The complexity of p53 stabilization and activation

A number of proteins are activated by stress stimuli but none so spectacularly or with the degree of complexity as the tumour suppressor p53 (human p53 gene or protein). Once stabilized, p53 is responsible for the transcriptional activation of a series of proteins involved in cell cycle control, apoptosis and senescence. This protein is present at low levels in resting cells but after exposure to DNA-damaging agents and other stress stimuli it is stabilized and activated by a series of post-translational modifications that free it from MDM2 (mouse double minute 2 but used interchangeably to denote human also), a ubiquination ligase that ubiquitinates it prior to proteasome degradation. The stability of p53 is also influenced by a series of other interacting proteins. In this review, we discuss the post-translational modifications to p53 in response to different stresses and the consequences of these changes.

Cleavage of caspases-1, -3, -6, -8 and -9 substrates by proteases in skeletal muscles from mice undergoing cancer cachexia

A prominent feature of several type of cancer is cachexia. This syndrome causes a marked loss of lean body mass and muscle wasting, and appears to be mediated by cytokines and tumour products. There are several proteases and proteolytic pathways that could be responsible for the protein breakdown. In the present study, we investigated whether caspases are involved in the proteolytic process of skeletal muscle catabolism observed in a murine model of cancer cachexia (MAC16), in comparison with a related tumour (MAC13), which does not induce cachexia. Using specific peptide substrates, there was an increase of 54% in the proteolytic activity of caspase-1, 84% of caspase-8, 98% of caspase-3 151% to caspase-6 and 177% of caspase-9, in the gastrocnemius muscle of animals bearing the MAC16 tumour (up to 25% weight loss), in relation to muscle from animals bearing the MAC13 tumour (1-5% weight loss). The dual pattern of 89 kDa and 25 kDa fragmentation of poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) occurred in the muscle samples from animals bearing the MAC16 tumour and with a high amount of caspase-like activity. Cytochrome c was present in the cytosolic fractions of gastrocnemius muscles from both groups of animals, suggesting that cytochrome c release from mitochondria may be involved in caspase activation. There was no evidence for DNA fragmentation into a nucleosomal ladder typical of apoptosis in the muscles of either group of mice. This data supports a role for caspases in the catabolic events in muscle involved in the cancer cachexia syndrome. © 2001 Cancer Research Campaign.

Studies on the mechanism of action on antitumour imidazotetrazinones

The imidazotetrazinones are clinically active antitumour agents, temozolomide currently proving successful in the treatment of melanomas and gliomas. The exact nature of the biological processes underlying response are as yet unclear.This thesis attempts to identify the cellular targets important to the cytotoxicity of imidazotetrazinones, to elucidate the pathways by which this damage leads to cell death, and to identify mechanisms by which tumour cells may circumvent this action. The levels of the DNA repair enzymes O6-alkylguanine-DNA-alkyltransferase (O6-AGAT) and 3-methyladenine-DNA-glycosylase (3MAG) have been examined in a range of murine and human cell lines with differential sensitivity to temozolomide. All the cell lines were proficient in 3MAG despite there being 40-fold difference in sensitivity to temozolomide. This suggests that while 3-methyladenine is a major product of temozolomide alkylation of DNA it is unlikely to be a cytotoxic lesion. In contrast, there was a 20-fold variation in O6-AGAT levels and the concentration of this repair enzyme correlated with variations in cytotoxicity. Furthermore, depletion of this enzyme in a resistant, O6-AGAT proficient cell line (Raji), by pre-treatment with the free base O6-methylguanine resulted in 54% sensitisation to the effects of temozolomide. These observations have been extended to 3 glioma cell lines; results that support the view that the cytotoxicity of temozolomide is related to alkylation at the O6-position of guanine and that resistance to this drug is determined by efficient repair of this lesion. It is clear, however, the other factors may influence tumour response since temozolomide showed little differential activity towards 3 established solid murine tumours in vivo, despite different tumour O6-AGAT levels. Unlike mitozolomide, temozolomide is incapable of cross-linking DNA and a mechanism by which O6-methylguanine may exert lethality is unclear. The cytotoxicity of the methyl group may be due to its disruption of DNA-protein interactions, or alternatively cell death may not be a direct result of the alkyl group itself, but manifested by DNA single-strand breaks. Enhanced alkaline elution rates were found for the DNA of Raji cells treated with temozolomide following alkyltransferase depletion, suggesting a relationship between O6-methylguanine and the induction single-strand breaks. Such breaks can activate poly(ADP-ribose) synthetase (ADPRT) an enzyme capable of rapid and lethal depletion of cellular NAD levels. However, at concentrations of temozolomlde relevant in vivo little change in adenine nucleotides was detected in cell lines, although this enzyme would appear important in modulating DNA repair since inhibition of ADPRT potentiated temozolomide cytotoxicity in Raji cells but not O6-AGAT deficient GM892A cells. Cell lines have been reported that are O6-AGAT deficient yet resistant to methylating agents. Thus, resistance to temozolomide may arise not only by removal of the methyl group from the O6-position of guanine, but also from another mechanism involving caffeine-sensitive post-replication repair or mismatch repair activity. A modification of the standard Maxam Gilbert sequencing technique was used to determine the sequence specificity of guanine-N7 alkylation. Temozolomide preferentially alkylated runs of guanines with the intensity of reaction increasing with the number of adjacent guanines in the DNA sequence. Comparable results were obtained with a polymerase-stop assay, although neither technique elucidates the sequence specificity of O6-guanine alkylation. The importance of such specificity to cytotoxicity is uncertain, although guanine-rich sequences are common to the promoter regions of oncogenes. Expression of a plasmid reporter gene under the control of the Ha-ras proto~oncogene promoter was inhibited by alkylation with temozolomide when transfected into cancer cell lines, However, this inhibition did not appear to be related to O6~guanine alkylation and therefore would seem unimportant to the chemotherapeutic activity of temozolomide.

Synthetic lethal targeting of oncogenic transcription factors in acute leukemia by PARP inhibitors

Acute myeloid leukemia (AML) is mostly driven by oncogenic transcription factors, which have been classically viewed as intractable targets using small molecule inhibitor approaches. Here, we demonstrate that AML driven by repressive transcription factors including AML1-ETO and PML-RARα are extremely sensitive to Poly (ADP-ribose) Polymerase (PARP) inhibitor (PARPi), in part due to their suppressed expression of key homologous recombination genes and thus compromised DNA damage response (DDR). In contrast, leukemia driven by MLL fusions with dominant transactivation ability is proficient in DDR and insensitive to PARP inhibition. Intriguing, depletion of an MLL downstream target, Hoxa9 that activates expression of various HR genes, impairs DDR and sensitizes MLL leukemia to PARPi. Conversely, Hoxa9 over-expression confers PARPi resistance to AML1-ETO and PML-RARα transformed cells. Together, these studies describe a potential utility of PARPi-induced synthetic lethality for leukemia treatment and reveal a novel molecular mechanism governing PARPi sensitivity in AML.

Nuclear magnetic resonance structure shows that the severe acute respiratory syndrome coronavirus-unique domain contains a macrodomain fold

The nuclear magnetic resonance (NMR) structure of a central segment of the previously annotated severe acute respiratory syndrome (SARS)-unique domain (SUD-M, for "middle of the SARS-unique domain") in SARS coronavirus (SARS-CoV) nonstructural protein 3 (nsp3) has been determined. SUD-M(513-651) exhibits a macrodomain fold containing the nsp3 residues 528 to 648, and there is a flexibly extended N-terminal tail with the residues 513 to 527 and a C-terminal flexible tail of residues 649 to 651. As a follow-up to this initial result, we also solved the structure of a construct representing only the globular domain of residues 527 to 651 [SUD-M(527-651)]. NMR chemical shift perturbation experiments showed that SUD-M(527-651) binds single-stranded poly(A) and identified the contact area with this RNA on the protein surface, and electrophoretic mobility shift assays then confirmed that SUD-M has higher affinity for purine bases than for pyrimidine bases. In a further search for clues to the function, we found that SUD-M(527-651) has the closest three-dimensional structure homology with another domain of nsp3, the ADP-ribose-1 ''-phosphatase nsp3b, although the two proteins share only 5% sequence identity in the homologous sequence regions. SUD-M(527-651) also shows three-dimensional structure homology with several helicases and nucleoside triphosphate-binding proteins, but it does not contain the motifs of catalytic residues found in these structural homologues. The combined results from NMR screening of potential substrates and the structure-based homology studies now form a basis for more focused investigations on the role of the SARS-unique domain in viral infection.

NMR structure shows that the SARS-unique domain contains a macrodomain fold

The NMR structure of a central segment of the previously annotated "SARS-unique domain" (SUD-M; "middle of the SARS-unique domain") in the SARS coronavirus (SARS-CoV) non-structural protein 3 (nsp3) has been determined. SUD-M(513-651) exhibits a macrodomain fold containing the nsp3-residues 528-648, and there is a flexibly extended N-terminal tail with the residues 513-527 and a C-terminal flexible tail of residues 649-651. As a follow-up to this initial result, we also solved the structure of a construct representing only the globular domain of residues 527-651 [SUD-M(527-651)]. NMR chemical shift perturbation experiments showed that SUD-M(527-651) binds single-stranded poly-A and identified the contact area with this RNA on the protein surface, and electrophoretic mobility shift assays then confirmed that SUD-M has higher affinity for purine bases than for pyrimidine bases. In further search for clues to the function, we found that SUD-M(527-651) has the closest three-dimensional structure homology with another domain of nsp3, the ADP-ribose-1''-phosphatase nsp3b, although the two proteins share only 5% sequence identity in the homologous sequence regions. SUD-M(527-651) also shows 3D structure homology with several helicases and NTP-binding proteins, but it does not contain the motifs of catalytic residues found in these structural homologues. The combined results from NMR screening of potential substrates and the structure-based homology studies now form a basis for more focused investigations on the role of the SARS-unique domain in viral infection.

Entwicklung eines Tests zur Ablösung von Tierversuchen beim Nachweis von Pertussis-Toxin

Weltweit existiert keine zum Tierversuch alternative Methode, um adsorbierte Pertussis-Impfstoffe auf restliche Toxin-Aktivität hin zu untersuchen. Der im Europäischen Arzneibuch vorgeschriebene Tierversuch besitzt nach Erfahrungen der Industrie, internationaler Prüfbehörden sowie des Paul-Ehrlich-Institutes eine schlechte Aussagekraft. Er ist wenig standardisierbar und weist häufig ein zweifelhaftes Ergebnis auf, so dass Wiederholungen und damit einhergehend ein hoher Verbrauch an Versuchstieren unumgänglich sind. Enthält der Impfstoff Reste von nicht-inaktiviertem Pertussis-Toxin (PTx), muss mit schweren und schwersten Nebenwirkungen bei den Impflingen gerechnet werden. In dieser Arbeit wurde ein In vitro-Nachweis für aktives PTx entwickelt. rnAngeregt durch Publikationen, wonach Pertussis-Toxin humane Monozyten aktiviert, wurde zunächst versucht, diesen Effekt zum Toxin-Nachweis auszunutzen. Die vorliegende Arbeit zeigt jedoch eindeutig, dass Pertussis-Toxin selbst nicht zur Stimulation humaner Monozyten führt. Vielmehr konnte nachgewiesen werden, dass die Aktivierung dieser Immunzellen auf Kontaminationen durch Lipopolysaccharide zurückzuführen ist. Damit wurden die Aussagen in den oben erwähnten Veröffentlichungen widerlegt. Dieses Ergebnis wurde bereits zur Publikation eingereicht.rnNunmehr wurden verschiedene Ansätze zum Nachweis von Pertussis-Toxin entwickelt, welche seine enzymatischen Aktivitäten als NAD-Glycohydrolase und ADP-Ribosyltransferase ausnutzen. Zunächst wurde versucht, die Hydrolyse von NAD zu ADP-Ribose und Nicotinamid photometrisch nachzuweisen. Wegen unbefriedigender Sensitivität wurde dieses Verfahren zu einem fluorometrischen Nachweis weiterentwickelt. Verwendet wurde hier fluorogenes etheno-NAD, welches von Pertussis-Toxin als Substrat akzeptiert wird. Letzteres Prinzip ist zum In vitro-Nachweis von Pertussis-Toxin geeignet, wird jedoch durch das in Impfstoffen häufig verwendete Adsorbens Aluminiumhydroxid gestört. Deshalb wurde dieser Ansatz aufgegeben und ein neuer Weg verfolgt, welcher am Energiestoffwechsel von humanen Zellen ansetzt. Eine Konsequenz des Angriffs von Pertussis-Toxin auf seine Zielzellen im Respirationstrakt besteht – nach komplexen Reaktionen des Signaltransduktionsweges – im Absenken des ATP-Gehaltes. Als menschliche Surrogat-Zellen wurden frisch isolierte periphere mononukleäre Zellen (PBMCs) sowie die permanente Lymphozyten-Zelllinie Jurkat eingesetzt und deren ATP-Gehalt mittels Luziferin-Luziferase-Lumineszenz gemessen. Der Test wird nicht durch Lipopolysaccharid gestört und auch Aluminiumhydroxid übt erst nach mehreren Stunden Inkubation einen interferierenden Einfluss aus. Ebenso konnte aktives Pertussis-Toxin mit Hilfe kryokonservierter PBMCs detektiert werden, auch in orientierenden Versuchen mit komplexen Impfstoffen. Der Pertussis-ATP-Test kommt der In vivo-Situation in der Zelle sehr nahe, weil beide Untereinheiten des Toxins in einem Test überprüft werden. Demnach soll er Bestandteil einer geplanten internationalen Studie zu alternativen Pertussis-Toxin-Testungen sein.

Crystal structure of the catalytic domain of Pseudomonas exotoxin A complexed with a nicotinamide adenine dinucleotide analog: implications for the activation process and for ADP ribosylation.

The catalytic, or third domain of Pseudomonas exotoxin A (PEIII) catalyzes the transfer of ADP ribose from nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) to elongation factor-2 in eukaryotic cells, inhibiting protein synthesis. We have determined the structure of PEIII crystallized in the presence of NAD to define the site of binding and mechanism of activation. However, NAD undergoes a slow hydrolysis and the crystal structure revealed only the hydrolysis products, AMP and nicotinamide, bound to the enzyme. To better define the site of NAD binding, we have now crystallized PEIII in the presence of a less hydrolyzable NAD analog, beta-methylene-thiazole-4-carboxamide adenine dinucleotide (beta-TAD), and refined the complex structure at 2.3 angstroms resolution. There are two independent molecules of PEIII in the crystal, and the conformations of beta-TAD show some differences in the two binding sites. The beta-TAD attached to molecule 2 appears to have been hydrolyzed between the pyrophosphate and the nicotinamide ribose. However molecule 1 binds to an intact beta-TAD and has no crystal packing contacts in the vicinity of the binding site, so that the observed conformation and interaction with the PEIII most likely resembles that of NAD bound to PEIII in solution. We have compared this complex with the catalytic domains of diphtheria toxin, heat labile enterotoxin, and pertussis toxin, all three of which it closely resembles.

Identification of corticosteroid-regulated genes in cardiomyocytes by serial analysis of gene expression.

Corticosteroids (aldosterone, cortisol/corticosterone) exert direct functional effects on cardiomyocytes. However, gene networks activated by corticosteroids in cardiomyocytes, as well as the involvement of the mineralocorticoid receptor (MR) vs the glucocorticoid receptor (GR) in these effects, remain largely unknown. Here we characterized the corticosteroid-dependent transcriptome in primary culture of neonatal mouse cardiomyocytes treated with 10(-6) M aldosterone, a concentration predicted to occupy both MR and GR. Serial analysis of gene expression revealed 101 aldosterone-regulated genes. The MR/GR specificity was characterized for one regulated transcript, namely ecto-ADP-ribosyltransferase-3 (Art3). Using cardiomyocytes from GR(null/null) or MR(null/null) mice we demonstrate that in GR(null/null) cardiomyocytes the response is abrogated, but it is fully maintained in MR(null/null) cardiomyocytes. We conclude that Art3 expression is regulated exclusively via the GR. Our study identifies a new set of corticosteroid-regulated genes in cardiomyocytes and demonstrates a new approach to studying the selectivity of MR- vs GR-dependent effects.

Interactions between intracellular Ca2+ stores: Ca2+ released from the NAADP pool potentiates cADPR-induced Ca2+ release

Cells possess multiple intracellular Ca2+-releasing systems. Sea urchin egg homogenates are a well-established model to study intracellular Ca2+ release. In the present study the mechanism of interaction between three intracellular Ca2+ pools, namely the nicotinic acid adenine dinucleotide phosphate (NAADP), the cyclic ADP-ribose (cADPR) and the inositol 1',4',5'-trisphosphate (IP3)-regulated Ca2+ stores, is explored. The data indicate that the NAADP Ca2+ pool could be used to sensitize the cADPR system. In contrast, the IP3 pool was not affected by the Ca2+ released by NAADP. The mechanism of potentiation of the cADPR-induced Ca2+ release, promoted by Ca2+ released from the NAADP pool, is mediated by the mechanism of Ca2+-induced Ca2+ release. These data raise the possibility that the NAADP Ca2+ store may have a role as a regulator of the cellular sensitivity to cADPR.

Fonction de l'AmtB dans la régulation de la nitrogénase chez Rhodobacter capsulatus

La fixation de l’azote diatomique est un processus très important à la vie, vu sa nécessité dans la biosynthèse de plusieurs molécules de base; acides aminés, acides nucléiques, etc. La réduction de l’azote en ammoniaque est catalysée par la nitrogénase, une enzyme consommatrice de beaucoup d’énergie étant donné qu’elle nécessite 20 à 30 moles d’ATP pour la réduction d’une mole d’azote. De ce fait une régulation rigoureuse est exigée afin de minimiser le gaspillage d’énergie. Plusieurs systèmes de contrôle sont connus, aussi bien au niveau post-traductionnel que traductionnel. Chez la bactérie photosynthétique pourpre non-sulfureuse R. capsulatus, la régulation de l’activité de la nitrogénase nécessite une panoplie de protéines dont la protéine membranaire AmtB, qui est impliquée dans le transport et la perception d’ammonium, et les protéines PII qui jouent plusieurs rôles clés dans la régulation de l’assimilation d’azote. Suite à l’ajout de l’ammonium dans le milieu, une inhibition réversible de l’activité de la nitrogénase est déclenchée via un mécanisme d’ADP-ribosylation de la nitrogénase. La séquestration de GlnK (une protéine PII) par l’AmtB permet à DraT, une ADP-ribosyltransférase, d’ajouter un groupement ADP-ribose sur la protéine-Fe de la nitrogénase l’empêchant ainsi de former un complexe avec la protéine-MoFe. Donc, le transfert d’électrons est bloqué, engendrant ainsi l’inhibition de l’activité de la nitrogénase qui dure aussi long que la concentration d’azote fixé reste élevé, phénomène appelé le « Switch-off/Switch-on » de la nitrogénase. Dans ce mémoire, pour mieux comprendre ce phénomène de régulation, des mutations ponctuelles au niveau de certains résidus conservés de la protéine AmtB, dont D338, G367, H193 et W237, étaient générées par mutagénèse dirigée, afin d’examiner d’avantage leur rôle dans le transport d’ammonium, la formation du complexe AmtB-GlnK, ainsi que dans le « Switch-off » et l’ADP-ribosylation. Les résultats permettent de conclure l’importance et la nécessité de certains résidus telle que le G367 dans la régulation de la nitrogénase et le transport d’ammonium, contrairement au résidu D338 qui ne semble pas être impliqué directement dans la régulation de l’activité de la nitrogénase. Ces résultats suggèrent d’autres hypothèses sur les rôles des acides aminés spécifiques d’AmtB dans ses fonctions comme transporteur et senseur d’ammonium.

The Role of Specific Amino Acids in the Formation of Ternary Complexes in Nitrogenase Regulation in the Photosynthetic Bacterium Rhodobacter capsulatus

L'azote est l'un des éléments les plus essentiels dans le monde pour les êtres vivants, car il est essentiel pour la production des éléments de base de la cellule, les acides aminés, les acides nucléiques et les autres constituants cellulaires. L’atmosphère est composé de 78% d'azote gazeux, une source d'azote inutilisable par la plupart des organismes à l'exception de ceux qui possèdent l’enzyme nitrogénase, tels que les bactéries diazotrophique. Ces micro-organismes sont capables de convertir l'azote atmosphérique en ammoniac (NH3), qui est l'une des sources d'azote les plus préférables. Cette réaction exigeant l’ATP, appelée fixation de l'azote, est catalysée par une enzyme, nitrogénase, qui est l'enzyme la plus importante dans le cycle de l'azote. Certaines protéines sont des régulateurs potentiels de la synthèse de la nitrogénase et de son activité; AmtB, DraT, DraG, les protéines PII, etc.. Dans cette thèse, j'ai effectué diverses expériences afin de mieux comprendre leurs rôles détailés dans Rhodobacter capsulatus. La protéine membranaire AmtB, très répandue chez les archaea, les bactéries et les eucaryotes, est un membre de la famille MEP / Amt / Rh. Les protéines AmtB sont des transporteurs d'ammonium, importateurs d'ammonium externe, et ont également été suggéré d’agir comme des senseurs d'ammonium. Il a été montré que l’AmtB de Rhodobacter capsulatus fonctionne comme un capteur pour détecter la présence d'ammonium externe pour réguler la nitrogénase. La nitrogénase est constituée de deux métalloprotéines nommées MoFe-protéine et Fe-protéine. L'addition d'ammoniaque à une culture R. capsulatus conduit à une série de réactions qui mènent à la désactivation de la nitrogénase, appelé "nitrogénase switch-off". Une réaction critique dans ce processus est l’ajout d’un groupe ADP-ribose à la Fe-protéine par DraT. L'entrée de l'ammoniac dans la cellule à travers le pore AmtB est contrôlée par la séquestration de GlnK. GlnK est une protéine PII et les protéines PII sont des protéines centrales dans la régulation du métabolisme de l'azote. Non seulement la séquestration de GlnK par AmtB est importante dans la régulation nitrogénase, mais la liaison de l'ammonium par AmtB ou de son transport partiel est également nécessaire. Les complexes AmtB-GlnK sont supposés de lier DraG, l’enzyme responsable pour enlever l'ADP-ribose ajouté à la nitrogénase par DraT, ainsi formant un complexe ternaire. Dans cette thèse certains détails du mécanisme de transduction du signal et de transport d'ammonium ont été examinés par la génération et la caractérisation d’un mutant dirigé, RCZC, (D335A). La capacité de ce mutant, ainsi que des mutants construits précédemment, RCIA1 (D338A), RCIA2 (G344C), RCIA3 (H193E) et RCIA4 (W237A), d’effectuer le « switch-off » de la nitrogénase a été mesurée par chromatographie en phase gazeuse. Les résultats ont révélé que tous les résidus d'acides aminés ci-dessus ont un rôle essentiel dans la régulation de la nitrogénase. L’immunobuvardage a également été effectués afin de vérifier la présence de la Fe-protéine l'ADP-ribosylée. D335, D388 et W237 semblent être cruciales pour l’ADP-ribosylation, puisque les mutants RCZC, RCIA1 et RCIA4 n'a pas montré de l’ADP-ribosylation de la Fe-protéine. En outre, même si une légère ADP-ribosylation a été observée pour RCIA2 (G344C), nous le considérons comme un résidu d'acide aminé important dans la régulation de la nitrogénase. D’un autre coté, le mutant RCIA3 (H193E) a montré une ADP-ribosylation de la Fe-protéine après un choc d'ammonium, par conséquent, il ne semble pas jouer un rôle important dans l’ADP-ribosylation. Par ailleurs R. capsulatus possède une deuxième Amt appelé AmtY, qui, contrairement à AmtB, ne semble pas avoir des rôles spécifiques. Afin de découvrir ses fonctionnalités, AmtY a été surexprimée dans une souche d’E. coli manquant l’AmtB (GT1001 pRSG1) (réalisée précédemment par d'autres membres du laboratoire) et la formation des complexes AmtY-GlnK en réponse à l'addition d’ammoniac a été examinée. Il a été montré que même si AmtY est en mesure de transporter l'ammoniac lorsqu'il est exprimé dans E. coli, elle ne peut pass’ associer à GlnK en réponse à NH4 +.

Rôle de l'AmtB dans la régulation de la nitrogénase et la production d'hydrogène chez la bactérie Rhodobacter capsulatus

L’azote est l’élément le plus abondant dans l’atmosphère terrestre avec un pourcentage atteignant 78 %. Composant essentiel pour la biosynthèse des matériels organiques cellulaires, il est inutilisable sous sa forme diatomique (N2) très stable par la plupart des organismes. Seules les bactéries dites diazotrophiques comme Rhodobacter capsulatus sont capables de fixer l’azote moléculaire N2 par le biais de la synthèse d’une enzyme, la nitrogénase. Cette dernière catalyse la réduction du N2 en ammonium (NH4) qui peut alors être assimilé par d’autres organismes. La synthèse et l’activité de la nitrogénase consomment beaucoup d’énergie ce qui implique une régulation rigoureuse et son inhibition tant qu’une quantité suffisante d’ammonium est disponible. Parmi les protéines impliquées dans cette régulation, la protéine d’intérêt AmtB est un transporteur membranaire responsable de la perception et le transport de l’ammonium. Chez R. capsulatus, il a été démontré que suite à l’addition de l’ammonium, l’AmtB inhibe de façon réversible (switch off/switch on) l’activité de la nitrogénase en séquestrant la protéine PII GlnK accompagnée de l’ajout d’un groupement ADP ribose sur la sous unités Fe de l’enzyme par DraT. De plus, la formation de ce complexe à lui seul ne serait pas suffisant pour cette inactivation, ce qui suggère la séquestration d’une troisième protéine, DraG, afin d’inhiber son action qui consiste à enlever l’ADP ribose de la nitrogénase et donc sa réactivation. Afin de mieux comprendre le fonctionnement de l’AmtB dans la régulation et le transport de l’ammonium à un niveau moléculaire et par la même occasion la fixation de l’azote, le premier volet de ce mémoire a été d’introduire une mutation ponctuelle par mutagénèse dirigée au niveau du résidu conservé W237 de l’AmtB. La production d’hydrogène est un autre aspect longtemps étudié chez R. capsulatus. Cette bactérie est capable de produire de l’hydrogène à partir de composés organiques par photofermentation suite à l’intervention exclusive de la nitrogénase. Plusieurs études ont été entreprises afin d’améliorer la production d’hydrogène. Certaines d’entre elles se sont intéressées à déterminer les conditions optimales qui confèrent une production maximale de gaz tandis que d’autres s’intéressent au fonctionnement de la bactérie elle même. Ainsi, le fait que la bioproduction de H2 par fermentation soit catalysée par la nitrogénase cela implique la régulation de l’activité de cette dernière par différents mécanismes dont le switch off par ADP ribosylation de l’enzyme. De ce fait, un mutant de R. capsulatus dépourvu d’AmtB (DG9) a été étudié dans la deuxième partie de cette thèse en termes d’activité de la nitrogénase, de sa modification par ADP ribosylation avec la détection des deux protéines GlnK et DraG qui interviennent dans cette régulation pour connaitre l’influence de différents acides aminés sur la régulation de la nitrogénase et pour l‘utilisation future de cette souche dans la production d’H2 car R. capsulatus produit de l’hydrogène par photofermentation grâce à cette enzyme. Les résultats obtenus ont révélé une activité de la nitrogénase continue et ininterrompue lorsque l’AmtB est absent avec une activité maximale quand la proline est utilisée comme source d’azote durant la culture bactérienne ce qui implique donc que l’abolition de l’activité de cette protéine entraine une production continue d’H2 chez R. capsulatus lorsque la proline est utilisée comme source d’azote lors de la culture bactérienne. Par ailleurs, avec des Western blots on a pu déterminer l’absence de régulation par ADP ribosylation ainsi que les expressions respectives de GlnK et DraG inchangées entre R. capsulatus sauvage et muté. En conclusion, la nitrogénase n’est pas modifiée et inhibée lorsque l’amtB est muté ce qui fait de la souche R. capsulatus DG9 un candidat idéal pour la production de biohydrogène en particulier lorsque du glucose et de la proline sont respectivement utilisés comme source de carbone et d'azote pour la croissance.

Nitric oxide in plants: a brief discussion on this multifunctional molecule

Diversos estudos vêm sendo realizados com a finalidade de aumentar o conhecimento sobre a ocorrência e a atividade do óxido nítrico (ON) nas plantas. Nesse sentido, a presente revisão objetivou abordar alguns aspectos referentes ao on nas plantas, tais como propriedades químicas, vias de síntese, efeitos fisiológicos, ação antioxidante, transdução do sinal, interação com hormônios vegetais e expressão gênica. Nos últimos anos, muitos avanços têm sido obtidos em relação à síntese de on e seus efeitos fisiológicos nas plantas. Porém, os mecanismos moleculares que fundamentam seus efeitos permanecem pouco compreendidos. É sinalizada uma investigação em detalhes sobre as estreitas interações entre ON, Ca2+, ADP-ribose cíclica (cADPR) e proteínas quinases. Além disso, ainda não foi possível identificar uma enzima vegetal que apresente atividade semelhante à da óxido nítrico sintase (NOS). A elucidação de tais aspectos representa um desafio para futuros trabalhos.

A functional homolog of a yeast tRNA splicing enzyme is conserved in higher eukaryotes and in Escherichia coli

tRNA splicing in the yeast Saccharomyces cerevisiae requires an endonuclease to excise the intron, tRNA ligase to join the tRNA half-molecules, and 2′-phosphotransferase to transfer the splice junction 2′-phosphate from ligated tRNA to NAD, producing ADP ribose 1′′–2′′ cyclic phosphate (Appr>p). We show here that functional 2′-phosphotransferases are found throughout eukaryotes, occurring in two widely divergent yeasts (Candida albicans and Schizosaccharomyces pombe), a plant (Arabidopsis thaliana), and mammals (Mus musculus); this finding is consistent with a role for the enzyme, acting in concert with ligase, to splice tRNA or other RNA molecules. Surprisingly, functional 2′-phosphotransferase is found also in the bacterium Escherichia coli, which does not have any known introns of this class, and does not appear to have a ligase that generates junctions with a 2′-phosphate. Analysis of the database shows that likely members of the 2′-phosphotransferase family are found also in one other bacterium (Pseudomonas aeruginosa) and two archaeal species (Archaeoglobus fulgidus and Pyrococcus horikoshii). Phylogenetic analysis reveals no evidence for recent horizontal transfer of the 2′-phosphotransferase into Eubacteria, suggesting that the 2′-phosphotransferase has been present there since close to the time that the three kingdoms diverged. Although 2′-phosphotransferase is not present in all Eubacteria, and a gene disruption experiment demonstrates that the protein is not essential in E. coli, the continued presence of 2′-phosphotransferase in Eubacteria over large evolutionary times argues for an important role for the protein.