinity for morphine, with Kd values as low as 10(-7) M, and levels of selectivity similar to those of antibodies. Preparation of imprints against Leu-enkephalin was greatly facilitated by the use of the anilide derivative rather than the free peptide as the print molecule, due to improved solubility in the polymerization mixture. Free Leu-enkephalin was efficiently recognized by this polymer (Kd values as low as 10(-7) M were observed). Four tetra- and pentapeptides, with unrelated amino acid sequences, were not bound. The imprints showed only weak affinity for two D-amino acid-containing analogues of Leu-enkephalin. Enantioselective recognition of the L-enantiomer of phenylalanylglycine anilide, a truncated analogue of the N-terminal end of enkephalin, was observed.

Genetic and biochemical dissection of protein linkages in the cadherin-catenin complex.

The cadherin-catenin complex is important for mediating homotypic, calcium-dependent cell-cell interactions in diverse tissue types. Although proteins of this complex have been identified, little is known about their interactions. Using a genetic assay in yeast and an in vitro protein-binding assay, we demonstrate that beta-catenin is the linker protein between E-cadherin and alpha-catenin and that E-cadherin does not bind directly to alpha-catenin. We show that a 25-amino acid sequence in the cytoplasmic domain of E-cadherin and the amino-terminal domain of alpha-catenin are independent binding sites for beta-catenin. In addition to beta-catenin and plakoglobin, another member of the armadillo family, p120 binds to E-cadherin. However, unlike beta-catenin, p120 does not bind alpha-catenin in vitro, although a complex of p120 and endogenous alpha-catenin could be immunoprecipitated from cell extracts. In vitro protein-binding assays using recombinant E-cadherin cytoplasmic domain and alpha-catenin revealed two catenin pools in cell lysates: an approximately 1000- to approximately 2000-kDa complex bound to E-cadherin and an approximately 220-kDa pool that did not contain E-cadherin. Only beta-catenin in the approximately 220-kDa pool bound exogenous E-cadherin. Delineation of these molecular linkages and the demonstration of separate pools of catenins in different cell lines provide a foundation for examining regulatory mechanisms involved in the assembly and function of the cadherin-catenin complex.

Applicazione della spettrometria di massa MALDI-TOF in microbiologia clinica

Riassunto La spettrometria di massa (MS) nata negli anni ’70 trova oggi, grazie alla tecnologia Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight (MALDI-TOF), importanti applicazioni in diversi settori: biotecnologico (per la caratterizzazione ed il controllo di qualità di proteine ricombinanti ed altre macromolecole), medico–clinico (per la diagnosi di laboratorio di malattie e per lo sviluppo di nuovi trattamenti terapeutici mirati), alimentare ed ambientale. Negli ultimi anni, questa tecnologia è diventata un potente strumento anche per la diagnosi di laboratorio in microbiologia clinica, rivoluzionando il flusso di lavoro per una rapida identificazione di batteri e funghi, sostituendo l’identificazione fenotipica convenzionale basata su saggi biochimici. Attualmente mediante MALDI-TOF MS sono possibili due diversi approcci per la caratterizzazione dei microrganismi: (1) confronto degli spettri (“mass spectra”) con banche dati contenenti profili di riferimento (“database fingerprints”) e (2) “matching” di bio-marcatori con banche dati proteomiche (“proteome database”). Recentemente, la tecnologia MALDI-TOF, oltre alla sua applicazione classica nell’identificazione di microrganismi, è stata utilizzata per individuare, indirettamente, meccanismi di resistenza agli antibiotici. Primo scopo di questo studio è stato verificare e dimostrare l’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF MS mediante approccio di comparazione degli spettri di differenti microrganismi di interesse medico per i quali l’identificazione risultava impossibile a causa della completa assenza o presenza limitata, di spettri di riferimento all’interno della banca dati commerciale associata allo strumento. In particolare, tale scopo è stato raggiunto per i batteri appartenenti a spirochete del genere Borrelia e Leptospira, a miceti filamentosi (dermatofiti) e protozoi (Trichomonas vaginalis). Secondo scopo di questo studio è stato valutare il secondo approccio identificativo basato sulla ricerca di specifici marcatori per differenziare parassiti intestinali di interesse medico per i quali non è disponibile una banca dati commerciale di riferimento e la sua creazione risulterebbe particolarmente difficile e complessa, a causa della complessità del materiale biologico di partenza analizzato e del terreno di coltura nei quali questi protozoi sono isolati. Terzo ed ultimo scopo di questo studio è stata la valutazione dell’applicabilità della spettrometria di massa con tecnologia MALDI-TOF per lo studio delle resistenze batteriche ai carbapenemi. In particolare, è stato messo a punto un saggio di idrolisi dei carbapenemi rilevata mediante MALDI-TOF MS in grado di determinare indirettamente la produzione di carbapenemasi in Enterobacteriaceae. L’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF mediante l’approccio di comparazione degli spettri è stata dimostrata in primo luogo per batteri appartenenti al genere Borrelia. La banca dati commerciale dello strumento MALDI-TOF MS in uso presso il nostro laboratorio includeva solo 3 spettri di riferimento appartenenti alle specie B. burgdorferi ss, B. spielmani e B. garinii. L’implementazione del “database” con specie diverse da quelle già presenti ha permesso di colmare le lacune identificative dovute alla mancanza di spettri di riferimento di alcune tra le specie di Borrelia più diffuse in Europa (B. afzelii) e nel mondo (come ad esempio B. hermsii, e B. japonica). Inoltre l’implementazione con spettri derivanti da ceppi di riferimento di specie già presenti nel “database” ha ulteriormente migliorato l’efficacia identificativa del sistema. Come atteso, il ceppo di isolamento clinico di B. lusitaniae (specie non presente nel “database”) è stato identificato solo a livello di genere corroborando, grazie all’assenza di mis-identificazione, la robustezza della “nuova” banca dati. I risultati ottenuti analizzando i profili proteici di ceppi di Borrelia spp. di isolamento clinico, dopo integrazione del “database” commerciale, indicano che la tecnologia MALDI-TOF potrebbe essere utilizzata come rapida, economica ed affidabile alternativa ai metodi attualmente utilizzati per identificare ceppi appartenenti a questo genere. Analogamente, per il genere Leptospira dopo la creazione ex-novo della banca dati “home-made”, costruita con i 20 spettri derivati dai 20 ceppi di riferimento utilizzati, è stata ottenuta una corretta identificazione a livello di specie degli stessi ceppi ri-analizzati in un esperimento indipendente condotto in doppio cieco. Il dendrogramma costruito con i 20 MSP-Spectra implementati nella banca dati è formato da due rami principali: il primo formato dalla specie non patogena L. biflexa e dalla specie a patogenicità intermedia L. fainei ed il secondo che raggruppa insieme le specie patogene L. interrogans, L. kirschneri, L. noguchii e L. borgpetersenii. Il secondo gruppo è ulteriormente suddiviso in due rami, contenenti rispettivamente L. borgpetersenii in uno e L. interrogans, L. kirschneri e L. noguchii nell’altro. Quest’ultimo, a sua volta, è suddiviso in due rami ulteriori: il primo comprendente la sola specie L. noguchii, il secondo le specie L. interrogans e L. kirshneri non separabili tra loro. Inoltre, il dendrogramma costruito con gli MSP-Spectra dei ceppi appartenenti ai generi Borrelia e Leptospira acquisiti in questo studio, e appartenenti al genere Brachyspira (implementati in un lavoro precedentemente condotto) mostra tre gruppi principali separati tra loro, uno per ogni genere, escludendo possibili mis-identificazioni tra i 3 differenti generi di spirochete. Un’analisi più approfondita dei profili proteici ottenuti dall’analisi ha mostrato piccole differenze per ceppi della stessa specie probabilmente dovute ai diversi pattern proteici dei distinti sierotipi, come confermato dalla successiva analisi statistica, che ha evidenziato picchi sierotipo-specifici. È stato, infatti, possibile mediante la creazione di un modello statistico dedicato ottenere un “pattern” di picchi discriminanti in grado di differenziare a livello di sierotipo sia i ceppi di L. interrogans sia i ceppi di L. borgpetersenii saggiati, rispettivamente. Tuttavia, non possiamo concludere che i picchi discriminanti da noi riportati siano universalmente in grado di identificare il sierotipo dei ceppi di L. interrogans ed L. borgpetersenii; i picchi trovati, infatti, sono il risultato di un’analisi condotta su uno specifico pannello di sierotipi. È stato quindi dimostrato che attuando piccoli cambiamenti nei parametri standardizzati come l’utilizzo di un modello statistico e di un programma dedicato applicato nella routine diagnostica è possibile utilizzare la spettrometria di massa MALDI-TOF per una rapida ed economica identificazione anche a livello di sierotipo. Questo può significativamente migliorare gli approcci correntemente utilizzati per monitorare l’insorgenza di focolai epidemici e per la sorveglianza degli agenti patogeni. Analogamente a quanto dimostrato per Borrelia e Leptospira, l’implementazione della banca dati dello spettrometro di massa con spettri di riferimento di miceti filamentosi (dermatofiti) si è rilevata di particolare importanza non solo per l’identificazione di tutte le specie circolanti nella nostra area ma anche per l’identificazione di specie la cui frequenza nel nostro Paese è in aumento a causa dei flussi migratori dalla zone endemiche (M. audouinii, T. violaceum e T. sudanense). Inoltre, l’aggiornamento del “database” ha consentito di superare la mis-identificazione dei ceppi appartenenti al complesso T. mentagrophytes (T. interdigitale e T. mentagrophytes) con T. tonsurans, riscontrata prima dell’implementazione della banca dati commerciale. Il dendrogramma ottenuto dai 24 spettri implementati appartenenti a 13 specie di dermatofiti ha rivelato raggruppamenti che riflettono quelli costruiti su base filogenetica. Sulla base dei risultati ottenuti mediante sequenziamento della porzione della regione ITS del genoma fungino non è stato possibile distinguere T. interdigitale e T. mentagrophytes, conseguentemente anche gli spettri di queste due specie presentavano picchi dello stesso peso molecoalre. Da sottolineare che il dendrogramma costruito con i 12 profili proteici già inclusi nel database commerciale e con i 24 inseriti nel nuovo database non riproduce l’albero filogenetico per alcune specie del genere Tricophyton: gli spettri MSP già presenti nel database e quelli aggiunti delle specie T. interdigitale e T. mentagrophytes raggruppano separatamente. Questo potrebbe spiegare le mis-identificazioni di T. interdigitale e T. mentagrophytes con T. tonsurans ottenute prima dell’implementazione del database. L’efficacia del sistema identificativo MALDI-TOF è stata anche dimostrata per microrganismi diversi da batteri e funghi per i quali la metodica originale è stata sviluppata. Sebbene tale sistema identificativo sia stato applicato con successo a Trichomonas vaginalis è stato necessario apportare modifiche nei parametri standard previsti per l’identificazione di batteri e funghi. Le interferenze riscontrate tra i profili proteici ottenuti per i due terreni utilizzati per la coltura di questo protozoo e per i ceppi di T. vaginalis hanno, infatti, reso necessario l’utilizzo di nuovi parametri per la creazione degli spettri di riferimento (MSP-Spectra). L’importanza dello sviluppo del nuovo metodo risiede nel fatto che è possibile identificare sulla base del profilo proteico (e non sulla base di singoli marcatori) microorganismi cresciuti su terreni complessi che potrebbero presentare picchi nell'intervallo di peso molecolare utilizzato a scopo identificativo: metaboliti, pigmenti e nutrienti presenti nel terreno possono interferire con il processo di cristallizzazione e portare ad un basso punteggio identificativo. Per T. vaginalis, in particolare, la “sottrazione” di picchi dovuti a molecole riconducibili al terreno di crescita utilizzato, è stata ottenuta escludendo dall'identificazione l'intervallo di peso molecolare compreso tra 3-6 kDa, permettendo la corretta identificazione di ceppi di isolamento clinico sulla base del profilo proteico. Tuttavia, l’elevata concentrazione di parassita richiesta (105 trofozoiti/ml) per una corretta identificazione, difficilmente ottenibile in vivo, ha impedito l’identificazione di ceppi di T. vaginalis direttamente in campioni clinici. L’approccio identificativo mediante individuazione di specifici marcatori proteici (secondo approccio identificativo) è stato provato ed adottato in questo studio per l’identificazione e la differenziazione di ceppi di Entamoeba histolytica (ameba patogena) ed Entamoeba dispar (ameba non patogena), specie morfologiacamente identiche e distinguibili solo mediante saggi molecolari (PCR) aventi come bersaglio il DNA-18S, che codifica per l’RNA della subunità ribosomiale minore. Lo sviluppo di tale applicazione ha consentito di superare l’impossibilità della creazione di una banca dati dedicata, a causa della complessità del materiale fecale di partenza e del terreno di coltura impiagato per l’isolamento, e di identificare 5 picchi proteici in grado di differenziare E. histolytica da E. dispar. In particolare, l’analisi statistica ha mostrato 2 picchi specifici per E. histolytica e 3 picchi specifici per E. dispar. L’assenza dei 5 picchi discriminanti trovati per E. histolytica e E. dispar nei profili dei 3 differenti terreni di coltura utilizzati in questo studio (terreno axenico LYI-S-2 e terreno di Robinson con e senza E. coli) permettono di considerare questi picchi buoni marcatori in grado di differenziare le due specie. La corrispondenza dei picchi con il PM di due specifiche proteine di E. histolytica depositate in letteratura (Amoebapore A e un “unknown putative protein” di E. histolytica ceppo di riferimento HM-1:IMSS-A) conferma la specificità dei picchi di E. histolytica identificati mediante analisi MALDI-TOF MS. Lo stesso riscontro non è stato possibile per i picchi di E. dispar in quanto nessuna proteina del PM di interesse è presente in GenBank. Tuttavia, va ricordato che non tutte le proteine E. dispar sono state ad oggi caratterizzate e depositate in letteratura. I 5 marcatori hanno permesso di differenziare 12 dei 13 ceppi isolati da campioni di feci e cresciuti in terreno di Robinson confermando i risultati ottenuti mediante saggio di Real-Time PCR. Per un solo ceppo di isolamento clinico di E. histolytica l’identificazione, confermata mediante sequenziamento della porzione 18S-rDNA, non è stata ottenuta mediante sistema MALDI-TOF MS in quanto non sono stati trovati né i picchi corrispondenti a E. histolytica né i picchi corrispondenti a E. dispar. Per questo ceppo è possibile ipotizzare la presenza di mutazioni geno/fenotipiche a livello delle proteine individuate come marcatori specifici per E. histolytica. Per confermare questa ipotesi sarebbe necessario analizzare un numero maggiore di ceppi di isolamento clinico con analogo profilo proteico. L’analisi condotta a diversi tempi di incubazione del campione di feci positivo per E. histolytica ed E. dipar ha mostrato il ritrovamento dei 5 picchi discriminanti solo dopo 12 ore dall’inoculo del campione nel terreno iniziale di Robinson. Questo risultato suggerisce la possibile applicazione del sistema MALDI-TOF MS per identificare ceppi di isolamento clinico di E. histolytica ed E. dipar nonostante la presenza di materiale fecale che materialmente può disturbare e rendere difficile l’interpretazione dello spettro ottenuto mediante analisi MALDI-TOF MS. Infine in questo studio è stata valutata l’applicabilità della tecnologia MALDI-TOF MS come saggio fenotipico rapido per la determinazione di ceppi produttori di carbapenemasi, verificando l'avvenuta idrolisi del meropenem (carbapeneme di riferimento utilizzato in questo studio) a contatto con i ceppi di riferimento e ceppi di isolamento clinico potenzialmente produttori di carbapenemasi dopo la messa a punto di un protocollo analitico dedicato. Il saggio di idrolisi del meropenem mediante MALDI-TOF MS ha dimostrato la presenza o l’assenza indiretta di carbapenemasi nei 3 ceppi di riferimento e nei 1219 (1185 Enterobacteriaceae e 34 non-Enterobacteriaceae) ceppi di isolamento clinico inclusi nello studio. Nessuna interferenza è stata riscontrata per i ceppi di Enterobacteriaceae variamente resistenti ai tre carbapenemi ma risultati non produttori di carbapenemasi mediante i saggi fenotipici comunemente impiegati nella diagnostica routinaria di laboratorio: nessuna idrolisi del farmaco è stata infatti osservata al saggio di idrolisi mediante MALDI-TOF MS. In un solo caso (ceppo di K. pneumoniae N°1135) è stato ottenuto un profilo anomalo in quanto presenti sia i picchi del farmaco intatto che quelli del farmaco idrolizzato. Per questo ceppo resistente ai tre carbapenemi saggiati, negativo ai saggi fenotipici per la presenza di carbapenemasi, è stata dimostrata la presenza del gene blaKPC mediante Real-Time PCR. Per questo ceppo si può ipotizzare la presenza di mutazioni a carico del gene blaKPC che sebbene non interferiscano con il suo rilevamento mediante PCR (Real-Time PCR positiva), potrebbero condizionare l’attività della proteina prodotta (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia negativi) riducendone la funzionalità come dimostrato, mediante analisi MALDI-TOF MS, dalla presenza dei picchi relativi sia all’idrolisi del farmaco sia dei picchi relativi al farmaco intatto. Questa ipotesi dovrebbe essere confermata mediante sequenziamento del gene blaKPC e successiva analisi strutturale della sequenza amminoacidica deducibile. L’utilizzo della tecnologia MALDI-TOF MS per la verifica dell’avvenuta idrolisi del maropenem è risultato un saggio fenotipico indiretto in grado di distinguere, al pari del test di Hodge modificato impiegato comunemente nella routine diagnostica in microbiologia, un ceppo produttore di carbapenemasi da un ceppo non produttore sia per scopi diagnostici che per la sorveglianza epidemiologica. L’impiego del MALDI-TOF MS ha mostrato, infatti, diversi vantaggi rispetto ai metodi convenzionali (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia) impiegati nella routine diagnostica di laboratorio i quali richiedono personale esperto per l’interpretazione del risultato e lunghi tempi di esecuzione e di conseguenza di refertazione. La semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questa tecnica un metodo accurato e rapido. Inoltre, il metodo risulta conveniente dal punto di vista economico, con un costo totale stimato di 1,00 euro per ceppo analizzato. Tutte queste considerazioni pongono questa metodologia in posizione centrale in ambito microbiologico anche nel caso del rilevamento di ceppi produttori di carbapenemasi. Indipendentemente dall’approccio identificativo utilizzato, comparato con i metodi convenzionali il MALDI-TOF MS conferisce in molti casi un guadagno in termini di tempo di lavoro tecnico (procedura pre-analititca per la preparazione dei campioni) e di tempo di ottenimento dei risultati (procedura analitica automatizzata). Questo risparmio di tempo si accentua quando sono analizzati in contemporanea un maggior numero di isolati. Inoltre, la semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questo un metodo di identificazione accurato e rapido risultando più conveniente anche dal punto di vista economico, con un costo totale di 0,50 euro (materiale consumabile) per ceppo analizzato. I risultati ottenuti dimostrano che la spettrometria di massa MALDI-TOF sta diventando uno strumento importante in microbiologia clinica e sperimentale, data l’elevata efficacia identificativa, grazie alla disponibilità sia di nuove banche dati commerciali sia di aggiornamenti delle stesse da parte di diversi utenti, e la possibilità di rilevare con successo anche se in modo indiretto le antibiotico-resistenze.

Identification and characterization of periplasmic proteins implicated in the adaptation of Helicobacter pylori to the human gastric niche

Helicobacter pylori è un batterio Gram-negativo in grado di colonizzare la mucosa gastrica umana e persistere per l'intero arco della vita dell'ospite. E' associato a patologie gastrointestinali, quali gastrite cronica, ulcere gastriche e duodenali, adenocarcinomi e linfomi gastrici. Si tratta di uno dei patogeni più diffusi, presente in circa metà della popolazione mondiale, e il solo che si è adattato a vivere nell'ambiente ostile dello stomaco umano. Molteplici sono i fattori di virulenza che permettono al batterio la colonizzazione della nicchia gastrica e contribuiscono, anche attraverso l' induzione di una risposta infiammatoria, a profonde modificazioni dell' omeostasi gastrica. Queste ultime si associano, ad esempio, all'iperproduzione di fattori proinfiammatori, ad alterazioni sia della regolazione della secrezione acida gastrica sia del ciclo cellulare e della morte cellulare programmata (apoptosi) delle cellule epiteliali gastriche, a disordini nel metabolismo del ferro e a carenze di elementi essenziali. Studi sulla diversità genetica di H. pylori osservata in ceppi isolati da varie regioni del mondo, dimostrano che tale batterio ha avuto una coevoluzione col genere umano attraverso la storia, ed è verosimile che H. pylori sia stato un costituente del microbiota gastrico per almeno 50.000 anni. Scopo della tesi è stato quello di identificare e caratterizzare proteine importanti per la colonizzazione e l'adattamento di H. pylori alla nicchia gastrica. In particolare gli sforzi si sono concentrati su due proteine periplasmatiche, la prima coinvolta nella difesa antiossidante (l'enzima catalasi-like, HP0485), e la seconda nel trasporto di nutrienti presenti nell'ambiente dello stomaco all'interno della cellula (la componente solubile di un ABC transporter, HP0298). La strategia utilizzata prevede un'analisi bioinformatica preliminare, l'ottenimento del gene per amplificazione, mediante PCR, dal genoma dell'organismo, la costruzione di un vettore per il clonaggio, l'espressione eterologa in E. coli e la successiva purificazione. La proteina così ottenuta viene caratterizzata mediante diverse tecniche, quali spettroscopia UV, dicroismo circolare, gel filtrazione analitica, spettrometria di massa. Il capitolo 1 contiene un'introduzione generale sul batterio, il capitolo 2 e il capitolo 3 descrivono gli studi relativi alle due proteine e sono entrambi suddivisi in un abstract iniziale, un'introduzione, la presentazione dei risultati, la discussione di questi ultimi, i materiali e i metodi utilizzati. La catalasi-like (HP0485) è una proteina periplasmatica con struttura monomerica, appartenente ad una famiglia di enzimi a funzione per la maggior parte sconosciuta, ma evolutivamente correlati alla ben nota catalasi, attore fondamentale nella difesa di H. pylori, grazie alla sua azione specifica di rimozione dell'acqua ossigenata. HP0485, pur conservando il fold catalasico e il legame al cofattore eme, non può compiere la reazione di dismutazione dell'acqua ossigenata; possiede invece un'attività perossidasica ad ampio spettro, essendo in grado di accoppiare la riduzione del perossido di idrogeno all'ossidazione di diversi substrati. Come la catalasi, lavora ad alte concentrazioni di aqua ossigenata e non arriva a saturazione a concentrazioni molto elevate di questo substrato (200 mM); la velocità di reazione catalizzata rimane lineare anche a questi valori, aspetto che la differenzia dalle perossidasi che vengono in genere inattivate da concentrazioni di perossido di idrogeno superiori a 10-50 mM. Queste caratteristiche di versatilità e robustezza suggeriscono che la catalasi-like abbia un ruolo di scavenger dell'acqua ossigenata e probabilmente anche un'altra funzione connessa al suo secondo substrato, ossia l'ossidazione di composti nello spazio periplasmatico cellulare. Oltre alla caratterizzazione dell'attività è descritta anche la presenza di un ponte disolfuro, conservato nelle catalasi-like periplasmatiche, con un ruolo nell'assemblaggio dell'eme per ottenere un enzima attivo e funzionale. La proteina periplasmatica HP0298, componente di un sistema di trasporto ABC, è classificata come trasportatore di dipeptidi e appartiene a una famiglia di proteine in grado di legare diversi substrati, tra cui di- e oligopeptidi, nichel, eme, glutatione. Benchè tutte associate a trasportatori di membrana batterici, queste proteine presentano un dominio di legame al substrato che risulta essere conservato nei domini extracellulari di recettori specifici di mammifero e uomo. Un esempio sono i recettori ionotropici e metabotropici del sistema nervoso. Per caratterizzare questa proteina è stato messo a punto un protocollo di ligand-fishing accoppiato alla spettrometria di massa. La proteina purificata, avente un tag di istidine, è stata incubata con un estratto cellulare di H. pylori per poter interagire con il suo substrato specifico all'interno dell'ambiente naturale in cui avviene il legame. Il complesso proteina-ligando è stato poi purificato per cromatografia di affinità e analizzato mediante HPLC-MS. L'identificazione dei picchi differenziali tra campioni con la proteina e 5 campioni di controllo ha portato alla caratterizzazione di pentapeptidi particolarmente ricchi in aminoacidi idrofobici e con almeno un residuo carico negativamente. Considerando che H. pylori necessita di alcuni aminoacidi essenziali, per la maggior parte idrofobici, e che lo stomaco umano è particolarmente ricco di peptidi prodotti dalla digestione delle proteine introdotte con il cibo, il ruolo fisiologico di HP0298 potrebbe essere l'internalizzazione di peptidi, con caratteristiche specifiche di lunghezza e composizione, che sono naturalmente presenti nella nicchia gastrica.

Domino 1,3-Dipolar Cycloadditions of N-Alkyl-α-Amino Esters with Paraformaldehyde: A Direct Access to α-Hydroxymethyl α-Amino Acids

N-Alkyl-α-amino esters undergo a domino reaction, based on the iminium cation generation, with paraformaldehyde, followed by a 1,3-dipolar cycloaddition of the stabilized azometh­ine ylide with another equivalent of formaldehyde. The resulting products are oxazolidines, which can be transformed after hydrolysis into α-hydroxymethyl α-amino acid or its derivatives. The diastereoselective 1,3-dipolar cycloaddition was performed using sarcosine (–)-menthyl or (–)-8-phenylmenthyl esters affording the cyclic product with moderate enantiomeric ratio.

Palladium(II) pincer complexes of α-amino acids: towards the synthesis of catalytically active artificial peptides

NCN palladium(II) complexes have been covalently attached to the N- and C-terminus of the dipeptide L-Phe-L-Va-OMe. Remarkably, the hydrolysis of the NCN-Pd(II) L-Val-OMe afforded the corresponding, palladated free amino acid without affecting the metal site. This deprotected amino acid could be coupled to any protein, enzyme or peptidic chain by simple peptide chemistry. This bioorganometallic systems were active as catalysts in the aldol reaction between methyl isocianate and benzaldehyde.

Effect of commercial amino acids on iron nutrition of tomato plants grown under lime-induced iron deficiency

The objective of this work was to study the effect of root and foliar application of two commercial products containing amino acids from plant and animal origin on iron (Fe) nutrition of tomato seedlings cultivated in two nutrient media: lime and normal nutrient solutions. In the foliar-application experiment, each product was sprayed with 0.5 and 0.7 mL L–1 2, 7, 12, and 17 d after transplanting. In the root application experiment, 0.1 and 0.2 mL L–1 of amino acids products were added to the nutrient solutions. In both experiments, untreated control plants were included as well. Foliar and root application of the product containing amino acids from animal origin caused severe plant-growth depression and nonpositive effects on Fe nutrition were found. In contrast, the application of the product from plant origin stimulated plant growth. Furthermore, significantly enhanced root and leaf FeIII-chelate reductase activity, chlorophyll concentration, leaf Fe concentration, and FeII : Fe ratio were found in tomato seedlings treated with the product from plant origin, especially when the amino acids were directly applied to the roots. These effects were more evident in plants developed under lime-induced Fe deficiency. The positive results on Fe uptake may be related to the action of glutamic acid, the most abundant amino acid in the formulation of the product from plant origin.

Morphine-3-glucuronide's neuro-excitatory effects are mediated via indirect activation of N-methyl-D-aspartic acid receptors: Mechanistic studies in embryonic cultured hippocampal neurones

Indirect evidence indicates that morphine-3-glucuronide (M3G) may contribute significantly to the neuro-excitatory side effects (myoclonus and allodynia) of large-dose systemic morphine. To gain insight into the mechanism underlying M3G' s excitatory behaviors, We used fluo-3 fluorescence digital imaging techniques to assess the acute effects of M3G (5-500 muM) on the cytosolic calcium concentration ([Ca2+](CYT)) in cultured embryonic hippocampal neurones. Acute (3 min) exposure of neurones to M3G evoked [Ca2+](CYT) transients that were typically either (a) transient oscillatory responses characterized by a rapid increase in [Ca2+](CYT) oscillation amplitude that was sustained for at least similar to30 s or (b) a sustained increase in [Ca2+](CYT) that slowly recovered to baseline. Naloxone-pretreatment decreased the proportion of M3G-responsive neurones by 10%-25%, implicating a predominantly non-opioidergic mechanism. Although the naloxone-insensitive M3G-induced increases in [Ca2+](CYT) were completely blocked by N-methyl-D-aspartic acid (NMDA) antagonists and 6-cyano-7-nitroquinoxaline-2,3-dione (CNQX) (alphaamino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropiordc acid/ kainate antagonist), CNQX did not block the large increase in [Ca2+](CYT) evoked by NMDA (as expected), confirming that N13G indirectly activates the NMDA receptor. Additionally, tetrodotoxin (Na+ channel blocker), baclofen (gamma-aminobutyric acid, agonist), MVIIC (P/Q-type calcium channel blocker), and nifedipine (L-type calcium channel blocker) all abolished M3G-induced increases in [Ca2+](CYT), suggesting that M3G may produce its neuro-excitatory effects by modulating neurotransmitter release. However, additional characterization is required.

Influence of phytase and xylanase supplementation on growth performance and nutrient utilisation of broilers offered wheat-based diets

Individual and combined supplementation of phosphorus-adequate, wheat-based broiler diets with exogenous phytase and xylanase was evaluated in three experiments. The effects of the enzyme combination in lysine-deficient diets containing wheat and sorghum were more pronounced than those of the individual feed enzymes. The inclusion of phytase plus xylanase improved (p<0.05) weight gains (7.3%) and feed efficiency (7.0%) of broilers (7-28 days post-hatch) and apparent metabolisable energy (AME) by 0.76 MJ/kg DM. Phytase plus xylanase increased (p<0.05) the overall, apparent ileal digestibility of amino acids by 4.5% (0.781 to 0.816); this was greater than the responses to either phytase (3.6%; 0.781 to 0.809) or xylanase (0.7%; 0.781 to 0.784). Absolute increases in amino acid digestibility with the combination exceeded the sum of the individual increases generated by phytase and xylanase for alanine, aspartic acid, glutamic acid, glycine, histidine, isoleucine, phenylalanine, threonine, tyrosine and valine. These synergistic responses may have resulted from phytase and xylanase having complementary modes of action for enhancing amino acid digestibilities and/or facilitating substrate access. The two remaining experiments were almost identical except wheat used in Experiment 2 had a higher phytate concentration and a lower estimated AME content than wheat used in Experiment 3. Individually, phytase and xylanase were generally more effective in Experiment 2, which probably reflects the higher dietary substrate levels present. Phytase plus xylanase increased (p<0.05) gains (15.4%) and feed efficiency (7.0%) of broiler chicks from 4-24 days post-hatch in Experiment 2; whereas, in Experiment 3, the combination increased (p<0.05) growth to a lesser extent (5.6%) and had no effect on feed efficiency. This difference in performance responses appeared to be 'protein driven' as the combination increased (p<0.05) nitrogen retention in Experiment 2 but not in Experiment 3; whereas phytase plus xylanase significantly increased AME in both experiments. In Experiments 2 and 3 the combined inclusion levels of phytase and xylanase were lower that the individual additions, which demonstrates the benefits of simultaneously including phytase and xylanase in wheat-based poultry diets.

Enrichment, isolation and characterisation of ruminal bacteria that degrade non-protein amino acids from the tropical legume Acacia angustissima

Acacia angustissima has been proposed as a protein supplement in countries where low quality forages predominate. A number of non-protein amino acids have been identified in the leaves of A. angustissima and these have been linked to toxicity in ruminants. The non-protein amino acid 4-n-acetyl-2,4-diaminobutyric acid (ADAB) has been shown to be the major amino acid in the leaves of A. angustissima. The current study aimed to identify micro-organisms from the rumen environment capable of degrading ADAB by using a defined rumen-simulating media with an amino acid extract from A. angustissima. A mixed enrichment culture was obtained that exhibited substantial ADAB-degrading ability. Attempts to isolate an ADAB-degrading micro-organism were carried out, however no isolates were able to degrade ADAB in pure culture. This enrichment culture was also able to degrade the non-protein amino acids diaminobutyric acid (DABA) and diaminopropionic acid (DAPA) which have structural similarities to ADAB. Two isolates were obtained which could degrade DAPA. One isolate is a novel Grain-positive rod (strain LPLR3) which belongs to the Firmicutes and is not closely related to any previously isolated bacterium. The other isolate is strain LPSR1 which belongs to the Gammaproteobacteria and is closely related (99.93% similar) to Klebsiella pneumoniae subsp. ozaenae. The studies demonstrate that the rumen is a potential rich source of undiscovered micro-organisms which have novel capacities to degrade plant secondary compounds. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Phosphate forms an unusual tripodal complex with the Fe-Mn center of sweet potato purple acid phosphatase

Purple acid phosphatases (PAPs) are a family of binuclear metalloenzymes that catalyze the hydrolysis of phosphoric acid esters and anhydrides. A PAP in sweet potato has a unique, strongly antiferromagnetically coupled Fe(III)-Mn(II) center and is distinguished from other PAPs by its increased catalytic efficiency for a range of activated and unactivated phosphate esters, its strict requirement for Mn(II), and the presence of a mu-oxo bridge at pH 4.90. This enzyme displays maximum catalytic efficiency (k(cat)/K-m) at pH 4.5, whereas its catalytic rate constant (k(cat)) is maximal at near-neutral pH, and, in contrast to other PAPs, its catalytic parameters are not dependent on the pK(a) of the leaving group. The crystal structure of the phosphate-bound Fe(III)-Mn(II) PAP has been determined to 2.5-Angstrom resolution (final R-free value of 0.256). Structural comparisons of the active site of sweet potato, red kidney bean, and mammalian PAPs show several amino acid substitutions in the sweet potato enzyme that can account for its increased catalytic efficiency. The phosphate molecule binds in an unusual tripodal mode to the two metal ions, with two of the phosphate oxygen atoms binding to Fe(III) and Mn(II), a third oxygen atom bridging the two metal ions, and the fourth oxygen pointing toward the substrate binding pocket. This binding mode is unique among the known structures in this family but is reminiscent of phosphate binding to urease and of sulfate binding to A protein phosphatase. The structure and kinetics support the hypothesis that the bridging oxygen atom initiates hydrolysis.