Human cyclin-dependent kinase-activating kinase exists in three distinct complexes.

Transcription factor IIH (TFIIH) is a multisubunit complex required for transcription and for DNA nucleotide excision repair. TFIIH possesses three enzymatic activities: (i) an ATP-dependent DNA helicase, (ii) a DNA-dependent ATPase, and (iii) a kinase with specificity for the carboxyl-terminal domain of RNA polymerase II. The kinase activity was recently identified as the cdk (cyclin-dependent kinase) activating kinase, CAK, composed of cdk7, cyclin H, and MAT-1. Here we report the isolation and characterization of three distinct CAK-containing complexes from HeLa nuclear extracts: CAK, a novel CAK-ERCC2 complex, and TFIIH. CAK-ERCC2 can efficiently associate with core-TFIIH to reconstitute holo-TFIIH transcription activity. We present evidence proposing a critical role for ERCC2 in mediating the association of CAK with core TFIIH subunits.

Genes encoding the same three subunits of respiratory complex II are present in the mitochondrial DNA of two phylogenetically distant eukaryotes.

Although mitochondrial DNA is known to encode a limited number (<20) of the polypeptide components of respiratory complexes I, III, IV, and V, genes for components of complex II [succinate dehydrogenase (ubiquinone); succinate:ubiquinone oxidoreductase, EC 1.3.5.1] are conspicuously lacking in mitochondrial genomes so far characterized. Here we show that the same three subunits of complex II are encoded in the mitochondrial DNA of two phylogenetically distant eukaryotes, Porphyra purpurea (a photosynthetic red alga) and Reclinomonas americana (a heterotrophic zooflagellate). These complex II genes, sdh2, sdh3, and sdh4, are homologs, respectively, of Escherichia coli sdhB, sdhC, and sdhD. In E. coli, sdhB encodes the iron-sulfur subunit of succinate dehydrogenase (SDH), whereas sdhC and sdhD specify, respectively, apocytochrome b558 and a hydrophobic 13-kDa polypeptide, which together anchor SDH to the inner mitochondrial membrane. Amino acid sequence similarities indicate that sdh2, sdh3, and sdh4 were originally encoded in the protomitochondrial genome and have subsequently been transferred to the nuclear genome in most eukaryotes. The data presented here are consistent with the view that mitochondria constitute a monophyletic lineage.

Destruction of a single chlorophyll is correlated with the photoinhibition of photosystem II with a transiently inactive donor side.

Pigments destroyed during photoinhibition of water-splitting photosystem II core complexes from the green alga Chlamydomonas reinhardtii were studied. Under conditions of a transiently inactivated donor side, illumination leads to an irreversible inhibition of the electron transfer at the donor side that is paralleled by the destruction of chlorophylls a absorbing maximally around 674 and 682 nm. The observed stochiometry of 1 +/- 0.1 destroyed chlorophyll per inhibited photosystem II suggests that chlorophyll destruction could be the primary photodamage causing the inhibition of photosystem II under these conditions.

Yeast global transcriptional regulators Sin4 and Rgr1 are components of mediator complex/RNA polymerase II holoenzyme.

Sin4 and Rgr1 proteins, previously shown by genetic studies to play both positive and negative roles in the transcriptional regulation of many genes, are identified here as components of mediator and RNA polymerase II holoenzyme complexes. Results with Sin4 deletion and Rgr1 truncation strains indicate the association of these proteins in a subcomplex comprising Sin4, Rgr1, Gal11, and a 50-kDa polypeptide. Taken together with the previous genetic evidence, our findings point to a role of the mediator in repression as well as in transcriptional activation.

DNA loops induced by cooperative binding of transcriptional activator proteins and preinitiation complexes.

DNA conformational changes are essential for the assembly of multiprotein complexes that contact several DNA sequence elements. An approach based on atomic force microscopy was chosen to visualize specific protein-DNA interactions occurring on eukaryotic class II nuclear gene promoters. Here we report that binding of the transcription regulatory protein Jun to linearized plasmid DNA containing the consensus AP-1 binding site upstream of a class II gene promoter leads to bending of the DNA template. This binding of Jun was found to be essential for the formation of preinitiation complexes (PICs). The cooperative binding of Jun and PIC led to looping of DNA at the protein binding sites. These loops were not seen in the absence of either PICs, Jun, or the AP-1 binding site, suggesting a direct interaction between DNA-bound Jun homodimers and proteins bound to the core promoter. This direct visualization of functional transcriptional complexes confirms the theoretical predictions for the mode of gene regulation by trans-activating proteins.

Structure of human T-cell receptors specific for an immunodominant myelin basic protein peptide: positioning of T-cell receptors on HLA-DR2/peptide complexes.

T-cell receptors (TCRs) recognize peptide bound within the relatively conserved structural framework of major histocompatibility complex (MHC) class I or class II molecules but can discriminate between closely related MHC molecules. The structural basis for the specificity of ternary complex formation by the TCR and MHC/peptide complexes was examined for myelin basic protein (MBP)-specific T-cell clones restricted by different DR2 subtypes. Conserved features of this system allowed a model for positioning of the TCR on DR2/peptide complexes to be developed: (i) The DR2 subtypes that presented the immunodominant MBP peptide differed only at a few polymorphic positions of the DR beta chain. (ii) TCR recognition of a polymorphic residue on the helical portion of the DR beta chain (position DR beta 67) was important in determining the MHC restriction. (iii) The TCR variable region (V) alpha 3.1 gene segment was used by all of the T-cell clones. TCR V beta usage was more diverse but correlated with the MHC restriction--i.e., with the polymorphic DR beta chains. (iv) Two clones with conserved TCR alpha chains but different TCR beta chains had a different MHC restriction but a similar peptide specificity. The difference in MHC restriction between these T-cell clones appeared due to recognition of a cluster of polymorphic DR beta-chain residues (DR beta 67-71). MBP-(85-99)-specific TCRs therefore appeared to be positioned on the DR2/peptide complex such that the TCR beta chain contacted the polymorphic DR beta-chain helix while the conserved TCR alpha chain contacted the nonpolymorphic DR alpha chain.

A general model of invariant chain association with class II major histocompatibility complex proteins.

The binding of invariant chain to major histocompatibility complex (MHC) proteins is an important step in processing of MHC class II proteins and in antigen presentation. The question of how invariant chain can bind to all MHC class II proteins is central to understanding these processes. We have employed molecular modeling to predict the structure of class II-associated invariant chain peptide (CLIP)-MHC protein complexes and to ask whether the predicted mode of association could be general across all MHC class II proteins. CLIP fits identically into the MHC class II alleles HLA-DR3, I-Ak, I-Au, and I-Ad, with a consistent pattern of hydrogen bonds, contacts, and hydrophobic burial and without bad contacts. Our model predicts the burial of CLIP residues Met-91 and Met-99 in the deep P1 and P9 anchor pockets and other detailed interactions, which we have compared with available data. The predicted pattern of I-A allele-specific effects on CLIP binding is very similar to that observed experimentally by alanine-scanning mutations of CLIP. Together, these results indicate that CLIP may bind in a single, general way across products of MHC class II alleles.

Oligomerization of CD4 is required for stable binding to class II major histocompatibility complex proteins but not for interaction with human immunodeficiency virus gp120.

Previous studies have failed to detect an interaction between monomeric soluble CD4 (sCD4) and class II major histocompatibility complex (MHC) proteins, suggesting that oligomerization of CD4 on the cell surface may be required to form a stable class II MHC binding site. To test this possibility, we transfected the F43I CD4 mutant, which is incapable of binding to class II MHC or human immunodeficiency virus (HIV) gp120, into COS-7 cells together with wild-type CD4 (wtCD4). Expression of F43I results in a dominant negative effect: no class II MHC binding is observed even though wtCD4 expression is preserved. Apparently, F43I associates with wtCD4 oligomers and interferes with the formation of functional class II MHC binding structures. In contrast, F43I does not affect the binding of gp120 to wtCD4, implying that gp120 binds to a CD4 monomer. By production and characterization of chimeric CD4 molecules, we show that domains 3 and/or 4 appear to be involved in oligomerization. Several models of the CD4-class II MHC interaction are offered, including the possibility that one or two CD4 molecules initially interact with class II MHC dimers and further associate to create larger complexes important for facilitating T-cell receptor crosslinking.

Supramolecular coordination complexes as building blocks for porous and magnetic materials

In this work, new coordination polymers based on two different classes of synthons are presented. In addition, manganese-based metallacrowns of magnetic interest are studied, both in the solid state and in solution. Firstly, functionalized bispyrazolylmethane derivatives are employed as bridging ligands for the establishment of silver-based coordination polymers; the influence of the substituent groups and of the counterions on the supramolecular packing is also investigated. Secondly, the use of metallacrown (MC) complexes as building blocks for porous coordination polymers is discussed. The design of a new metallacrown species is presented, which shows the tendency of aggregating in the solid state to form coordination polymers. Two new coordination polymers are indeed reported, of which one is the first MC-based permanently porous coordination network ever presented. The solid resists solvent evacuation and exhibits gas uptake ability. Furthermore, the isolation and characterization of a new metallacryptate species based on manganese ions is described. The metal-rich structure comprises nine Mn(II)/Mn(III) ions and presents an inverse metallacrown core subunit that binds a μ3-O2- ion. The metallacryptate is isolated in high yields and stable in solution. Lastly, a family of 3d-4f heterometallic metallacrowns is characterized in solution by means of UV-Vis spectrophotometry and of paramagnetically shifted 1H-NMR. The lanthanide-induced shifts observed in the spectra are employed to describe the molecules behaviour in solution and are qualitatively related to the magnetic properties of the compounds.

Coinage Metal Complexes as Chiral Catalysts for 1,3-Dipolar Cycloadditions

In this account, we describe the experience of our research group in the implementation of chiral coinage metal complexes into the efficient enantioselective 1,3-DC of azomethine ylides derived from α-amino acids and azlactones with different dipolarophiles. The corresponding chiral metallodipoles were generated in situ and next focused on the synthesis of highly substituted prolines. For this purpose, privileged ligands such as phosphoramidites and binap with silver(I), gold(I) and copper(II) salts are described. Depending from the ligand and mainly from the metal salt it can be possible to control the facial endo/exo-diasteroselectivity and the enantioselectivity of these types of processes. The synthetic processes are also supported by DFT calculations in order to elucidate the most plausible mechanism and the stereochemical results.

Réaction d’amination intramoléculaire de liens C-H à partir de N-mésyloxycarbamates catalysée par des complexes de rhodium et d’autres métaux de transition : s ynthèse verte d’oxazolidinones

La réaction d’amination de liens C-H, impliquant la transformation directe d’un lien C-H en lien C-N constitue une approche synthétique d’avenir pour la préparation de composés azotés. L’application de cette stratégie de manière intramoléculaire apparaît comme une approche puissante pour la synthèse de composés hétérocycliques. En particulier, les oxazolidinones, carbamates cycliques à cinq chaînons, constituant une nouvelle classe d’antibiotiques très prometteuse, pourraient être synthétisées par cette méthode. Il y a moins d’une dizaine d’années, notre groupe de recherche a travaillé sur le développement de méthodologies utilisant des espèces nitrènes métalliques pour l’amination intra et intermoléculaire. Les N-tosyloxycarbamates, en présence d’une base et d’un catalyseur dimère de rhodium (II) tétracarboxylate sont les précurseurs de ces espèces nitrènes métalliques, capables de faire l’insertion de liens C(sp3)-H. Dans ces travaux de thèse, nous avons travaillé sur le développement d’une méthode plus « verte » d’amination intramoléculaire. Les N-mésyloxycarbamates, plus légers que leurs homologues N-tosyloxycarbamates, ont été identifiés comme d’excellents précurseurs de nitrènes. La méthodologie développée ne nécessite que 3 mol % de dimère de rhodium Rh2(tpa)4 et de 1,5 équivalents de solution aqueuse saturée de K2CO3, le tout dans l’acétate d’éthyle et donne de bons rendements de cyclisation. Une étude de l’étendue réactionnelle a été effectuée, montrant la tolérance et les limitations de notre système catalytique : les hétéroatomes ne posent pas de problèmes hormis l’atome d’azote, qui doit être protégé afin de garantir la transformation. En outre, nous avons constaté que les liens C-H aliphatiques secondaires sont moins réactifs que les liens tertiaires. Après avoir tenté de développer des conditions réactionnelles spécifiques aux liens C-H non activés, nous avons montré la possibilité d’aminer des liens C-H propargyliques de manière chimiosélective ; la triple liaison C-C peut ensuite être dérivatisée efficacement, donnant accès à la formule saturée correspondante ainsi qu’à d’autres motifs. Dans un désir de substituer les complexes de rhodium par d’autres complexes de métaux plus abondants et moins dispendieux, nous nous sommes tournés, dans un premier temps, vers les complexes de fer et par la suite, vers les pinceurs de nickel. Les phtalocyanines de fer ont été identifiées comme étant de bons catalyseurs de l’amination intramoléculaire de N-mésyloxycarbamates. Le chlorure de phtalocyanine de fer (III), en présence d’un sel de AgBF4 et de K2CO3, dans le 1,1,2,2-tétrachloroéthane anhydre, permet l’obtention de la 4-phenyloxazolidin-2-one avec 63% de rendement. En outre, il est possible d’atteindre un rendement de 49% à partir du même substrat N-mésyloxycarbamate, par catalyse avec un pinceur de nickel de type POCN, en présence d’un sel de mésylate. Des indices sur le mécanisme des ces deux transformations ont pu être recueillis lors de la courte étude de ces systèmes.

Réaction d’amination intramoléculaire de liens C-H à partir de N-mésyloxycarbamates catalysée par des complexes de rhodium et d’autres métaux de transition : s ynthèse verte d’oxazolidinones

La réaction d’amination de liens C-H, impliquant la transformation directe d’un lien C-H en lien C-N constitue une approche synthétique d’avenir pour la préparation de composés azotés. L’application de cette stratégie de manière intramoléculaire apparaît comme une approche puissante pour la synthèse de composés hétérocycliques. En particulier, les oxazolidinones, carbamates cycliques à cinq chaînons, constituant une nouvelle classe d’antibiotiques très prometteuse, pourraient être synthétisées par cette méthode. Il y a moins d’une dizaine d’années, notre groupe de recherche a travaillé sur le développement de méthodologies utilisant des espèces nitrènes métalliques pour l’amination intra et intermoléculaire. Les N-tosyloxycarbamates, en présence d’une base et d’un catalyseur dimère de rhodium (II) tétracarboxylate sont les précurseurs de ces espèces nitrènes métalliques, capables de faire l’insertion de liens C(sp3)-H. Dans ces travaux de thèse, nous avons travaillé sur le développement d’une méthode plus « verte » d’amination intramoléculaire. Les N-mésyloxycarbamates, plus légers que leurs homologues N-tosyloxycarbamates, ont été identifiés comme d’excellents précurseurs de nitrènes. La méthodologie développée ne nécessite que 3 mol % de dimère de rhodium Rh2(tpa)4 et de 1,5 équivalents de solution aqueuse saturée de K2CO3, le tout dans l’acétate d’éthyle et donne de bons rendements de cyclisation. Une étude de l’étendue réactionnelle a été effectuée, montrant la tolérance et les limitations de notre système catalytique : les hétéroatomes ne posent pas de problèmes hormis l’atome d’azote, qui doit être protégé afin de garantir la transformation. En outre, nous avons constaté que les liens C-H aliphatiques secondaires sont moins réactifs que les liens tertiaires. Après avoir tenté de développer des conditions réactionnelles spécifiques aux liens C-H non activés, nous avons montré la possibilité d’aminer des liens C-H propargyliques de manière chimiosélective ; la triple liaison C-C peut ensuite être dérivatisée efficacement, donnant accès à la formule saturée correspondante ainsi qu’à d’autres motifs. Dans un désir de substituer les complexes de rhodium par d’autres complexes de métaux plus abondants et moins dispendieux, nous nous sommes tournés, dans un premier temps, vers les complexes de fer et par la suite, vers les pinceurs de nickel. Les phtalocyanines de fer ont été identifiées comme étant de bons catalyseurs de l’amination intramoléculaire de N-mésyloxycarbamates. Le chlorure de phtalocyanine de fer (III), en présence d’un sel de AgBF4 et de K2CO3, dans le 1,1,2,2-tétrachloroéthane anhydre, permet l’obtention de la 4-phenyloxazolidin-2-one avec 63% de rendement. En outre, il est possible d’atteindre un rendement de 49% à partir du même substrat N-mésyloxycarbamate, par catalyse avec un pinceur de nickel de type POCN, en présence d’un sel de mésylate. Des indices sur le mécanisme des ces deux transformations ont pu être recueillis lors de la courte étude de ces systèmes.

Platinum(II) olefin hydroarylation catalysts: tuning selectivity for the anti-Markovnikov product Tandem catalytic ester hydrogenation and deoxygenation of polyethylene terephthalate

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-06

Tuning the metal-to-metal charge transfer energy of cyano-bridged dinuclear complexes

The metal-to-metal charge transfer (MMCT) transitions of a series of Class II mixed valence dinuclear complexes bearing cyano bridging ligands may be varied systematically by variations to either the hexacyanometallate(II) donor or Co-III acceptor moieties. Specifically, the new dinuclear species trans-[(LCoNCFe)-Co-14S(CN)(5)](-) (L-14S = 6-methyl-1,11-diaza-4,8-dithia- cyclotetradecane-6-amine) and trans-[(LCoNCRu)-Co-14(CN)(5)]-(L-14 = 6-methyl-1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane-6-amine) have been prepared and their spectroscopic and electrochemical properties are compared with the relative trans-[(LCoNCFe)-Co-14(CN)(5)](-). The crystal structures of Na{trans-[(LCoNCFe)-Co-14S(CN)(5)]}.51/2H(2)O.1/2EtOH, Na{trans-[(LCoNCRu)-Co-14(CN)(5)]}.3H(2)O and Na{trans-[(LCoNCRu)-Co-14(CN)(5)]}.8H(2)O are also reported. The ensuing changes to the MMCT energy have been examined within the framework of Hush theory, and it was found that the free energy change between the redox isomers was the dominant effect in altering the energy of the MMCT transition.