Spin dynamics of current-driven single magnetic adatoms and molecules

A scanning tunneling microscope can probe the inelastic spin excitations of a single magnetic atom in a surface via spin-flip assisted tunneling in which transport electrons exchange spin and energy with the atomic spin. If the inelastic transport time, defined as the average time elapsed between two inelastic spin flip events, is shorter than the atom spin-relaxation time, the scanning tunnel microscope (STM) current can drive the spin out of equilibrium. Here we model this process using rate equations and a model Hamiltonian that describes successfully spin-flip-assisted tunneling experiments, including a single Mn atom, a Mn dimer, and Fe Phthalocyanine molecules. When the STM current is not spin polarized, the nonequilibrium spin dynamics of the magnetic atom results in nonmonotonic dI/dV curves. In the case of spin-polarized STM current, the spin orientation of the magnetic atom can be controlled parallel or antiparallel to the magnetic moment of the tip. Thus, spin-polarized STM tips can be used both to probe and to control the magnetic moment of a single atom.

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.

Non-Viral Gene Therapy to Cells of the bovine Intervertebral Disc

Background. Low back pain is an increasing global health problem, which is associated with intervertebral disc (IVD) damage and degeneration. Major changes occur in the nucleus pulposus (NP), with the degradation of the extracellular matrix (ECM).1 Further studies showed that growth factors from transforming growth factor β (TGFβ) and bone morphogenic proteins (BMP) family may induce chondrogenic differentiation of mesenchymal stem cells (MSC).2 Focusing on non-viral gene therapies and their possible translation into the clinics, we investigated if GDF6 (syn. BMP13 or CDMP2) can induce regeneration of degraded NP. We hypothesized that IVD transfected with plasmid over-expressing GDF6 also up-regulates other NP- and chondrogenic cell markers and enhances ECM deposition. Methods. Bovine nucleus pulposus (bNPC) and annulus fibrosus cells (bAFC) were harvested from bovine coccygeal IVD. Primary cells were then electroporized with plasmid GDF6 (Origene, vector RG211366) by optimizing parameters using the Neon Transfection system (Life Technologies, Basel). After transfection, cells were cultured in 2D monolayer or 3D alginate beads for 7, 14 or 21 days. Transfection efficiency of pGDF6 was analyzed by immunohistochemistry and fluorescent microscopy. Cell phenotype was quantified by real-time RT-PCR. To test a non-viral gene therapy applied directly to 3D whole organ culture, coccygeal bovine IVDs were harvested as previously described. Bovine IVDs were transfected by injection of plasmid GDF6 into the center. Electroporation was performed with ECM830 Square Wave Electroporation System (Harvard Apparatus, MA) using 2-needle array electrode or tweezertrodes. 72 h after tranfection discs were fixed and cryosectioned and analyzed by immunofluorescence against GDF6. Results. RT-PCR and immunohistochemistry confirmed up-regulation of GFP and GDF6 in the primary bNPC/bAFC culture. The GFP-tagged GDF6 protein, however, was not visible, possibly due to failure of dimer formation as a result of fusion structure. Organ IVD culture transfection revealed GDF6 positive staining in the center of the disc using 2-needle array electrode. Results from tweezertrodes did not show any GDF6 positive cells. Conclusion. Non-viral transfection is an appealing approach for gene therapy as it fulfills the translational safety aspects of transiency and lacks the toxic effects of viral transduction. We identified novel parameters to successfully transfect primary bovine IVD cells. For transfection of whole IVD explants electroporation parameters need to be further optimized. Acknowledgements. This project was funded by the Lindenhof Foundation (Funds “Research & Teaching”) Project no. 13-02-F. The imaging part of this study was performed with the facility of the Microscopy Imaging Center (MIC), University of Bern. References. Roughly PJ (2004): Spine (Phila), 29:2691-2699 Clarke LE, McConell JC, Sherratt MJ, Derby B, Richardson SM, Hoyland JA (2014), Arthritis Research & Therapy, 16:R67

Caractérisation de l’activité Nur77 et de ses complexes en essais BRET par complémentation

Dans le système nerveux central, la dopamine joue un rôle crucial dans de nombreuses fonctions physiologiques telles que : l’apprentissage, le mouvement volontaire, la motivation, la cognition et la production hormonale. Il a été aussi démontré que le système de signalisation dopaminergique est altéré dans plusieurs maladies neurologiques et psychiatriques comme la maladie de Parkinson et la schizophrénie. Des études, effectuées dans le laboratoire du Dr.Daniel Lévesque (laboratoire d’accueil), ont montré que les récepteurs nucléaires Nur77 (NR4A1, NGFI-B) et RXRγ (retinoid X receptors γ) sont impliqués dans la régulation des effets de la dopamine dans le système nerveux central. De plus, ces données suggèrent que le complexe Nur77 et RXR joueraient un rôle crucial dans l’effet des médicaments antipsychotiques et antiparkinsoniens. Toutefois, très peu de médicaments ciblant Nur77 ont été identifiés à ce jour et les médicaments agissant sur RXRγ restent mal caractérisés. En outre, les analyses actuellement disponibles ne peuvent pas résumer la complexité des activités des NRs et génèrent des mesures indirectes des activités des drogues. Afin de mieux comprendre comment est régulée l’interaction Nur77/RXRγ dans ces processus, mon projet a été de mettre au point un essai BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfer) et PCA-BRET (Protein Complementation Assay-BRET) basé sur le recrutement d'un motif mimant un co-activateur fusionné avec la YFP. Nos différents essais ont été validés par courbes dose-réponse en utilisant différents composés RXR . Les EC50 (concentration efficace médiane, qui permet de mesurer l'efficacité d'un composé) obtenues étaient très semblables aux valeurs précédemment rapportées dans la littérature. Nous avons aussi pu identifier un composé le SR11237 (BMS649) qui semble posséder une sélectivité pour le complexe Nur77/RXRγ par rapport aux complexes Nurr1/RXRγ et RXRγ /RXRγ. Nos résultats indiquent que ces essais de BRET peuvent être utilisés pour évaluer la sélectivité de nouveaux composés pour les complexes Nur77/RXRγ, Nurr1/RXRγ et RXRγ /RXRγ. Un autre aspect de mon projet de doctorat a été de mettre en évidence par BRET l’importance de la SUMOylation dans la régulation de l'activité de Nur77 dans sa forme monomèrique, homodimèrique et hétérodimèrique. Nous avons ainsi identifié que Nur77 recrute principalement SUMO2 sur sa lysine 577. Il est intéressant de noté que le recrutement de la SUMO2 à Nur77 est potentialisé en présence de la SUMO E3 Ligase PIASγ. Aussi, la perte de la SUMOylation sur la lysine 577 entraîne l'incapacité de Nur77 de recruter divers motifs de co-activation mais pas pour ses formes homo- et hétérodimèrique. Cependant, la présence de PIASγ ne potentialise pas le recrutement du co-activateur, suggérant que cette SUMO E3 Ligase est seulement impliqué dans le processus de recrutement de la SUMO mais pas dans celui du co-activateur. Nous avons ainsi déterminé une nouvelle modification post-traductionnelle sur Nur77 régulant spécifiquement son activité monomérique Ces projets pourraient donc apporter de nouvelles données cruciales pour l’amélioration du traitement de la maladie de Parkinson ou de la schizophrénie, ainsi que d'obtenir une meilleure compréhension sur les mécanismes permettant la régulation de la fonction de Nur77

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.

Fifth concerto in F major for piano and orchestra, op. 103. [music] /

Mode of access: Internet.

The STARD statement for reporting studies of diagnostic accuracy: Explanation and elaboration

The quality of reporting of studies of diagnostic accuracy is less than optimal. Complete and accurate reporting is necessary to enable readers to assess the potential for bias in the study and to evaluate the generalisability of the results. A group of scientists and editors has developed the STARD (Standards for Reporting of Diagnostic Accuracy) statement to improve the reporting the quality of reporting of studies of diagnostic accuracy. The statement consists of a checklist of 25 items and flow diagram that authors can use to ensure that all relevant information is present. This explanatory document aims to facilitate the use, understanding and dissemination of the checklist. The document contains a clarification of the meaning, rationale and optimal use of each item on the checklist, as well as a short summary of the available evidence on bias and applicability. The STARD statement, checklist, flowchart and this explanation and elaboration document should be useful resources to improve reporting of diagnostic accuracy studies. Complete and informative reporting can only lead to better decisions in healthcare.

Inhibition of protein interactions with the beta(2) sliding clamp of Escherichia coli DNA polymerase III by peptides from beta(2)-binding proteins

The sliding clamp of the Escherichia coli replisome is now understood to interact with many proteins involved in DNA synthesis and repair. A universal interaction motif is proposed to be one mechanism by which those proteins bind the E. coli sliding clamp, a homodimer of the beta subunit, at a single site on the dimer. The numerous beta(2)-binding proteins have various versions of the consensus interaction motif, including a related hexameric sequence. To determine if the variants of the motif could contribute to the competition of the beta-binding proteins for the beta(2) site, synthetic peptides derived from the putative beta(2)-binding motifs were assessed for their abilities to inhibit protein-beta(2) interactions, to bind directly to beta(2), and to inhibit DNA synthesis in vitro. A hierarchy emerged, which was consistent with sequence similarity to the pentameric consensus motif, QL(S/D)LF, and peptides containing proposed hexameric motifs were shown to have activities comparable to those containing the consensus sequence. The hierarchy of peptide binding may be indicative of a competitive hierarchy for the binding of proteins to beta(2) in various stages or circumstances of DNA replication and repair.

Rugulotrosins A and B: Two new antibacterial metabolites from an Australian isolate of a penicillium sp.

Two new antibacterial agents, rugulotrosin A (1) and B (2), were obtained from cultures of a Penicillium sp. isolated from soil samples acquired near Sussex Inlet, New South Wales, Australia. Rugulotrosin A (1) is a chiral symmetric dimer, and its relative stereostructure was determined by spectroscopic and X-ray crystallographic analysis. Rugulotrosin B (2) is a chiral asymmetric dimer isomeric with 1. Its structure was determined by spectroscopic analysis with comparison to the co-metabolite 1 and previously reported fungal metabolites. Both rugulotrosins A and B displayed significant antibacterial activity against Bacillus subtilis, while rugulotrosin A was also strongly active against Enterococcus faecalis and B. cereus.

Disulfide-linked dimers of human adrenaline synthesizing enzyme PNMT are catalytically active

The crystal structure of human phenylethanolamine N-methyltransferase (hPNMT) reveals a disulfide- linked dimer, despite the presence of reducing agent in the crystallisation conditions. By removing the reducing agent, hPNMT crystals grow more rapidly and at lower protein concentrations. However, it was unclear whether the disulfide bonds are only present in the crystal form or whether these affect enzyme activity. The solution oligomeric state of hPNMT was investigated using biochemical techniques and activity assays. We found that in the absence of reducing agent, hPNMT forms dimers in solution. Furthermore, the solution dimer of hPNMT incorporates disulfide bonds, since this form is sensitive to reducing agent. The C48A and C139A mutants of hPNMT, which are incapable of forming the disulfide bond observed in the crystal structure, have a decreased propensity to form dimer in solution. Those dimers that do form are also sensitive to reducing agent. Further, the C48A/C139A double mutant shows only monomeric behaviour. Both dimeric and monomeric hPNMT, as well as mutants have wildtype enzyme activity. These results show that a variety of disulfides, including those observed in the crystal structure, can form in solution. In addition, disulfide-linked dimers are as active as the monomeric enzyme indicating that the crystal structure of the protein is a valid target for inhibitor design. Crown Copyright (c) 2005 Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

The 2.1 angstrom crystal structure of the far-red fluorescent protein HcRed: Inherent conformational flexibility of the chromophore

We have determined the crystal structure of HcRed, a far-red fluorescent protein isolated from Heteractis crispa, to 2.1 resolution. HcRed was observed to form a dimer, in contrast to the monomeric form of green fluorescent protein (GFP) or the tetrameric forms of the GFP-like proteins (eqFP611, Rtms5 and DsRed). Unlike the well-defined chromophore conformation observed in GFP and the GFP-like proteins, the HcRed chromophore was observed to be considerably mobile. Within the HcRed structure, the cyclic tripeptide chromophore, Glu64-Tyr65-Gly66, was observed to adopt both a cis coplanar and a tran. non-coplanar conformation. As a result of these two con formations, the hydroxyphenyl moiety of the chromophore makes distinct interactions within the interior of the b-can. These data together with a quantum chemical model of the chromophore, suggest the cis coplanar conformation to be consistent with the fluorescent properties of HcRed, and the trans non-coplanar conformation to be consistent with non-fluorescent properties of hcCP, the chromoprotein parent of HcRed. Moreover, within the GFP-like family, it appears that where conformational freedom is permissible then flexibility in the chromophore conformation is possible. 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Silencing of integrated human papillomavirus type 18 oncogene transcription in cells expressing SerpinB2

The serine protease inhibitor SerpinB2 (PAI-2), a major product of differentiating squamous epithelial cells, has recently been shown to bind and protect the retinoblastoma protein (Rb) from degradation. In human papillomavirus type 18 (HPV-18) -transformed epithelial cells the expression of the E6 and E7 oncoproteins is controlled by the HPV-18 upstream regulatory region (URR). Here we illustrate that PAI-2 expression in the HPV-18-transformed cervical carcinoma line HeLa resulted in the restoration of Rb expression, which led to the functional silencing of transcription from the HPV-18 URR. This caused loss of E7 protein expression and restoration of multiple E6- and E7-targeted host proteins, including p53, c-Myc, and c-Jun. Rb expression emerged as sufficient for the transcriptional repression of the URR, with repression mediated via the C/EB beta-YY1 binding site (URR 7709 to 7719). In contrast to HeLa cells, where the C/EBP beta-YY1 dimer binds this site, in PAI-2- and/or Rb-expressing cells the site was occupied by the dominant-negative C/EBP beta isoform liver-enriched transcriptional inhibitory protein (LIP). PAI-2 expression thus has a potent suppressive effect on HPV-18 oncogene transcription mediated by Rb and LIP, a finding with potential implications for prognosis and treatment of HPV-transformed lesions.

Mechanisms of acetohydroxyacid synthases

Acetohydroxyacid synthases are thiamin diphosphate- (ThDP-) dependent biosynthetic enzymes found in all autotrophic organisms. Over the past 4-5 years, their mechanisms have been clarified and illuminated by protein crystallography, engineered mutagenesis and detailed single-step kinetic analysis. Pairs of catalytic subunits form an intimate dimer containing two active sites, each of which lies across a dimer interface and involves both monomers. The ThDP adducts of pyruvate, acetaldehyde and the product acetohydroxyacids can be detected quantitatively after rapid quenching. Determination of the distribution of intermediates by NMR then makes it possible to calculate individual forward unimolecular rate constants. The enzyme is the target of several herbicides and structures of inhibitor-enzyme complexes explain the herbicide-enzyme interaction.

The crystal structure of a bacterial Class II ketol-acid reductolsomerase: Domain conservation and evolution

Ketol-acid reductoisomerase (KARI; EC 1.1.1.86) catalyzes two steps in the biosynthesis of branched-chain amino acids. Amino acid sequence comparisons across species reveal that there are two types of this enzyme: a short form (Class 1) found in fungi and most bacteria, and a long form (Class 11) typical of plants. Crystal structures of each have been reported previously. However, some bacteria such as Escherichia coli possess a long form, where the amino acid sequence differs appreciably from that found in plants. Here, we report the crystal structure of the E. coli enzyme at 2.6 A resolution, the first three-dimensional structure of any bacterial Class 11 KARI. The enzyme consists of two domains, one with mixed alpha/beta structure, which is similar to that found in other pyridine nucleotide-dependent dehydrogenases. The second domain is mainly alpha-helical and shows strong evidence of internal duplication. Comparison of the active sites between KARI of E. coli, Pseudomonas aeruginosa, and spinach shows that most residues occupy conserved positions in the active site. E. coli KARI was crystallized as a tetramer, the likely biologically active unit. This contrasts with P. aeruginosa KARI, which forms a dodecamer, and spinach KARI, a dimer. In the E. coli KARI tetramer, a novel subunit-to-subunit interacting surface is formed by a symmetrical pair of bulbous protrusions.

Synthesis, characterization and X-ray crystal structures of dinuclear nickel(II) complexes of a novel potentially hexadentate but functionally tetradentate binucleating ligand

A binucleating potentially hexadentate chelating agent containing oxygen, nitrogen and sulfur as potential donor atoms (H2ONNO) has been synthesized by condensing alpha,alpha-xylenebis(N-methyldithiocarbazate) with 2,4-pentanedione. An X-ray crystallographic structure determination shows that the Schiff base remains in its ketoimine tautomeric form with the protons attached to the imine nitrogen atoms. The reaction of the Schiff base with nickel(II) acetate in a 1:1 stoichiometry leads to the formation of a dinuclear nickel(II) complex [Ni(ONNO)](2) (ONNO2- = dianionic form of the Schiff base) containing N,O-chelated tetradentate ligands, the sulfur donors remaining uncoordinated. A single crystal X-ray structure determination of this dimer reveals that each ligand binds two low spin nickel(II) ions, bridged by a xylyl group. The nickel(II) atoms adopt a distorted square-planar geometry in a trans-N2O2 donor environment. Reaction of the Schiff base with nickel(II) acetate in the presence of excess pyridine leads to the formation of a similar dinuclear complex, [Ni(ONNO)(py)](2), but in this case comprises five coordinate high-spin Ni(II) ions with pyridine ligands occupying the axial coordination sites as revealed by X-ray crystallographic analysis. (c) 2005 Published by Elsevier B.V.