Characterization of cytotoxic ribonucleases: from the internalization pathway to the importance of dimeric structures

En aquesta tesi s'ha caracteritzat la ruta d'internalització de l'onconasa, una RNasa citotòxica. Els resultats indiquen que l'onconasa entra a les cèl·lules per la via dependent de clatrina i del complex AP-2. Seguidament es dirigeix als endosomes de reciclatge i es a través d'aquesta ruta que la proteïna exerceix la citotoxicitat. Per altra banda, els resultats d'aquest treball demostren que PE5, una variant citotòxica de la ribonucleasa pancreàtica humana (HP-RNasa), interacciona amb la importina  mitjançant diferents residus que tot i que no són seqüencials, es troben propers en l'estructura tridimensional d'aquesta proteïna. PM8 és una HP-RNasa amb estructura cristal·logràfica dimèrica constituïda per intercanvi de dominis N-terminals. En aquesta tesi s'han establert les condicions per estabilitzar aquest dimer en solució i també es proposa un mecanisme per la dimerització.

Les sHsps en surera: Estudis de funcionalitat

Aquesta tesi es centra en la caracterització funcional d'una proteïna de xoc de calor de baix pes molecular (Small Heat Shock Protein - sHSP) de classe I de surera pel que fa a la seva capacitat per protegir les cèl·lules de l'estrès i per estabilitzar les membranes. Les sHsps són proteïnes que s'expressen en condicions d'estrès cel·lular. Encara que certs aspectes funcionals de les sHsps són ben coneguts, el nostre treball aporta informacions noves sobre el paper de les diferents regions de la proteïna, especialment de la regió N-terminal. L'objectiu concret d'aquest treball és determinar la funció termoprotectora de QsHsp17.4-CI, una sHsp de classe I oobtinguda a partir de les cèl·lules de fel·lema d'alzina surera, en un model bacterià i analitzar la importància de les diferents regions de la proteïna en aquesta funció. Amb aquesta finalitat s'han dissenyat dues proteïnes parcials derivades de QsHsp17.4-CI: una a la que li falta la regió N-terminal (C105) i una altra amb pràcticament tot el domini -cristal·lí deleccionat (N61), i una tercera, derivada de QsHs10-CI, a la que li falta la meitat del domini -cristal·lí (Hsp10). També s'estudia la possible capacitat estabilitzadora de membranes i la capacitat de modificar l'expressió d'altres Hsps quan s'expressa de forma heteròloga. Els nostres resultats demostren que l'expressió de QsHsp17.4-CI protegeix a les cèl·lules d'E.coli de l'estrès tèrmic alhora que la regió N-terminal i la regió consens II del domini -cristal·lí són imprescindibles per aquesta funció de protecció. En relació a un possible paper en les membranes, els estudis de localització subcel·lular mostren que QsHsp17.4-CI colocalitza amb la fracció membranes i que la regió N-terminal de la proteïna és responsable d'aquesta colocalització. No s'ha pogut demostrar, però, que la localització amb la membrana estigui associada a un efecte protector d'aquesta: en cap cas la sobrexpressió de les proteïnes modifica la composició d'àcids grassos i només N61, que no té acció termoprotectora, altera l'estat fisico-químic de la membrana. En estudis d'expressió de novo en E.coli s'ha observat que, a diferència de les altres proteïnes heteròlogues, N61 activa l'expressió de la majoria de Hsps d'E.coli fent pensar en una possible relació entre l'estat físic de la membrana i l'activació de la resposta a l'estrès. En resum, en aquest treball hem provat la capacitat protectora de QsHsp17.4 i aportem noves dades sobre la importància de la regió N-terminal i la regió consens II del domini -cristal·lí en aquesta funció. Per altra banda, es suggereix que QsHsp17.4 podria interaccionar amb la membrana d'E.coli i que la regió N-terminal seria imprescindible per aquesta interacció. Finalment hem determinat que les proteïnes que provoquen variacions en l'estat de fluïdesa de la membrana poden activar la resposta al xoc de calor per part de la cèl·lula bacteriana.

Mecanismes cel·lulars en la curació de ferides a Hirudo medicinalis

S'estudia la histologia normal de la paret corporal d'Hirudo medicinalis i els canvis morfogenètics que es donen durant el procés de cicatrització de ferides per incisió, cauterització i nitrat de plata. El procés de curació de ferides a Hirudo medicinalis consta d'una fase de formació d'un tap cel·lular, el pseudoblastema, d'un procés de reepitelització i de la formació d'un teixit cicatricial, com en els altres hirudinis estudiats (Myers, 1935; LeGore i Sparks, 1971; Cornec, 1984). Hem observat també el fenomen de la contracció de la ferida que permet l'acostament dels marges de la ferida. Formació i evolució del pseudoblastema El pseudoblastema, a diferència d'altres espècies estudiades, està format per un sol tipus cel·lular: les cèl·lules vasocentrals, provinents del teixit vasofibrós, una especialització del teixit connectiu. Aquestes cèl·lules estan capacitades per realitzar les diferents funcions que en espècies rincobdèl·lides realitzen diferents tipus cel·lulars. En concret: taponament de la ferida a través de la formació del pseudoblastema, fagocitosi dels teixits necrosats i regeneració, almenys d'una part, de la matriu connectiva cicatricial. També són responsables de la contracció de la ferida. Les cèl·lules vasocentrals en el seu estadi de repòs es troben en el teixit vasofibrós formant agrupacions coherents, però sense mostrar unions intercel·lulars especialitzades visibles en ME. La coherència del grup queda assegurada per les interdigitacions entre les cèl·lules vasocentrals i probablement per unions tipus adherens o especialitzades. Les unions amb la matriu són de tipus adherens. Aquestes cèl·lules vasocentrals presenten feixos de filaments d'actina força conspicus. En produir-se una ferida les cèl·lules vasocentrals s'activen, desconnecten les unions intercel·lulars i amb la matriu i migren cap a la zona afectada, on s'acumulen. El pseudoblastema actua com un tap cel·lular que funciona de forma eficient per tancar la ferida en un plaç de temps relativament curt. El pseudoblastema forma un teixit coherent amb unions intercel·lulars tipus adherens, caracteritzades per material electrodens en la cara intracitoplasmàtica, feixos de filaments d'actina que hi convergeixen i espais intercel·lulars petits, de 17-20 mm, atravessats per petites fibril·les. Un cop finalitzat el procés de reepitelització, es produeix una contracció de la ferida. Es produeix per la retracció del pseudoblastema cap a l'interior de l'animal. El pseudoblastema disminueix la seva amplària i arrossega els teixits contigus provocant un tancament. La força motriu que provoca la retracció i l'arrossegament dels teixits vindria donada per la presència dels filaments d'actina a les cèl·lules del pseudoblastema, els quals durant aquesta fase es tornen mes conspicus. La presència d'unions intercel·lulars especialitzades característiques de la fase de contracció, està relacionada amb la transmissió de la força de tensió. Aquestes unions connecten els feixos de filaments d'actina de les cèl·lules amb la matriu o d'una cèl·lula a altre a través d'espais intercel·lulars força amples en els que s'observa material electrodens. Reepitelització L'epitelització s'inicia quan el pseudoblastema està consolidat i segueix el mateix patró que la reepitelització de ferides en epitelis monoestratificats de vertebrats (Stem i DePalma, 1983, és a dir, per migració de tota la capa per sobre del substrat, segons l'anomenat model de lliscament. Les glàndules unicel·lulars mucoses del tegument degeneren abans de produir-se la migració epitelial i posteriorment, un cop consolidat l'epiteli a sobre de la ferida, es diferencien a partir de les cèl·lules epitelials. Durant l'epitelització es produeixen canvis importants en el citosquelet i les unions basals de les cèl·lules epitelials. En canvi, el complex d'unió lateral es manté durant tot el procés. En iniciar-se la migració els tonofilaments es desconnecten dels hemidesmosomes cuticulars i dèrmics i es reagrupen al voltant del nucli, a la vegada que els hemidesmosomes dèrmics es desconnecten de la làmina basal. Un cop acabada la migració, les cèl·lules epitelials estableixen unions basals amb les cèl·lules del pseudoblastema. Aquestes unions no són hemidesmosomes sinó que presenten el mateix aspecte que les unions intercel·lulars del pseudoblastema. Els hemidesmosomes no es tornen a formar fins que les cèl·lules epitelials han restablert la membrana basal. La regeneració de la membrana basal no s'inicia fins que no s'ha començat a regenerar matriu connectiva a la zona cicatricial. Regeneració de la cicatriu Al mateix temps que es dona el fenomen de contracció, s'observa regeneració de la matriu connectiva entre les cèl·lules del pseudoblastema. Aquestes cèl·lules són responsables almenys del recobriment fibrós que presenten en aquest estadi, durant el qual mostren sàculs del reticle endoplasmàtic rugós molt dilatats, característics de cèl·lules que secreten constituents de la matriu. A més, s'observa infiltració de matriu connectiva i processos citoplasmàtics dels fibròcits en els marges del pseudoblastema. En la matriu del teixit connectiu normal s'observen fibres que estan constituïdes per un còrtex de fibril·les col·làgenes organitzades al voltant dels processos citoplasmàtics dels fibròcits. Les fibres del teixit connectiu peridigestiu, d'uns 1,2-1,9 mm de diàmetre, presenten el còrtex prim, amb les fibril·les organitzades paral·lelament a l'eix de la fibra. En canvi, les fibres de la dermis i teixit connectiu intramuscular, d'uns 2,5-7,1 mm de diàmetre, tenen el còrtex gruixut, amb fibril·les que s'organitzen paral·lelament en la zona proximal a la medul·la i de forma desorganitzada en la part més distal. Als 8 mesos la cicatriu encara és detectable. La matriu cicatricial presenta fibres connectives del tipus prim i força material fibril·lar desorganitzat disposat laxament. S'observa colonització per part de fibròcits, cromatòfors, petites fibres musculars i nervis.

Producció i caracterització de variants de la ribonucleasa pancreàtica humana dissenyades per a adquirir propietats citotòxiques

Amb la finalitat d'aprofundir en les bases moleculars de la citotoxicitat de les ribonucleases pancreàtiques, es van construir variants derivades de l'HP-RNasa seguint dues estratègies. En la primera, es van generar variants de l'enzim resistents a l'acció de l'inhibidor proteic de les ribonucleases (hRI), substituint residus implicats en la interfície de contacte entre la ribonucleasa i l'hRI. En la segona, es va addicionar el motiu RGD en regions de superfície de la proteïna implicades en la formació del complex amb l'hRI, a fi de promoure la seva interacció amb la membrana plasmàtica de les cèl·lules i a la vegada disminuir l'afinitat de les variants per l'hRI. Es va comprovar que només les variants portadores de substitucions múltiples adquirien la capacitat de resistència a l'hRI. L'estudi del percentatge d'inhibició de la síntesi proteica en cèl·lules incubades amb cadascuna de les variants va mostrar que només dues de les variants construïdes havien adquirit propietats citotòxiques. La citotoxicitat més elevada la va presentar una variant que no era resistent a l'hRI, amb valors que eren només entre 5 i 15 vegades inferiors als de l'onconasa. Aquest resultat demostrà que la sensibilitat a l'hRI no és necessàriament un paràmetre limitant per a la citotoxicitat de les ribonucleases. Cap de les variants que incorporava un motiu RGD presentà citotoxicitat, evidenciant que aquest motiu no és efectiu a fi de dotar les ribonucleases pancreàtiques de propietats citotòxiques. Es van estudiar les bases moleculars de la citotoxicitat de la variant més citotòxica. En primer lloc, l'anàlisi de la internalització per marcatge radioactiu d'aquesta variant en relació amb l'onconasa i amb altres variants de l'HP-RNasa no citotòxiques, va posar en evidència que només l'onconasa era internalitzada eficientment. Es descartava així la possibilitat que l'acció citotòxica de l'enzim estudiat fos conseqüència d'una major eficiència d'endocitosi. També es va comprovar que l'addició del motiu RGD no era capaç de promoure la internalització de les proteïnes amb més eficàcia. Per microscòpia confocal de fluorescència, les variants humanes només es van començar a detectar a l'interior de la cèl·lula a partir de les 24 h d'incubació. Totes les variants generades van presentar una eficiència catalítica superior al 50 % de l'activitat de la seva proteïna parental, PM5, indicant que probablement l'estructura del centre actiu no havia estat afectada de manera dràstica per les substitucions introduïdes. No obstant, en tots els casos es va produir una disminució en la termoestabilitat respecte a PM5. Aquest resultat indicà que la correlació descrita a la bibliografia entre l'increment de termoestabilitat i l'increment de citotoxicitat per les ribonucleases no sempre es compleix. Per microscòpia confocal es va comprovar que tant la proteïna més citotòxica, com una variant no citotòxica resistent a l'hRI, així com la proteïna parental, seguien la via de degradació lisosomal. Aquesta ruta de trànsit no va ser afectada per l'addició de drogues que alteren les vies de trànsit retrògrad (monensina i brefeldina A), però sí per l'addició de la bafilomicina A1, una droga que neutralitza el pH endosomal i que va actuar alentint el trànsit de les proteïnes als lisosomes. D'acord amb aquests resultats, els valors de citotoxicitat de les variants es van incrementar de manera significativa només en presència de bafilomicina A1, suggerint que les ribonucleases transloquen al citoplasma a partir d'algun punt de la via de trànsit endosomal. Es va comprovar que l'acció de la variant més citotòxica era deguda a que l'addició d'un segon motiu de tres Arg en PE5 dota a aquesta proteïna amb un senyal de transport nuclear. La fracció d'enzim que aconsegueix translocar al citoplasma a partir d'algun punt de la via endosomal previ als lisosomes, és conduït ràpidament al nucli de la cèl·lula per mitjà del mecanisme clàssic de transport actiu. Per la seva afinitat amb l'rRNA, l'enzim es concentra en el nuclèol, on probablement duu a terme la seva activitat catalítica. La interacció d'aquesta variant amb els receptors nucleocitoplasmàtics, les importines, impediria per altra banda el bloqueig de l'enzim per part de l'hRI. Els resultats obtinguts presenten una nova estratègia de disseny de ribonucleases citotòxiques, basada en l'addició de segments NLS a fi de promoure el transport nuclear dels enzims. Aquesta estratègia podria permetre superar limitacions que fins al moment han estat descrites com a limitants de la citotoxicitat de les ribonucleases pancreàtiques, com la sensibilitat a l'hRI o la baixa eficiència d'internalització.

Role of alpha 2,3-sialyltransferases ST3Gal III and ST3Gal IV in pancreatic ductal adenocarcinoma

Este trabajo demuestra que los genes que codifican para los enzimas beta-galactosido alfa-2,3-sialiltransferasa 3 (ST3Gal III), y en menor medida beta-galactosido alfa-2,3-sialiltransferasa 4 (ST3Gal IV), están directamente implicados en etapas clave de la progresión tumoral como la adhesión, la migración y la formación de metástasis en las líneas de adenocarcinoma pancreático humano Capan-1 y MDAPanc-28. También, que las Especies Reactivas del Oxígeno (ROS) generadas durante los procesos de proliferación y diferenciación celular o debido a estímulos oxidantes externos, desempeñan un importante papel en el control de la síntesis de ST3Gal III y SLex, y por lo tanto en la regulación del fenotipo metastático. Además, junto al papel pro-adhesivo de la E-Selectina, este trabajo ha descrito efectos prometastáticos adicionales para esta molécula como inductora de la migración y de la secreción de VEGF a través de un mecanismo E-Selectina-SLex dependiente.

The use of pulse amplitude modulated fluorescence techniques for metal toxicity assessment in fluvial biofilms

Metal pollution in rivers is in great concern with human activities in the fluvial watershed. This thesis aims to investigate the potential use of chl-a fluorescence parameters as biomarkers of metal toxicity, and to find cause-effect relationships between metal exposures, other environmental factor (i.e. light), and functional and structural biofilm responses. This thesis demonstrates that the use of chl-a fluorescence parameters allows detect early effects on biofilms caused by zinc toxicity, both in the laboratory as in polluted rivers. In microcosm experiments, the use of chl-a fluorescence parameters allows evaluates structural changes on photosynthetic apparatus and in algal groups’ composition of biofilms long-term exposed to zinc. In order to evaluate the effects of chronic metal pollution in rivers, it is recommended the use of biofilm translocation experiments and the use of a multi-biomarker approach.

Accumulated metal speciation in earthworm populations with multi-generational exposure to metalliferous soils: cell fractionation and high energy synchrotron analyses

Predicting metal bioaccumulation and toxicity in soil organisms is complicated by site-specific biotic and abiotic parameters. In this study we exploited tissue fractionation and digestion techniques, combined with X-ray absorption spectroscopy (XAS), to investigate the whole-body and subcellular distributions, ligand affinities, and coordination chemistry of accumulated Pb and Zn in field populations of the epigeic earthworm Lumbricus rubellus inhabiting three contrasting metalliferous and two unpolluted soils. Our main findings were (i) earthworms were resident in soils with concentrations of Pb and Zn ranging from 1200 to 27 000 mg kg(-1) and 200 to 34 000 mg kg(-1), respectively; (ii) Pb and Zn primarily accumulated in the posterior alimentary canal in nonsoluble subcellular fractions of earthworms; (iii) site-specific differences in the tissue and subcellular partitioning profiles of populations were observed, with earthworms from a calcareous site partitioning proportionally more Pb to their anterior body segments and Zn to the chloragosome-rich subcellular fraction than their acidic-soil inhabiting counterparts; (iv) XAS indicated that the interpopulation differences in metal partitioning between organs were not accompanied by qualitative differences in ligand-binding speciation, because crystalline phosphate-containing pyromorphite was a predominant chemical species in the whole-worm tissues of all mine soil residents. Differences in metal (Pb, Zn) partitioning at both organ and cellular levels displayed by field populations with protracted histories of metal exposures may reflect their innate ecophysiological responses to essential edaphic variables, such as Ca2+ status. These observations are highly significant in the challenging exercise of interpreting holistic biomarker data delivered by "omic" technologies.

Factors affecting distribution and mobility of trace elements (Cu, Pb, Zn) in a perennial grapevine (Vitis vinifera L.) in the Champagne region of France

Soil and Vitis vinifera L (coarse and fine roots, leaves, berries) concentration and geochemical partitioning of Cu, Pb and Zn were determined in a contaminated calcareous Champagne plot to assess their mobility and transfer. Accumulation ratios in roots remained low (0.1-0.4 for Cu and Zn, <0.05 for Pb). Differences between elements resulted from vegetation uptake strategy and soil partitioning. Copper, significantly associated with the oxidisable fraction (27.8%), and Zn with the acid soluble fraction (33.3%), could be mobilised by rhizosphere acidification and oxidisation, unlike Pb, essentially contained in the reducible fraction (72.4%). Roots should not be considered as a whole since the more reactive fine roots showed higher accumulation ratios than coarse ones. More sensitive response of fine roots, lack of correlation between chemical extraction results and vegetation concentrations, and very limited translocation to aerial parts showed that fine root concentrations should be used when assessing bioavailability. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Enhanced phytoextraction: II. Effect of EDTA and citric acid on heavy metal uptake by Helianthus annuus from a calcareous soil

High biomass producing plant species, such as Helianthus annuus, have potential for removing large amounts of trace metals by harvesting the aboveground biomass if sufficient metal concentrations in their biomass can be achieved. However, the low bioavailability of heavy metals in soils and the limited translocation of heavy metals to the shoots by mosthigh biomass producing plant species limit the efficiency of the phytoextraction process. Amendment of a contaminated soil with ethylene diamine letraacetic acid (EDTA) or citric acid increases soluble heavy metal concentrations, potentially rendering them more available for plant uptake. This article discusses the effects of EDTA and citric acid on the uptake of heavy metals and translocation to aboveground harvestable plant parts in Helianthus annuus. EDTA was included in the research for comparison purposes in our quest for less persistent alternatives, suitable for enhanced phytoextraction. Plants were grown in a calcareous soil moderately contaminated with Cu, Pb, Zn, and Cd and treated with increasing concentrations of EDTA (0. 1, 1, 3, 5, 7, and 10 mmol kg(-1) soil) or citric acid (0. 01, 0. 05, 0.25, 0.442, and 0.5 mol kg(-1) soil). Heavy metal concentrations in harvested shoots increased with EDTA concentration but the actual amount of phytoextracted heavy metals decreased at high EDTA concentrations, due to severe growth depression. Helianthus annuus suffered heavy metal stress due to the significantly increased bioavailable metal fraction in the soil. The rapid mineralization of citric acid and the high buffering capacity of the soil made citric acid inefficient in increasing the phytoextracted amounts of heavy metals. Treatments that did not exceed the buffering capacity of the soil (< 0.442 mol kg(-1) soil) did not result in any significant increase in shoot heavy metal concentrations. Treatments with high concentrations resulted in a dissolution of the carbonates and compaction of the soil. These physicochemical changes caused growth depression of Helianthus annuus. EDTA and citric acid added before sowing of Helianthus annuus did not appear to be efficient amendments when phytoextraction of heavy metals from calcareous soils is considered.

Soils of the tropics

The conditions for soil development in the lowland tropics are described, in particular the soil-forming factors, climate, parent material, topography and organisms, and their interactions through time. Of particular importance is the climate of the lowland tropics, which has a major influence on the nature of soil development because of high temperatures and the duration of the periods when the soil is moist. The nature of the parent material is also a major determinant of the nature of the soil. Because soil development has taken place in much of the tropics over long time periods, the soils have distinctive characteristics. Soil-forming processes are described briefly, in particular the nature of the weathering of the inorganic fraction of the soil, and the removal of soluble materials in leaching and the translocation of materials in suspension. Typical soils developed in the humid and seasonally moist tropics are briefly described, and comparisons made between the two most widely used international soil classifications, Soil Taxonomy and World Reference Base for Soil Resources. Some of the other soils found within the tropics are briefly described.

Metal bioaccumulation and cellular fractionation in an epigeic earthworm (Lumbricus rubellus): the interactive influences of population exposure histories, site-specific geochemistry and mitochondrial genotype

Subcellular fractionation techniques were used to describe temporal changes (at intervals from T0 to T70 days) in the Pb, Zn and P partitioning profiles of Lumbricus rubellus populations from one calcareous (MDH) and one acidic (MCS) geographically isolated Pb/Zn-mine sites and one reference site (CPF). MDH and MCS individuals were laboratory maintained on their native field soils; CPF worms were exposed to both MDH and MCS soils. Site-specific differences in metal partitioning were found: notably, the putatively metal-adapted populations, MDH and MCS, preferentially partitioned higher proportions of their accumulated tissue metal burdens into insoluble CaPO4-rich organelles compared with naive counterparts, CPF. Thus, it is plausible that efficient metal immobilization is a phenotypic trait characterising metal tolerant ecotypes. Mitochondrial cytochrome oxidase II (COII) genotyping revealed that the populations indigenous to mine and reference soils belong to distinct genetic lineages, differentiated by 13%, with 7 haplotypes within the reference site lineage but fewer (3 and 4, respectively) in the lineage common to the two mine sites. Collectively, these observations raise the possibility that site-related genotype differences could influence the toxico-availability of metals and, thus, represent a potential confounding variable in field-based eco-toxicological assessments.

Systemic and persistent effect of neem (Azadirachta indica) formulations against root-knot nematodes, Meloidogyne javanica and their storage life

Neem leaves, neem cake (a by-product left after the extraction of oil from neem seed) and a commercially refined product aza (azadirachtin) extracted from seed were evaluated. Aqueous extracts of crude neem formulations used as a seedling dip treatment significantly reduced the number of females and egg masses in roots whereas the refined one did not. A split-root technique was used to demonstrate the translocation of active compounds within a plant and their subsequent effect on the development of nematodes. When applied to the root portion all formulations significantly reduced the number of egg masses and eggs per egg mass. Whereas on the untreated root portion, neem cake at 3% w/w and aza at 0.1% w/w significantly reduced the number of egg masses as compared with neem leaves at 3% w/w, aza at 0.05% and control. All the neern formulations significantly reduced the number of eggs per egg mass on' the untreated root portion. The effect of neem leaves and cake on the development of root-knot nematodes was tested at 2, 4, 6, 8, and 16 weeks after their application to soil. Even after 16 weeks all the treatments significantly reduced the galling index and number of egg masses but their effectiveness declined over time. After storing neem leaves, cake and aza for 8 months under ambient conditions the efficacy of neem leaves and aza, against root-knot nematodes, remained stable whereas that of cake declined. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Spatiotemporal modelling of CheY complexes in Escherichia coli chemotaxis

The chemotaxis pathway of Escherichia coli is one of the best studied and modelled biological signalling pathways. Here we extend existing modelling approaches by explicitly including a description of the formation and subcellular localization of intermediary complexes in the phosphotransfer pathway. The inclusion of these complexes shows that only about 60% of the total output response regulator (CheY) is uncomplexed at any moment and hence free to interact with its target, the flagellar motor. A clear strength of this model is its ability to predict the experimentally observable subcellular localization of CheY throughout a chemotactic response. We have found good agreement between the model output and experimentally determined CheY localization patterns. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Caf1A usher possesses a Caf1 subunit-like domain that is crucial for Caf1 fibre secretion

The chaperone/usher pathway controls assembly of fibres of adhesive organelles of Gram-negative bacteria. The final steps of fibre assembly and fibre translocation to the cell surface are co-ordinated by the outer membrane proteins, ushers. Ushers consist of several soluble periplasmic domains and a single transmembrane beta-barrel. Here we report isolation and structural/functional characterization of a novel middle domain of the Caf1A usher from Yersinia pestis. The isolated UMD (usher middle domain) is a highly soluble monomeric protein capable of autonomous folding. A 2.8 angstrom (1 angstrom = 0.1 nm) resolution crystal structure of UMD revealed that this domain has an immunoglobulin-like fold similar to that of donor-strand-complemented Caf1 fibre subunit. Moreover, these proteins displayed significant structural similarity. Although UMD is in the middle of the predicted amphipathic beta-barrel of Caf1A, the usher still assembled in the membrane in the absence of this domain. UMD did not bind Caf1M-Caf1 complexes, but its presence was shown to be essential for Caf1 fibre secretion. The study suggests that UMD may play the role of a subunit-substituting protein (dummy subunit), plugging or priming secretion through the channel in the Caf1A usher. Comparison of isolated UMD with the recent strcture of the corresponding domain of PapC usher revealed high similarity of the core structures, suggesting a universal structural adaptation of FGL (F(1)G(1) long) and FGS (F(1)G(1) short) chaperone/usher pathways for the secretion of different types of fibres. The functional role of two topologically different states of this plug domain suggested by structural and biochemical results is discussed.

Mapping the landscape of the lymphocytic choriomeningitis virus stable signal peptide reveals novel functional domains

The stable signal peptide (SSP) of the lymphocytic choriomeningitis virus surface glycoprotein precursor has several unique characteristics. The SSP is unusually long, at 58 amino acids, and contains two hydrophobic domains, and its sequence is highly conserved among both Old and New World arenaviruses. To better understand the functions of the SSP, a panel of point and deletion mutants was created by in vitro mutagenesis to target the highly conserved elements within the SSP. We were also able to confirm critical residues required for separate SSP functions by trans-complementation. Using these approaches, it was possible to resolve functional domains of the SSP. In characterizing our SSP mutants, we discovered that the SSP is involved in several distinct functions within the viral life cycle, beyond translocation of the viral surface glycoprotein precursor into the endoplasmic reticulum lumen. The SSP is required for efficient glycoprotein expression, posttranslational maturation cleavage of GP1 and GP2 by SKI-1/S1P protease, glycoprotein transport to the cell surface plasma membrane, formation of infectious virus particles, and acid pH-dependent glycoprotein-mediated cell fusion.