Ribosome Shut-Down by 16S rRNA Fragmentation in Stationary-Phase Escherichia coli

Stationary-phase bacterial cells are characterized by vastly reduced metabolic activities yielding a dormant-like phenotype. Several hibernation programs ensure the establishment and maintenance of this resting growth state. Some of the stationary phase-specific modulations affect the ribosome and its translational activity directly. In stationary-phase Escherichia coli, we observed the appearance of a 16S rRNA fragmentation event at the tip of helix 6 within the small ribosomal subunit (30S). Stationary-phase 30S subunits showed markedly reduced activities in protein biosynthesis. On the other hand, the functional performance of stationary-phase large ribosomal subunits (50S) was indistinguishable from particles isolated from exponentially growing cells. Introduction of the 16S rRNA cut in vitro at helix 6 of exponential phase 30S subunits renders them less efficient in protein biosynthesis. This indicates that the helix 6 fragmentation is necessary and sufficient to attenuate translational activities of 30S ribosomal subunits. These results suggest that stationary phase-specific cleavage of 16S rRNA within the 30S subunit is an efficient means to reduce global translation activities under non-proliferating growth conditions.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

A convergent solution-phase synthesis of the macrocycle Ac-Phe-[Orn-Pro-D-Cha-Trp-Arg], a potent new antiinflammatory drug

Relatively few cyclic peptides have reached the pharmaceutical marketplace during the past decade, most produced through fermentation rather than made synthetically. Generally, this class of compounds is synthesized for research purposes on milligram scales by solid-phase methods, but if the potential of macrocyclic peptidomimetics is to be realized, low-cost larger scale solution-phase syntheses need to be devised and optimized to provide sufficient quantities for preclinical, clinical, and commercial uses. Here, we describe a cheap, medium-scale, solution-phase synthesis of the first reported highly potent, selective, and orally active antagonist of the human C5a receptor. This compound, Ac-Phe[Orn-Pro-D-Cha-Trp-Arg], known as 3D53, is a macrocyclic peptidomimetic of the human plasma protein C5a and displays excellent antiinflammatory activity in numerous animal models of human disease. In a convergent approach, two tripeptide fragments Ac-Phe-Orn-(Boc)-Pro-OH and H-D-Cha-Trp(For)-Arg-OEt were first prepared by high-yielding solution-phase couplings using a mixed anhydride method before coupling them to give a linear hexapeptide which, after deprotection, was obtained in 38% overall yield from the commercially available amino acids. Cyclization in solution using BOP reagent gave the antagonist in 33% yield (13% overall) after HPLC purification. Significant features of the synthesis were that the Arg side chain was left unprotected throughout, the component Boe-D-Cha-OH was obtained very efficiently via hydrogenation Of D-Phe with PtO2 in TFA/water, the tripeptides were coupled at the Pro-Cha junction to minimize racemization via the oxazolone pathway, and the entire synthesis was carried out without purification of any intermediates. The target cyclic product was purified (>97%) by reversed-phase HPLC. This convergent synthesis with minimal use of protecting groups allowed batches of 50100 g to be prepared efficiently in high yield using standard laboratory equipment. This type of procedure should be useful for making even larger quantities of this and other macrocyclic peptidomimetic drugs.