Bromophenol blue discoloration using peroxidase immobilized on highly activated corncob powder

The aim of the present study was to evaluate the efficacy of peroxidase immobilized on corncob powder for the discoloration of dye. Peroxidase was extracted from soybean seed coat, followed by amination of the surface of the tertiary structure. The aminated peroxidase was immobilized on highly activated corncob powder and employed for the discoloration of bromophenol blue. Amination was performed with 10 or 50 mmol.L-1carbodiimide and 1 mol.L-1ethylenediamine. The amount of protein in the extract was 0.235 ± 0.011 mg.mL-1and specific peroxidase activity was 86.06 ± 1.52 µmol min-1.mg-1, using 1 mmol.L-1ABTS as substrate. Ten mmol.L-1and 50 mmol.L-1 aminated peroxidase retained 88 and 100% of the initial activity. Following covalent immobilization on a corncob powder-glyoxyl support, 10 and 50 mmol.L-1aminated peroxidase retained 74 and 86% of activity, respectively. Derivatives were used for the discoloration of 0.02 mmol.L-1bromophenol blue solution. After 30 min, 93 and 89% discoloration was achieved with the 10 mmol.L-1and 50 mmol.L-1derivatives, respectively. Moreover, these derivatives retained 60% of the catalytic properties when used three times. Peroxidase extracted from soybean seed coat immobilized on a low-cost corncob powder support exhibited improved thermal stability. Keywords: Peroxidases. Multipoint immobilization of enzymes. Aminated enzymes. Corncob powder. RESUMO Descoloração de azul de bromofenol utilizando peroxidase imobilizada em pó de sabugo de milho altamente ativado Nesta pesquisa a enzima peroxidase foi extraída do tegumento de sementes de soja, e a superfície da estrutura terciária foi aminada. A peroxidase aminada foi imobilizada em suporte pó de sabugo de milho altamente ativado e utilizado na descoloração de azul de bromofenol. A aminação da peroxidase foi realizada com carbodiimida em concentrações de 10 e 50 mmol.L-1, e 1 mol.L-1de etilenodiamina. A quantidade de proteínas no extrato foi de 0,235 ± 0,011 mg.mL-1, e a atividade específica da peroxidase foi 86,06 ± 1,52 µmol min-1.mg-1, usando 1 mmol.L-1de ABTS como substrato. A peroxidase aminada a 10 mmol.L-1reteve 88% e a aminada a 50 mmol.L-1reteve 100% da atividade inicial. As peroxidases aminadas a 10 ou 50 mmol.L-1foram covalentemente imobilizadas em suporte glioxil-pó de sabugo de milho com atividade recuperada de 74% e 86%, respectivamente. Os derivados obtidos foram utilizados na descoloração de solução de azul de bromofenol 0,02 mmol.L-1. Após 30 min 93% de descoloração foram alcançados com o derivado glioxil-pó de sabugo de milho com a peroxidase aminada 10 mmol.L-1e 89% com a aminada 50 mmol.L-1. Estes derivados mantiveram 60% das propriedades catalíticas, quando utilizado por três vezes. A peroxidase extraída do tegumento da semente de soja imobilizada em suporte de baixo custo pó de sabugo de milho apresentou melhoria na estabilidade térmica da enzima. Palavras-chave: Peroxidases. Imobilização multipontual de enzimas. Aminação de enzimas. Pó de sabugo de milho.

RPA-1 from Leishmania amazonensis (LaRPA-1) structurally differs from other eukaryote RPA-1 and interacts with telomeric DNA via its N-terminal OB-fold domain

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Bromofhenol blue discoloration using peroxidase immobilized on highly activated corncob powder

The aim of the present study was to evaluate the efficacy of peroxidase immobilized on corncob powder for the discoloration of dye. Peroxidase was extracted from soybean seed coat, followed by amination of the surface of the tertiary structure. The aminated peroxidase was immobilized on highly activated corncob powder and employed for the discoloration of bromophenol blue. Amination was performed with 10 or 50 mmol.L-1 carbodiimide and 1 mol.L-1 ethylenediamine. The amount of protein in the extract was 0.235 ± 0.011 mg.mL-1 and specific peroxidase activity was 86.06 ± 1.52 µmol min-1 . mg-1, using 1 mmol.L-1 ABTS as substrate. Ten mmol.L-1 and 50 mmol.L-1 aminated peroxidase retained 88 and 100% of the initial activity. Following covalent immobilization on a corncob powder-glyoxyl support, 10 and 50 mmol.L-1 aminated peroxidase retained 74 and 86% of activity, respectively. Derivatives were used for the discoloration of 0.02 mmol.L-1 bromophenol blue solution. After 30 min, 93 and 89% discoloration was achieved with the 10 mmol.L-1 and 50 mmol.L-1 derivatives, respectively. Moreover, these derivatives retained 60% of the catalytic properties when used three times. Peroxidase extracted from soybean seed coat immobilized on a low-cost corncob powder support exhibited improved thermal stability.

Chemical and thermal influence of the [4Fe-4S](2+) cluster of A/G-specific adenine glycosylase from Corynebacterium pseudotuberculosis

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Structural and functional evidence for membrane docking and disruption sites on phospholipase A2-like proteins revealed by complexation with the inhibitor suramin

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Oxidation of Bovine Albumin by Hypochlorous and Hypobromous Acids: Structural and Functional Alterations

Aims: Hypochlorous (HOCl) and hypobromous (HOBr) acids are among the most powerful oxidants produced by the innate immune cells. Albumin is the predominant protein in most body fluids and is considered the most important antioxidant of blood plasma. Study Design: Oxidation of bovine albumin (BSA) and study of its structural and functional alterations. Place and Duration of Study: Faculty of Science and Faculty of Pharmaceutical Science, University of the State of Sao Paulo UNESP, between June and December 2012. Methodology: BSA was oxidized with excess of HOCl or HOBr and its structural and functional alterations were analyzed by spectroscopic techniques as UV-Vis absorption, intrinsic and synchronous fluorescence, fluorescence quenching, Rayleigh scattering and circular dichroism. Results: Both oxidants were able to deplete the intrinsic fluorescence of BSA, but HOBr was more effective than HOCl. The alterations in the synchronous fluorescence, UV-Vis absorption, and the appearance of a fluorescence band centered at 450 nm confirmed the difference between the oxidants. The oxidation did not induce aggregation of BSA as measured by Rayleigh scattering. The far-UV circular dichroism spectra showed a loss in the helical content and the near-UV-circular dichroism showed an alteration in the tertiary structure; HOBr was the more effective of the oxidants in this case. However, the oxidations did not induce significant alterations in the binding capacity of BSA, which was evaluated using hydrophobic (norfloxacin) and hydrophilic (ascorbic acid) drugs. Conclusion: These results suggest that, although highly susceptible to oxidation, the alterations did not inhibit BSA’s physiological function as a transport protein.

Charakterisierung und Stabilität von Arthropoden-Hämocyanin

Hämocyanine sind große, multimere Sauerstofftransport- proteine, die frei gelöst in der Hämolymphe von Arthropoden und Mollusken vorkommen.Zur Charakterisierung verschiedener Arthropoden-hämocyanine wurden deren molare Massen bestimmt. Die mit einer Vielwinkel-Laser-Lichtstreuapparatur ermittelten Molekulargewichte zeigten eine grosse Schwankungsbreite. Dies konnte auf Ungenauigkeiten der zur Berechnung der Molekulargewichte verwendeten spezifischen Extinktions- koeffizienten und Brechungsindex-Inkremente zurückgeführt werden.Mit der Methode der Massenspektrometrie (MALDI-TOF) bestimmte Molekulargewichte einzelner Untereinheiten des Hämocyanins der Vogelspinne Eurypelma californicum zeigten eine sehr gute Übereinstimmung mit aus der Sequenz errechneten Werten.Für das 24-mere Spinnenhämocyanin von Eurypelma californicum wurde die Stabilität gegenüber GdnHCl und der Temperatur auf den verschiedenen strukturellen Ebenen des Proteins untersucht.Viele Stabilitätsuntersuchungen werden an kleinen Proteinen durchgeführt, deren Entfaltung kooperativerfolgt. Bei größeren Proteinen mit unterschiedlichen strukturellen Bereichen (Domänen) ist der Entfaltungs-prozess weitaus komplexer. Ziel war es, durch die Denaturierung des Spinnen-Hämocyanins Erkenntnisse über die Stabilität und Entfaltung der verschiedenen strukturellen Ebenen eines so großen Proteinkomplexes zu gewinnen.Ein wichtiges Charakteristikum für die Interpretation der Entfaltungsexperimente ist die starke Löschung der Tryptophanfluoreszenz im oxygenierten Spinnen-Hämocyanin. Die Löschung kann vollständig durch Förster-Transfer erklärt werden kann. Sie bleibt auf die einzelnen Untereinheiten beschränkt und stellt somit ein reines O₂-Beladungssignal dar.Unter Einwirkung von GdnHCl dissoziiert das native, 24-mere Spinnen-Hämocyanin ohne die Entstehung langlebiger Inter- mediate. Die Untereinheiten werden durch das Oligomer stabilisiert. Die Entfaltung eines Monomers, der Unter- einheit e, folgt einer Hierarchie der verschiedenen strukturellen Ebenen des Moleküls. Die Entfaltung beginnt zunächst von außen mit der Auflockerung der Tertiärstruktur. Der Kern von Domäne II mit dem aktiven Zentrum weist hingegen eine besondere Stabilität auf.Die ausgeprägte Hitzestabilität des Eurypelma-Hämocyanins hängt vom Oligomerisierungsgrad, dem verwendeten Puffer und dessen Ausgangs-pH-Wert ab und spiegelt offensichtlich die extremen Lebensbedingungen im Habitat wider.

Ursachen der unterschiedlichen Oligomerisierung von Lichtsammelproteinen

Die verschiedenen Lichtsammelproteine (Lhc-Proteine) höherer Pflanzen unterscheiden sich im Oligomerisierungsverhalten. Im Photosystem II existieren 6 Lhc-Proteine, die entweder die monomeren Lichtsammelkomplexe (LHC) CP24 (Lhcb6), CP26 (Lhcb5) und CP29 (Lhcb4) oder den trimeren LHCII (Lhcb1, Lhcb2 und Lhcb3) bilden. Im Photosystem I sind laut Kristallstruktur vier Lhc-Proteine lokalisiert, die als Heterodimere organisiert vorliegen. Der schwerpunktmäßig untersuchte LHCI-730 setzt sich aus Lhca1 und Lhca4 zusammen, während der LHCI-680 aus Lhca2 und Lhca3 besteht. Das Ziel der Arbeit bestand in der Identifizierung der für das unterschiedliche Oligomerisierungsverhalten verantwortlichen Proteinbereiche und Aminosäuren. Die für diese Arbeit generierten Consensussequenzalignments verschiedener Lhca- und Lhcb-Proteine vieler Arten unterstützen die Folgerungen aus Strukturdaten und anderen Sequenzalignments, dass den LHCs eine gemeinsame Monomerstruktur zu Grunde liegt. Die Helices 1 und 3 weisen weitgehend sehr hohe Sequenzidentitäten auf, während die N- und C-Termini, die zwei Schleifenregionen und die Helix 2 nur schwach konserviert sind. Falls die Bereiche mit hoher Sequenzübereinstimmung für das Zustandekommen ähnlicher monomerer LHC-Strukturen verantwortlich sind, könnten in den schwach konservierten Domänen die Ursachen für das unterschiedliche Oligomerisierungsverhalten lokalisiert sein. Aufgrund dessen wurden die schwach konservierten Domänen des monomerisierenden Lhcb4, des mit dem Lhca1 dimerisierenden Lhca4 und des Trimere bildenden Lhcb1 gegen die entsprechenden Domänen der anderen Proteine ausgetauscht und bezüglich ihres Oligomerisierungsverhaltens untersucht. Im Lhca4 konnten mit der Helix 2 und der stromalen Schleife zwei für eine Heterodimerisierung essentielle Domänen gefunden werden. Im Lhcb1 waren neben dem N-Terminus auch die 2. Helix und die stromale Schleifendomäne unentbehrlich für eine Trimerisierung. Zusätzlich waren Dimerisierung und Trimerisierung bei Austausch der luminalen Schleife beeinträchtigt. Ein geringer Beitrag zur Lhcb1-Trimerisierung konnte auch für den C-Terminus belegt werden. Ein zusätzliches Ziel der Arbeit sollte der Transfer der Oligomerisierungseigenschaften durch umfangreichen Domänentausch von einem auf ein anderes Protein sein. Der Transfer der Fähigkeit zur Dimerbildung durch Substitution gegen essentielle Lhca4-Domänen (50% luminale Schleife, 100% Helix 2 und 100% stromale Schleife) gelang beim Lhcb4, nicht aber beim Lhcb1. Der Transfer der Trimerisierungsfähigkeit auf Lhca4 und Lhcb4 scheiterte. Eine Lhca1-Mutante mit allen für eine Dimerisierung essentiellen Lhca4-Domänen, die durch Interaktion einzelner Moleküle untereinander multimere LHCs bilden sollte, war bereits in ihrer Monomerbildung beeinträchtigt. Eine Übertragung der Oligomerisierungsfähigkeit auf andere Proteine durch massiven Domänentransfer gestaltete sich somit schwierig, da vermutlich im mutierten Protein immer noch ursprüngliche Tertiärstrukturanteile enthalten waren, die nicht mit den transferierten Proteinbestandteilen kompatibel sind. Bei zukünftigen Experimenten zur Klärung der Transferierbarkeit der Oligomerisierungseigenschaft sollten deswegen neben dem unberücksichtigten 1. Teil der luminalen Schleife auch wenig konservierte Aminosäuren in der 1. und 3. Helix Beachtung finden. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war es, die LHCI-730-Dimerisierung im Detail zu untersuchen. Mutationsanalysen bestätigten den von früheren Untersuchungen bekannten Einfluss des Isoleucins 103 und Histidins 99. Letzteres geht möglicherweise durch sein gebundenes Chlorophyll eine Interaktion mit dem Lhca1 ein. Das Phenylalanin 95 stellte sich ebenfalls als ein wichtiger Interaktionspartner heraus und könnte in Wechselwirkung mit einem zwischen Lhca1 und Lhca4 lokalisierten Phosphatidylglycerin treten. Das ebenfalls an der Dimerbildung beteiligte Serin 88 des Lhca4 könnte auf Grund der räumlichen Nähe bei Modellierungen direkt mit dem am C-Terminus des Lhca1 lokalisierten Glycin 190 interagieren. Darüber hinaus wurde ein in der luminalen Lhca4-Schleife lokalisiertes Phenylalanin 84 als Interaktionspartner des Tryptophans 185 im C-Terminus von Lhca1 identifiziert. Der simultane Austausch des Isoleucins 109 und Lysins 110 in der stromalen Schleife des Lhca4, konnte deren Einfluss auf die Dimerisierung belegen. Nachdem bislang an der Dimerbildung beteiligte Aminosäuren am N- und C-Terminus des Lhca1 und Lhca4 identifiziert werden konnten, wurden in dieser Arbeit viele an einer Dimerbildung beteiligten Proteinbereiche und Aminosäuren in der Helix 2 und den Schleifenregionen des Lhca4 identifiziert. Um alle an der Lhca1-Lhca4-Interaktion beteiligten Aminosäuren aufzuklären, müssten durch Mutationsanalysen die in der stromalen Lhca4-Schleife vermuteten Interaktionspartner des für die Dimerisierung wichtigen Tryptophans 4 am N-Terminus von Lhca1 identifiziert, und die in der Helix 3 des Lhca1 vermuteten Interaktionspartner der Helix 2 des Lhca4 ermittelt werden.

Der Einfluss einer wildtypischen SOD1-Untereinheit auf Konformation und Stabilität mutanter SOD1-Heterodimere

Die Erkrankung Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist gekennzeichnet durch eine progressive Degeneration der Motoneurone. Die hierdurch im Patienten hervorgerufene fortschreitende Paralyse kann von wenigen Wochen über Monate bis zu mehreren Jahren variieren. Im Durchschnitt beträgt die Krankheitsdauer 3 - 5 Jahre. Häufig führt respiratorische Insuffizienz letztendlich zum Tod des Patienten. ALS ist bis heute unheilbar. Etwa 10 % aller ALS Fälle zeigen einen familiären Hintergrund. Hiervon werden ~20 % durch Mutationen im Gen des antioxidativen Enzyms CuZnSuperoxiddismutase (SOD1) verursacht. Mehr als 150 Mutationen im Gen der SOD1 wurden bisher als Auslöser der ALS beschrieben. Durch die Mutation erlangen SOD1 Proteine zusätzliche, bisher jedoch unbekannte toxische Eigenschaften. Ein dismutaseaktives SOD1 Enzym setzt sich aus zwei SOD1 Untereinheiten zusammen. Aufgrund der autosomal dominanten Vererbung der Krankheit kann ein SOD1 Dimer im Patienten als wildtypisches Homodimer (SOD1WT‑WT), als mutantes Homodimer (SOD1mut‑mut) oder als Heterodimer (SOD1mut-WT) vorliegen. In dieser Arbeit wurden SOD1 Dimere untersucht, deren Untereinheiten kovalent miteinander verbunden waren. Es konnte gezeigt werden, dass sich die biochemischen und biophysikalischen Eigenschaften mutanter SOD1 Heterodimere von mutanten SOD1 Homodimeren mit der gleichen Mutation unterschieden. Mutante SOD1 Heterodimere wiesen eine höhere Resistenz gegen einen Abbau durch Proteinase K auf als ihre korrespondierenden Homodimere. Des Weiteren verminderte eine wildtypische Untereinheit die Interaktion der Heterodimere mit Antikörpern gegen fehlgefaltete SOD1. Die Sekundärstruktur der mutanten SOD1 Heterodimere unterschied sich hierbei nicht auffällig von der Sekundärstruktur ihrer zugehörigen Homodimere. Eine wildtypische Untereinheit verändert somit möglicherweise die Tertiärstruktur seiner kovalent gebundenen mutanten SOD1 Untereinheit und/oder die Konformation des gesamten Dimerproteins. Durch die Mutation bedingte Missfaltungen werden hierdurch reduziert, die Stabilität des Dimers gegenüber proteolytischem Abbau erhöht. Nach der Aufreinigung der Dimerproteine wies das mutanten SOD1 Heterodimer diese Eigenschaften nicht mehr auf. Ein potentieller Interaktionspartner, der eine verminderte Fehlfaltung des Heterodimers oder eine verstärkte Missfaltung des Homodimers fördert, könnte hierbei während der Aufreinigungsprozedur verlorengegangen sein. Die hier nachgewiesene Konformationsänderung könnte über einen Prionen-ähnlichen Effekt übertragen werden und die erhöhte Stabilität das mutante, toxische Protein vor Degradation schützen. Dies korreliert mit der Beobachtung früherer Studien, in denen nachgewiesen wurde, dass mutante SOD1 Heterodimere potentiell toxischer sind als ihre korrespondierenden Homodimere.

Investigations on DNA methylation by Dnmt2 and impact of tRNA modifications on TLR7 stimulation

The incorporation of modified nucleotides into ribonucleic acids (RNAs) is important for their structure and proper function. These modifications are inserted by distinct catalytic macromolecules one of them being Dnmt2. It methylates the Cytidine (C) at position 38 in tRNA to 5-methylcytidine (m5C). Dnmt2 has been a paradigm in this respect, because all of its nearest neighbors in evolution are DNA-cytosine C5-methyltransferases and methylate DNA, while its (own) DNA methyltransferase activity is the subject of controversial reports with rates varying between zero and very weak. This work determines whether the biochemical potential for DNA methylation is present in the enzyme. It was discovered that DNA fragments, when presented as covalent RNA:DNA hybrids in the structural context of a tRNA, can be more efficiently methylated than the corresponding natural tRNA substrate. Additional minor deviations from a native tRNA structure that were seen to be tolerated by Dnmt2 were used for a stepwise development of a composite system of guide RNAs that enable the enzyme to perform cytidine methylation on single stranded DNA in vitro. Furthermore, a proof-of-principle is presented for utilizing the S-adenosyl methionine-analog cofactor SeAdoYn with Dnmt2 to search for new possible substrates in a SELEX-like approach.rnIn innate immunity, nucleic acids can function as pathogen associated molecular patterns (PAMPs) recognized by pattern recognition receptors (PRRs). The modification pattern of RNA is the discriminating factor for toll-like receptor 7 (TLR7) to distinguish between self and non-self RNA of invading pathogens. It was found that a 2'-O-methylated guanosine (Gm) at position18, naturally occurring at this position in some tRNAs, antagonizes recognition by TLR7. In the second part of this work it is pointed out, that recognition extends to the next downstream nucleotide and the effectively recognized molecular detail is actually a methylated dinucleotide. The immune silencing effect of the ribose methylation is most pronounced if the dinucleotide motif is composed of purin nucleobases whereas pyrimidines diminish the effect. Similar results were obtained when the Gm modification was transposed into other tRNA domains. Point mutations abolishing base pairings important for a proper tertiary structure had no effect on the immune stimulatory potential of a Gm modified tRNA. Taken together these results suggest a processive type of RNA inspection by TLR7.rn

Characterization of Molecular Determinants of the Conformational Stability of Macrophage Migration Inhibitory Factor: Leucine 46 Hydrophobic Pocket

Macrophage Migration Inhibitory Factor (MIF) is a key mediator of inflammatory responses and innate immunity and has been implicated in the pathogenesis of several inflammatory and autoimmune diseases. The oligomerization of MIF, more specifically trimer formation, is essential for its keto-enol tautomerase activity and probably mediates several of its interactions and biological activities, including its binding to its receptor CD74 and activation of certain signaling pathways. Therefore, understanding the molecular factors governing the oligomerization of MIF and the role of quaternary structure in modulating its structural stability and multifunctional properties is crucial for understanding the function of MIF in health and disease. Herein, we describe highly conserved intersubunit interactions involving the hydrophobic packing of the side chain of Leu46 onto the β-strand β3 of one monomer within a hydrophobic pocket from the adjacent monomer constituted by residues Arg11, Val14, Phe18, Leu19, Val39, His40, Val41, Val42, and Pro43. To elucidate the structural significance of these intersubunit interactions and their relative contribution to MIF’s trimerization, structural stability and catalytic activity, we generated three point mutations where Leu46 was replaced by glycine (L46G), alanine (L46A) and phenylalanine (L46F), and their structural properties, stability, oligomerization state, and catalytic activity were characterized using a battery of biophysical methods and X-ray crystallography. Our findings provide new insights into the role of the Leu46 hydrophobic pocket in stabilizing the conformational state of MIF in solution. Disrupting the Leu46 hydrophobic interaction perturbs the secondary and tertiary structure of the protein but has no effect on its oligomerization state.

Probing the effect of minor groove interactions on the catalytic efficiency of DNAzymes 8–17 and 10–23

DNAzymes (Dz) 8–17 and 10–23 are two widely studied and well-characterized RNA-cleaving DNA catalysts. In an effort to further improve the understanding of the fragile interactions and dynamics of the enzymatic mechanism, this study examines the catalytic efficiency of minimally modified DNAzymes. Five single mutants of Dz8–17 and Dz10–23 were prepared by replacing the adenine residues in the corresponding catalytic cores with 3-deazaadenine units. Kinetic assays were used to assess the effect on the catalytic activity and thereby identify the importance of hydrogen bonding that arises from the N3 atoms. The results suggest that modifications at A15 and A15.0 of Dz8–17 have a significant influence and show a reduction in catalytic activity. Modification at each location in Dz10–23 results in a decrease of the observed rate constants, with A12 appearing to be the most affected with a reduction of ∼80% of kobs and ∼25% of the maximal cleavage rate compared to the wild-type DNAzyme. On the other hand, modification of A12 in Dz8–17 showed an ∼130% increase in kobs, thus unraveling a new potential site for the introduction of chemical modifications. A pH-profile analysis showed that the chemical cleavage step is rate-determining, regardless of the presence and/or location of the mutation. These findings point towards the importance of the N3-nitrogens of certain adenine nucleotides located within the catalytic cores of the DNAzymes for efficient catalytic activity and further suggest that they might directly partake in maintaining the appropriate tertiary structure. Therefore, it appears that minor groove interactions constitute an important feature of DNAzymes as well as ribozymes.

Analysis of Lim1 LIM domains in mouse development

Transcriptional regulation is fundamental for the precise development of all organisms. Through tight regulation, necessary genes are activated at proper spatial and temporal patterns, while unnecessary genes are repressed. A large family of regulator proteins that have been demonstrated to be involved in various developmental processes by activation and repression of target genes is the homeodomain family of proteins. To date, the function of many of these homeoproteins has been elucidated in diverse species. However, the molecular mechanism underlying the function of these proteins has not been fully understood. In this study, the molecular mechanism of the function of a LIM-homeoprotein, Lim1, was examined. In addition to the homeodomain, Lim1 contains two LIM domains that are highly conserved among species. This high conservation along with data from in vitro studies on Xenopus Lim1 suggests that the LIM domains might be important for the function of Lim1 as a transcriptional regulator. Here, the functional importance of the LIM domains of Lim1 was determined by using a novel gene-targeting strategy in mouse embryonic stem (ES) cells. A cre-loxP system was used in conjunction with the unique genomic organization of Lim1 to obtain four types of mutant ES cell lines that would allow for the in vivo analysis of the function of both the LIM domains of Lim1 together and also singularly. These four mutant Lim1 alleles either contained base-pair changes at the LIM encoding exons that alters zinc-binding amino acids of the LIM domains or contained only exogenous loxP sequences in the first intron of Lim1, which serves as the control allele. These mutations in the LIM domains would presumably abolish the zinc-finger tertiary structure of the domain and thus render the domain non-functional. Mice carrying mutations at both the LIM domains of Lim1, L1L2, die around E10 without anterior head structures anterior to rhombomere 3, identical in phenotype to the Lim1 null mutants in spite of the presence of mutant Lim1 RNA. This result demonstrates that the integrity of both the LIM domains are essential for the function of Lim1. This is further supported by the phenotype of mice carrying mutation at only the second LIM domain of Lim1, L2. The L2 mice although still carrying one intact Lim1 LIM domain, also die in utero. The L2 mice die at varying times, from around E8 to E10 with anterior defects in addition to other axial defects which have yet to be fully characterized. The results of this study so far demonstrates that the integrity of both LIM domains are required for the function of Lim1. ^

Membrane-bound state of the colicin E1 channel domain as an extended two-dimensional helical array

Atomic level structures have been determined for the soluble forms of several colicins and toxins, but the structural changes that occur after membrane binding have not been well characterized. Changes occurring in the transition from the soluble to membrane-bound state of the C-terminal 190-residue channel polypeptide of colicin E1 (P190) bound to anionic membranes are described. In the membrane-bound state, the α-helical content increases from 60–64% to 80–90%, with a concomitant increase in the average length of the helical segments from 12 to 16 or 17 residues, close to the length required to span the membrane bilayer in the open channel state. The average distance between helical segments is increased and interhelix interactions are weakened, as shown by a major loss of tertiary structure interactions, decreased efficiency of fluorescence resonance energy transfer from an energy donor on helix V of P190 to an acceptor on helix IX, and decreased resonance energy transfer at higher temperatures, not observed in soluble P190, implying freedom of motion of helical segments. Weaker interactions are also shown by a calorimetric thermal transition of low cooperativity, and the extended nature of the helical array is shown by a 3- to 4-fold increase in the average area subtended per molecule to 4,200 Å2 on the membrane surface. The latter, with analysis of the heat capacity changes, implies the absence of a developed hydrophobic core in the membrane-bound P190. The membrane interfacial layer thus serves to promote formation of a highly helical extended two-dimensional flexible net. The properties of the membrane-bound state of the colicin channel domain (i.e., hydrophobic anchor, lengthened and loosely coupled α-helices, and close association with the membrane interfacial layer) are plausible structural features for the state that is a prerequisite for voltage gating, formation of transmembrane helices, and channel opening.

Isolation of a myoglobin molten globule by selective cobalt(III)-induced unfolding

Reaction of the Schiff-base complex [Co(acetylacetonate-ethylenediimine)(NH3)2]+ with metmyoglobin at pH 6.5 yields a partially folded protein containing six Co(III) complexes. Although half of its α-helical secondary structure is retained, absorption and CD spectra indicate that the tertiary structure in both B-F and AGH domains is disrupted in the partially folded protein. In analogy to proton-induced unfolding, it is likely that the loss of tertiary structure is triggered by metal-ion binding to histidines. Cobalt(III)-induced unfolding of myoglobin is unique in its selectivity (other proteins are unaffected) and in allowing the isolation of the partially folded macromolecule (the protein does not refold or aggregate upon removal of free denaturant).