Study of biomacromolecule conformational changes by Scanning Force Microscopy

L?objectif de ce travail de thèse est l?étude des changements conformationels des biomacromolecules à l?échelle d?une molécule unique. Pour cela on a utilisé la Microscopie à Force Atomique (AFM) appliqué à l?étude des protéines et des acides nucléiques déposés sur une surface. Dans ce type de microscopie, une pointe très fine attachée à l?extrémité d?un levier est balayée au dessus d?une surface. L?interaction de la pointe avec la surface de l?échantillon induit la déflection du levier et ce phénomène permet de reconstruire la topographie de l?échantillon. Très importante dans cette technique est la possibilité de travailler en liquide. Cela permet de étudier les biomolécules en conditions quasi-physiologiques sans qu?elles perdent leur activité. On a étudié GroEL, la chaperonin de E.coli, qui est un homo oligomère avec une structure à double anneau qui joue un rôle très important dans le repliement des protéines dénaturées et celles qui viennent d?être synthétisées. En particulier on a focalisé notre attention sur la stabilité mécanique et sur les changements conformationels qui ont lieu pendant l?activité de GroEL. Une analyse détaillée des changements dans la stabilité mécanique et des effets produits par la liaison et l?hydrolyse de l?ATP est présentée dans ce travail. On a montré que le point le plus faible dans la structure de GroEL est l?interface entre les deux anneaux et que l?étape critique dans l?affaiblissement de la structure est l?hydrolyse de l?ATP. En ce qui concerne le changement conformationel, le passage d?une surface hydrophobe à hydrophile, induit par l?hydrolyse de l?ATP, a été montré. Ensuite on a étudié le changement dans la conformation et dans la topologie de l?ADN résultant de l?interaction avec des molécules spécifiques et en réponse à l?exposition des cellules de E.coli à des conditions de stress. Le niveau de surenroulement est un paramètre très sensible, de façon variée, à tous ces facteurs. Les cellules qui ont crus à de températures plus élevées que leur température optimale ont la tendance à diminuer le nombre de surenroulements négatif pour augmenter la stabilité thermique de leur plasmides. L?interaction avec des agents intercalant induit une transition d?un surenroulement négatif à un surenroulement positif d?une façon dépendante de la température. Finalement, l?effet de l?interaction de l?ADN avec des surfaces différentes a été étudié et une application pratique sur les noeuds d?ADN est présentée.<br/><br/>The aim of the present thesis work is to study the conformational changes of biomacromolecules at the single molecule level. To that end, Atomic Force Microcopy (AFM) imaging was performed on proteins and nucleic acids adsorbed onto a surface. In this microcopy technique a very sharp tip attached at the end of a soft cantilever is scanned over a surface, the interaction of the tip with the sample?s surface will induce the deflection of the cantilever and thus it will make possible to reconstruct the topography. A very important feature of AFM is the possibility to operate in liquid, it means with the sample immersed in a buffer solution. This allows one to study biomolecules in quasi-physiological conditions without loosing their activity. We have studied GroEL, the chaperonin of E.coli, which is a double-ring homooligomer which pays a very important role in the refolding of unfolded and newly synthetized polypeptides. In particular we focus our attention on its mechanical stability and on the conformational change that it undergoes during its activity cycle. A detailed analysis of the change in mechanical stability and how it is affected by the binding and hydrolysis of nucleotides is presented. It has been shown that the weak point of the chaperonin complex is the interface between the two rings and that the critical step to weaken the structure is the hydrolysis of ATP. Concerning the conformational change we have directly measured, with a nanometer scale resolution, the switching from a hydrophobic surface to a hydrophilic one taking place inside its cavity induced by the ATP hydrolysis. We have further studied the change in the DNA conformation and topology as a consequence of the interaction with specific DNA-binding molecules and the exposition of the E.coli cells to stress conditions. The level of supercoiling has been shown to be a very sensitive parameter, even if at different extents, to all these factors. Cells grown at temperatures higher than their optimum one tend to decrease the number of the negative superhelical turns in their plasmids in order to increase their thermal stability. The interaction with intercalating molecules induced a transition from positive to negative supercoiling in a temperature dependent way. The effect of the interaction of the DNA with different surfaces has been investigated and a practical application to DNA complex knots is reported.<br/><br/>Observer les objets biologiques en le touchant Schématiquement le Microscope a Force Atomique (AFM) consiste en une pointe très fine fixée a l?extrémité d?un levier Lors de l?imagerie, la pointe de l?AFM gratte la surface de l?échantillon, la topographie de celui-ci induit des déflections du levier qui sont enregistrées au moyen d?un rayon laser réfléchi par le levier. Ces donnés sont ensuit utilisés par un ordinateur pour reconstituer en 3D la surface de l?échantillon. La résolution de l?instrument est fonction entre autre de la dureté, de la rugosité de l?échantillon et de la forme de la pointe. Selon l?échantillon et la pointe utilisée la résolution de l?AFM peut aller de 0.1 A (sur des cristaux) a quelque dizaine de nanomètres (sur des cellules). Cet instrument est particulierment intéressant en biologie en raison de sa capacité à imager des échantillons immergés dans un liquide, c?est à dire dans des conditions quasiphysiologiques. Dans le cadre de ce travail nous avons étudié les changements conformationels de molécules biologiques soumises à des stimulations externes. Nous avons essentielment concentré notre attention sur des complexes protéiques nommé Chaperons Moléculaires et sur des molécules d?ADN circulaire (plasmides). Les Chaperons sont impliqués entre autre dans la résistance des organismes vivants aux stress thermiques et osmotiques. Leur activité consiste essentielment à aider les autres protéines à être bien pliés dans leur conformation finale et, en conséquence, à eviter que ils soient dénaturées et que ils puissent s?agréger. L?ADN, quant à lui est la molécule qui conserve, dans sa séquence, l?information génétique de tous les organismes vivants. Ce travail a spécifiquement concerné l?étude des changements conformationels des chaperonins suit a leur activation par l?ATP. Ces travaux ont montrés a l?échelle de molécule unique la capacité de ces protéines de changer leur surface de hydrophobique a hydrophilique. Nous avons également utilisé l?AFM pour étudier le changement du nombre des surenroulements des molécules d?ADN circulaire lors d?une exposition à un changement de température et de force ionique. Ces travaux ont permis de montrer comment la cellule regle le nombre de surenroulements dans ces molécules pour répondre et contrôler l?expression génétique même dans de conditions extrêmes. Pour les deux molécules en général, c?était très important d?avoir la possibilité de observer leur transitions d?une conformation a l?autre directement a l?échelle d?une seul molécule et, surtout, avec une résolution largement au dessous des la longueur d?onde de la lumière visible que représente le limite pour l?imagerie optique.

Localization and fine structure of a vaccinia virus gene encoding an envelope antigen.

The major antigen on the envelope of extracellular vaccinia virus particles is a polypeptide with an apparent molecular weight of 37,000 (p37K; G. Hiller and K. Weber, J. Virol. 55:651-659, 1985). The gene encoding p37K was mapped in the vaccinia virus genome by hybrid selection of RNA followed by in vitro translation. p37K was then identified among the in vitro translation products by immunoprecipitation with a monoclonal antibody. The gene is located close to the right-hand end of the HindIII F fragment. The corresponding region of the DNA was sequenced, and an open reading frame encoding a polypeptide of 41,748 daltons was observed. The 5' end of the mRNA, as defined by nuclease S1 analysis, maps within only a few nucleotides of the translation initiation codon. Examination of the DNA sequence around the putative initiation site of transcription revealed a characteristic sequence, TAAATG, which includes the ATG translation initiation codon and which is conserved in all but one late gene so far analyzed. It is therefore likely that this sequence is an important regulatory signal for late gene expression in vaccinia virus.

Optimal capital structure: a trade-off model and its empirical testing

In the present research we have set forth a new, simple, Trade-Off model that would allow us to calculate how much debt and, by default, how much equity a company should have, using easily available information and calculating the cost of debt dynamically on the basis of the effect that the capital structure of the company has on the risk of bankruptcy; in an attempt to answer this question. The proposed model has been applied to the companies that make up the Dow Jones Industrial Average (DJIA) in 2007. We have used consolidated financial data from 1996 to 2006, published by Bloomberg. We have used simplex optimization method to find the debt level that maximizes firm value. Then, we compare the estimated debt with real debt of companies using statistical nonparametric Mann-Whitney. The results indicate that 63% of companies do not show a statistically significant difference between the real and the estimated debt.

Time and space: genetic structure of the common sea urchin paracentrotus lividus in the south-eastern iberian coast

Spatio-temporal variability in settlement and recruitment, high mortality during the first life-history stages, and selection may determine the genetic structure of cohorts of long-lived marine invertebrates at small scales. We conducted a spatial and temporal analysis of the common Mediterranean Sea urchin Paracentrotus lividus to determine the genetic structure of cohorts at different scales. In Tossa de Mar (NW Mediterranean), recruitment was followed over 5 consecutive springs (2006-2010). In spring 2008, recruits and two-year-old individuals were collected at 6 locations along East and South Iberian coasts separated from 200 to over 1,100 km. All cohorts presented a high genetic diversity based on a fragment of mtCOI. Our results showed a marked genetic homogeneity in the temporal monitoring and a low degree of spatial structure in 2006. In 2008, coupled with an abnormality in the usual circulation patterns in the area, the genetic structure of the southern populations studied changed markedly, with arrival of many private haplotypes. This fact highlights the importance of point events in renewing the genetic makeup of populations, which can only be detected through analysis of the cohort structure coupling temporal and spatial perspectives.

Diphenyl urea derivatives as inhibitors of transketolase: a structure-based virtual screening.

Transketolase is an enzyme involved in a critical step of the non-oxidative branch of the pentose phosphate pathway whose inhibition could lead to new anticancer drugs. Here, we report new human transketolase inhibitors, based on the phenyl urea scaffold, found by applying structure-based virtual screening. These inhibitors are designed to cover a hot spot in the dimerization interface of the homodimer of the enzyme, providing for the first time compounds with a suggested novel binding mode not based on mimicking the thiamine pyrophosphate cofactor.

Psychometric properties and dimensional structure of the Spanish version of the Coping Responses Inventory - Adult Form

One of the goals of psychological assessment focuses on the adaptation of its instruments to different populations. The objective of this study is to establish the psychometric properties and dimensional structure of the Spanish version of the Coping Responses Inventory- Adult Form (CRI-Adult, Moos, 1993). The following criteria were analyzed: a) descriptive statistics; b) internal consistency reliability (Cronbach"s alpha, and intercorrelations between scales); c) test-retest reliability (4-week interval); d) dimensionality of CRI-Adult (exploratory factor analysis); e) construct validity (confirmatory factor analysis); f) convergent criterion validity (correlations between CRI-Adult and Coping Strategies Indicator, CSI, Amirkhan, 1990), and g) predictive criterion validity (correlations between CRI-Adult, and SCL-90-R, Derogatis, 1983). The results, obtained with 800 adults from Barcelona and surrounding area (334 men and 466 women, aged between 18 to 76 years) indicate that the Spanish version of CRIAdult has satisfactory psychometric properties that allow using this test with guarantee.