An initiator element mediates autologous downregulation of the human type A γ-aminobutyric acid receptor β1 subunit gene

The regulated expression of type A γ-aminobutyric acid receptor (GABAAR) subunit genes is postulated to play a role in neuronal maturation, synaptogenesis, and predisposition to neurological disease. Increases in GABA levels and changes in GABAAR subunit gene expression, including decreased β1 mRNA levels, have been observed in animal models of epilepsy. Persistent exposure to GABA down-regulates GABAAR number in primary cultures of neocortical neurons, but the regulatory mechanisms remain unknown. Here, we report the identification of a TATA-less minimal promoter of 296 bp for the human GABAAR β1 subunit gene that is neuron specific and autologously down-regulated by GABA. β1 promoter activity, mRNA levels, and subunit protein are decreased by persistent GABAAR activation. The core promoter, 270 bp, contains an initiator element (Inr) at the major transcriptional start site. Three concatenated copies of the 10-bp Inr and its immediate 3′ flanking sequence produce full neural specific activity that is down-regulated by GABA in transiently transfected neocortical neurons. Taking these results together with those of DNase I footprinting, electrophoretic mobility shift analysis, and 2-bp mutagenesis, we conclude that GABA-induced down-regulation of β1 subunit mRNAs involves the differential binding of a sequence-specific basal transcription factor(s) to the Inr. The results support a transcriptional mechanism for the down-regulation of β1 subunit GABAAR gene expression and raises the possibility that altered levels of sequence-specific basal transcription factors may contribute to neurological disorders such as epilepsy.

Suppressor mutations in Escherichia coli methionyl-tRNA formyltransferase: Role of a 16-amino acid insertion module in initiator tRNA recognition

The specific formylation of initiator methionyl-tRNA by methionyl-tRNA formyltransferase (MTF; EC 2.1.2.9) is important for the initiation of protein synthesis in eubacteria and in eukaryotic organelles. The determinants for formylation in the tRNA are clustered mostly in the acceptor stem. As part of studies on the molecular mechanism of recognition of the initiator tRNA by MTF, we report here on the isolation and characterization of suppressor mutations in Escherichia coli MTF, which compensate for the formylation defect of a mutant initiator tRNA, lacking a critical determinant in the acceptor stem. We show that the suppressor mutant in MTF has a glycine-41 to arginine change within a 16-amino acid insertion found in MTF from many sources. A mutant with glycine-41 changed to lysine also acts as a suppressor, whereas mutants with changes to aspartic acid, glutamine, and leucine do not. The kinetic parameters of the purified wild-type and mutant Arg-41 and Lys-41 enzymes, determined by using the wild-type and mutant tRNAs as substrates, show that the Arg-41 and Lys-41 mutant enzymes compensate specifically for the strong negative effect of the acceptor stem mutation on formylation. These and other considerations suggest that the 16-amino acid insertion in MTF plays an important role in the specific recognition of the determinants for formylation in the acceptor stem of the initiator tRNA.

Two forms of replication initiator protein: Positive and negative controls

The pir gene of plasmid R6K encodes the protein, π, a replication and transcription factor. Two translational options for the pir gene give rise to two forms of π protein: a 35.0-kDa form (π35.0) and a shortened 30.5-kDa form (π30.5). Although both proteins bind to a series of 22-bp direct repeats essential for plasmid R6K replication, only π35.0 can bind to a site in the (A⋅T)-rich segment of its γ ori and activate the γ ori in vivo and in vitro. However, unlike π35.0, π30.5can inhibit in vivo and in vitro replication (activated by π35.0). We propose that the two forms of π might have distinct functions in replication. We show that although both forms of π produce dimers, the nature of these dimers is not identical. The N-terminal 37 amino acid residues appear to control the formation of the more stable π35.0 dimers, whereas another, apparently weaker interface holds together dimers of π30.5. We speculate that the leucine zipper-like motif, absent in π30.5, controls very specific functions of π protein.

NF-kappa B homodimer binding within the HIV-1 initiator region and interactions with TFII-I.

We show that the binding of Rel p50 and p52 homodimers at sites within the transcriptional initiation region of HIV-1 provides for their ability to interact with other proteins that bind the initiator. The binding of one such protein, the initiator protein TFII-I, to the initiation region of HIV-1 is augmented in the presence of Rel p50 and Rel p52 homodimers. Consistent with this, in vitro Rel homodimers potentiate HIV-1 transcription in a manner dependent upon TFII-I. The findings suggest that Rel dimers may regulate HIV-1 transcription in two ways. First, through binding at the kappa B enhancer sites at (-104 to -80), NF-kappa B p50:p65 participates in classical transcriptional activation. Second, Rel dimers such as p50 or p52 might bind at initiator sequences to regulate the de novo binding of components of certain preinitiation complexes. These findings, and the existence of Rel binding sites at the initiators of other genes, suggest roles for Rel proteins in early events determining transcriptional control.

Fatal embryonic bleeding events in mice lacking tissue factor, the cell-associated initiator of blood coagulation.

Tissue factor (TF) is the cellular receptor for coagulation factor VI/VIIa and is the membrane-bound glycoprotein that is generally viewed as the primary physiological initiator of blood coagulation. To define in greater detail the physiological role of TF in development and hemostasis, the TF gene was disrupted in mice. Mice heterozygous for the inactivated TF allele expressed approximately half the TF activity of wild-type mice but were phenotypically normal. However, homozygous TF-/- pups were never born in crosses between heterozygous mice. Analysis of mid-gestation embryos showed that TF-/- embryos die in utero between days 8.5 and 10.5. TF-/- embryos were morphologically distinct from their TF+/+ and TF+/- littermates after day 9.5 in that they were pale, edematous, and growth retarded. Histological studies showed that early organogenesis was normal. The initial failure in TF-/- embryos appeared to be hemorrhaging, leading to the leakage of embryonic red cells from both extraembryonic and embryonic vessels. These studies indicate that TF plays an indispensable role in establishing and/or maintaining vascular integrity in the developing embryo at a time when embryonic and extraembryonic vasculatures are fusing and blood circulation begins.

The replication initiator protein pi of the plasmid R6K specifically interacts with the host-encoded helicase DnaB.

The replication initiator protein pi of plasmid R6K is known to interact with the seven iterons of the gamma origin/enhancer and activate distant replication origins alpha and beta (ori alpha and ori beta) by pi-mediated DNA looping. Here we show that pi protein specifically interacts in vitro with the host-encoded helicase DnaB. The site of interaction of pi on DnaB has been localized to a 37-aa-long region located between amino acids 151 and 189 of DnaB. The surface of pi that interacts with DnaB has been mapped to the N-terminal region of the initiator protein between residues 1 and 116. The results suggest that during initiation of replication, the replicative helicase DnaB is first recruited to the gamma enhancer by the pi protein. In a subsequent step, the helicase probably gets delivered from ori gamma to ori alpha and ori beta by pi-mediated DNA looping.

ARD1, a 64-kDa bifunctional protein containing an 18-kDa GTP-binding ADP-ribosylation factor domain and a 46-kDa GTPase-activating domain.

The alpha subunits of the heterotrimeric guanine nucleotide-binding proteins (G proteins) hydrolyze GTP at a rate significantly higher than do most members of the Ras family of approximatelly 20-kDa GTP-binding proteins, which depend on a GTPase-activating protein (GAP) for acceleration of GTP hydrolysis. It has been demonstrated that an inserted domain in the G-protein alpha subunit, not present in the much smaller Ras-like proteins, is responsible for this difference [Markby, D. W., Onrust, R. & Bourne, H. R. (1993) Science 262, 1895-1900]. We report here that ARD1, a 64-kDa protein with an 18-kDa carboxyl-terminal ADP-ribosylation factor (ARF) domain, exhibited significant GTPase activity, whereas the ARF domain, expressed as a recombinant protein in Escherichia coli, did not. Addition of the 46-kDa amino-terminal extension (similarly synthesized in E. coli) to the GTP-binding ARF-domain of ARD1 enhanced GTPase activity and inhibited GDP dissociation. The kinetic properties of mixtures of the ARF and non-ARF domains were similar to those of an intact recombinant ARD1. Physical association of the two proteins was demonstrated directly by gel filtration and by using the immobilized non-ARF domain. Thus, like the alpha subunits of heterotrimeric G proteins, ARD1 appears to consist of two domains that interact to regulate the biological activity of the protein.

In vitro cleavage and joining at the viral origin of replication by the replication initiator protein of tomato yellow leaf curl virus.

Replication of the single-stranded DNA genome of geminiviruses occurs via a double-stranded intermediate that is subsequently used as a template for rolling-circle replication of the viral strand. Only one of the proteins encoded by the virus, here referred to as replication initiator protein (Rep protein), is indispensable for replication. We show that the Rep protein of tomato yellow leaf curl virus initiates viral-strand DNA synthesis by introducing a nick in the plus strand within the nonanucleotide 1TAATATT decreases 8AC, identical among all geminiviruses. After cleavage, the Rep protein remains bound to the 5' end of the cleaved strand. In addition, we show that the Rep protein has a joining activity, suggesting that it acts as a terminase, thus resolving the nascent viral single strand into genome-sized units.

Pyrimidine-Derived Prolinamides as Recoverable Bifunctional Organocatalysts for Enantioselective Inter- and Intramolecular Aldol Reactions under Solvent-Free Conditions

Chiral L-prolinamides 2 containing the (R,R)- and (S,S)-trans-cyclohexane-1,2-diamine scaffold and a 2-pyrimidinyl unit are synthesized and used as general organocatalysts for intermolecular and intramolecular aldol reactions with 1,6-hexanedioic acid as a co-catalyst under solvent-free conditions. The intermolecular reaction between ketone–aldehyde and aldehyde–aldehyde must be performed under wet conditions with catalyst (S,S)-2b at 10 °C, which affords anti-aldols with high regio-, diastereo-, and enantioselectivities. For the Hajos–Parrish–Eder–Sauer–Wiechert reaction, both diastereomers of catalyst 2 give similar results at room temperature in the absence of water to give the corresponding Wieland–Miescher ketone and derivatives. Both types of reactions were scaled up to 1 g, and the organocatalysts were recovered by extractive workup and reused without any appreciable loss in activity. DFT calculations support the stereochemical results of the intermolecular process and the bifunctional role played by the organocatalyst by providing a computational comparison of the H-bonding networks occurring with catalysts 2a and 2b.

Bifunctional primary amine 2-aminobenzimidazole organocatalyst anchored to trans-cyclohexane-1,2-diamine in enantioselective conjugate additions of aldehydes

Bifunctional chiral primary amine 8 containing an (S,S)-trans-cyclohexane-1,2-diamine scaffold and a 2-benzimidazole unit is used as a general organocatalyst for the Michael addition of α,α-branched aldehydes to nitroalkenes and maleimides. The reactions take place, with 20 mol % of catalyst in dichloromethane at rt for nitroalkenes and with 15 mol % catalyst loading in toluene at 10 °C for maleimides, in good yields and enantioselectivities. DFT calculations demonstrate the bifunctional character of this organocatalyst activating the aldehyde by enamine formation and the Michael acceptor by double hydrogen bonding.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

Who made the final decision?: Social characteristics and initiator status of marriage breakdown

In this lecture presented in August 2005, Belinda Hewitt from the University of Queensland discussed the findings from a report she co-authored with Associate Professor Mark Western and Professor Janeen Baxter from the University of Queensland Social Research Centre on the relationship between social characteristics that have been found to be associated with marriage breakdown and the initiator status of separation.