Lsa30, a novel adhesin of Leptospira interrogans binds human plasminogen and the complement regulator C4bp

Pathogenic Leptospira is the etiological agent of leptospirosis, a life-threatening disease that affects populations worldwide. Surface proteins have the potential to promote several activities, including adhesion. This work aimed to study the leptospiral coding sequence (CDS) LIC11087, genome annotated as hypothetical outer membrane protein. The LIC11087 gene was cloned and expressed in Escherichia coil BL21 (DE3) strain by using the expression vector pAE. The recombinant protein tagged with N-terminal 6XHis was purified by metal-charged chromatography and characterized by circular dichroism (CD) spectroscopy. The recombinant protein has the ability to mediate attachment to the extracellular matrix (ECM) components, laminin and plasma fibronectin, and was named Lsa30 (Leptospiral surface adhesin of 30 kDa). Lsa30 binds to laminin and to plasma fibronectin in a dose-dependent and saturable manner, with dissociation equilibrium constants (K-D) of 292 +/- 24 nM and 157 +/- 35 nM, respectively. Moreover, the Lsa30 is a plasminogen (PLC) receptor, capable of generating plasmin, in the presence of activator. This protein may interfere with the complement cascade by interacting with C4bp regulator. The Lsa30 is probably a new surface protein of Leptospira as revealed by immunofluorescence assays with living organisms and the reactivity with antibodies present in serum samples of experimentally infected hamsters. Thus, Lsa30 is a novel versatile protein that may play a role in mediating adhesion and may help pathogenic Leptospira to overcome tissue barriers and to escape the immune system. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Identification of Novel Interaction between ADAM17 (a Disintegrin and Metalloprotease 17) and Thioredoxin-1

ADAM17, which is also known as TNF alpha-converting enzyme, is the major sheddase for the EGF receptor ligands and is considered to be one of the main proteases responsible for the ectodomain shedding of surface proteins. How a membrane-anchored proteinase with an extracellular catalytic domain can be activated by inside-out regulation is not completely understood. We characterized thioredoxin-1 (Trx-1) as a partner of the ADAM17 cytoplasmic domain that could be involved in the regulation of ADAM17 activity. We induced the overexpression of the ADAM17 cytoplasmic domain in HEK293 cells, and ligands able to bind this domain were identified by MS after protein immunoprecipitation. Trx-1 was also validated as a ligand of the ADAM17 cytoplasmic domain and full-length ADAM17 recombinant proteins by immunoblotting, immunolocalization, and solid phase binding assay. In addition, using nuclear magnetic resonance, it was shown in vitro that the titration of the ADAM17 cytoplasmic domain promotes changes in the conformation of Trx-1. The MS analysis of the cross-linked complexes showed cross-linking between the two proteins by lysine residues. To further evaluate the functional role of Trx-1, we used a heparin-binding EGF shedding cell model and observed that the overexpression of Trx-1 in HEK293 cells could decrease the activity of ADAM17, activated by either phorbol 12-myristate 13-acetate or EGF. This study identifies Trx-1 as a novel interaction partner of the ADAM17 cytoplasmic domain and suggests that Trx-1 is a potential candidate that could be involved in ADAM17 activity regulation.

Charakterisierung des Rezeptors, des Aufnahmeweges und der Neutralisation humanpathogener Papillomviren

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Pseudovirionen mit gfp als Reportergen generiert und zur Charakterisierung verschiedener Aspekte der HPV-Infektion verwendet. Es konnte gezeigt werden, daß Heparansulfatproteoglykane für die Infektion mit HPV16- und HPV33-Pseudovirionen essentiell sind, da: (i) Heparin, nicht aber Chondroitin- oder Dermatansulfat die Infektion inhibiert, (ii) Heparinase I oder chloratbehandelte Zellen vollständig bzw. teilweise resistent gegen eine Infektion sind, (iii) monoklonale Antikörper Pseudovirionen neutralisieren, indem sie die Bindung an Heparin verhindern. Ein intakter C-Terminus des L1-Proteins ist für die Heparinbindung nicht notwendig. Alpha-6 Integrin ist kein obligater HPV-Rezeptor. Die Neutralisation gebundener Pseudovirionen durch ein neutralisierendes Antiserum einerseits und durch Heparin andererseits demonstriert, daß die Aufnahme von Pseudovirionen sehr langsam verläuft und daß die Bindung von einem heparinsensitiven zu einem heparinresistenten Zustand übergeht, möglicherweise unter Beteiligung weiterer Rezeptoren. Die Wirkung von verschiedenen Inhibitoren auf die Pseudoinfektion lassen schließen, daß Pseudovirionen über eine mikrofilamentabhängige und energieabhängige Endozytose mit anschließender Penetration durch saure Vesikel aufgenommen werden. Caveolen sind an der Aufnahme nicht beteiligt. Untersuchungen zur Neutralisation von HPV16-, HPV18- und HPV33-Pseudovirionen durch Antiseren gegen HPV16, 18, 31, 33, 35, 39 und 45 zeigen eine Kreuzneutralisation zwischen HPV31 und HPV33 einerseits und zwischen HPV18 und HPV45 andererseits.

Elektrophysiologische Charakterisierung und PKC-vermittelte Regulation des humanen Transporters für basische Aminosäuren hCAT-1

ZusammenfassungDer humane kationische Aminosäure-Transporter hCAT-1 (CAT für cationic amino acid transporter) gehört zur Familie der Na+- und pH-unabhängigen Transporter für basische Aminosäuren (BAS). Die vorliegende Arbeit befasst sich mit unterschiedlichen Aspekten des hCAT-1-vermittelten Transportes, die in zwei Teilabschnitten behandelt werden. Im ersten Abschnitt wurden die Transporteigenschaften von hCAT-1-exprimierenden X. laevis-Oozyten mit Hilfe von elektrophysiologischen Methoden untersucht und mit denen der Isoformen hCAT-2A und -2B verglichen. Dabei zeigte sich, dass es durch die Expression von hCAT-2A und -2B in Oozyten zur Bildung eines BAS-Potentiales kommt, jedoch nicht durch die Expression von hCAT-1. Hierfür dürfte die hohe Transstimulierbarkeit des hCAT-1-Proteins verantwortlich sein. Obwohl das Membranpotential einer Zelle die Akkumulation von BAS durch die hCAT-Proteine beeinflusst, war bei sehr hohen extrazellulären BAS-Konzentrationen die Akkumulation durch hCAT-1 und -2B im Gegensatz zu hCAT-2A nicht vom Membranpotential abhängig, da unter diesen Bedingungen der Efflux limitierend wirkte. Mit Hilfe der voltage clamp-Methode wurden die L-Arginin-induzierten Maximalströme (Vmax) und die Leitfähigkeiten der hCAT-Proteine bestimmt. Die so ermittelten Vmax-Werte sind nur halb so groß wie die durch Flux-Studien bestimmten. Daher muss von einem Gegentransport an positiver Ladung (Substrat) ausgegangen werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die hCAT-Isoformen zwei unterschiedliche Leitfähigkeitszustände für BAS besitzen, die von der intrazellulären BAS-Konzentration abhängig sind. Eine Leitfähigkeitszunahme durch Zugabe von extrazellulärem L-Arginin konnte bei allen hCAT-Isoformen in depletierten Oozyten beobachtet werden. In BAS-beladenen Oozyten führte die Zugabe von L-Arginin dagegen zu keiner (hCAT-1 und hCAT-2B) bzw. zu einer geringen (hCAT-2A) Zunahme der Leitfähigkeit der Transporter. Im Substratgleichgewicht jedoch nahm die Leitfähigkeit der drei untersuchten hCAT-Isoformen in Abhängigkeit von der Substratkonzentration zu. Überraschenderweise wurden für die untersuchten hCAT-Isoformen Leck-Ströme in Abwesenheit von BAS nachgewiesen. An hCAT-2B-exprimierenden Oozyten wurde eine erhöhte Leitfähigkeit für K+-Ionen gezeigt. Die physiologische Bedeutung dieser Kanalfunktion ist jedoch noch völlig ungeklärt. Im zweiten Abschnitt wurde der Mechanismus der Proteinkinase C (PKC)-vermittelten Inhibition der hCAT-1-Transportaktivität untersucht. Hierfür wurden hCAT-1.EGFP-Konstrukte in Oozyten und in U373MG Glioblastom-Zellen exprimiert. Mit Hilfe konfokaler Mikroskopie und Western-Blot-Analysen von biotinylierten Zelloberflächen-Proteinen wurde gezeigt, dass die PKC-vermittelte Reduktion der hCAT-1-Transportaktivität auf einer Reduktion der hCAT-Expression an der Zelloberfläche beruht. Ähnliche Ergebnisse wurden auch mit dem endogen in humanen DLD-1 Kolonkarzinom-Zellen exprimierten hCAT-1 erzielt. Der PKC-Effekt war auch noch nach Entfernung der putativen PKC-Erkennungsstellen am hCAT-1-Protein vorhanden. Daher reguliert die PKC die hCAT-1-Transportaktivität vermutlich über einen indirekten Mechanismus, d. h. nicht über eine direkte Phosphorylierung des hCAT-1-Proteins. Die Veränderung der Zelloberflächenexpression stellt einen neuen Regulationsmechanismus für die CAT-Proteine dar, der erklären kann, warum sich Modifikationen in der CAT-Proteinexpression oft nicht in entsprechenden Veränderungen der Transportaktivität widerspiegeln.

In vivo- und in vitro-Untersuchungen zur Immunantwort und Parasitenentwicklung bei Infektionen mit dem Darmparasiten Cryptosporidium parvum

Cryptosporidium parvum ist ein intrazellulärer protozoischer Darmparasit (Apikomplexa), der weltweit zu den bedeutendsten Erregern von Diarrhöen beim Menschen und einer Reihe von Nutztieren zählt. Vor allem immunkompromittierte Personen wie zum Beispiel AIDS-Patienten erleiden schwere, chronische bis lebensbedrohende Erkrankungen. Da nach wie vor keine effektive Therapie gegen eine Kryptosporidiose in Form eines spezifisch wirkenden Chemotherapeutikums oder einer Vakzine existiert, ist es notwendig, die Immunantwort des Wirtes gegen den Parasiten und dessen Bindung, Invasion und die intrazelluläre Entwicklung in den Epithelzellen eingehend zu studieren, um neue Ansatzpunkte zu entwickeln. Wohingegen Menschen zeitlebens suszeptibel für eine Infektion mit C. parvum sind, entwickeln Mäuse eine natürliche Resistenz und können als adulte Tiere nicht mehr infiziert werden. Daher sind Mausmodelle der Kryptosporidiose auf neonatale oder immunsupprimierte und immundefiziente adulte Mäuse beschränkt. Bei der Überwindung einer C. parvum-Infektion sind Effektoren der natürlichen und adaptiven Immunität beteiligt. Die zentrale Rolle spielen CD4+-T-Zellen, sowie Interferon-gamma und Interleukin-12. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Infektionen in IFN-gamma (GKO)- und IL-12 p40 (IL12KO)-Knockout-Mäusen (C57BL/6) etabliert, für die bereits gezeigt wurde, dass sie eine Suszeptibilität gegenüber einer Erstinfektion besitzen. Erstmals wurden die beiden Infektionsmodelle parallel unter denselben Bedingungen analysiert, um Rückschlüsse auf die Funktion und die Bedeutung der beiden Th1-Zytokine IFN-gamma und IL-12 bei der Auseinandersetzung mit dem Parasiten und der Überwindung einer Infektion ziehen zu können. Es wurden deutliche Unterschiede im Infektionsverlauf, bei der Höhe und Dauer der Parasitenausscheidung und der induzierten systemischen und mukosalen Antikörperantwort beobachtet. Zum ersten Mal konnte gezeigt werden, dass neben IL12KO auch GKO in der Lage sind, eine erste Infektion zu überwinden und eine Resistenz gegenüber einer erneuten Konfrontation mit dem Parasiten zu entwickeln. Alle Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Etablierung einer protektiven Immunität gegen eine Kryptosporidiose generell unabhängig von der Anwesenheit der Zytokine IFN-gamma und IL-12 ist, der Verlust von IFN-gamma jedoch schwerer wiegt. Bei GKO-Mäusen persistierte der Parasit in Form einer niedriggradigen chronischen Infektion. Die beiden Infektionsmodelle stellten sich als ideales System für die Etablierung einer effektiven Immunisierungsstrategie heraus. Intranasale Immunisierungen, welche neben einer systemischen auch eine mukosale Immunantwort induzieren können, schienen einen richtigen Ansatz darzustellen. Intraperitoneale und subkutane Immunisierungen führten zwar zur Ausbildung einer starken spezifischen IgG-Antwort im Serum, diese war jedoch nicht in der Lage, einen Schutz vor einer Infektion zu vermitteln. Neben den in vivo Untersuchungen wurde des Weiteren auch die intrazelluläre Entwicklung von C. parvum in einem in vitro Kultursystem verfolgt. Zum ersten Mal wurde die Genexpression von vier Oberflächenproteinen der invasiven Zoitenstadien und eines Oozystenwandproteins parallel durch RT-PCR analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass alle untersuchten Gene während der intrazellulären Entwicklung differentiell exprimiert werden, was eine unterschiedliche Funktion der Proteine während des Entwicklungszyklus nahe legt. Das Expressionsmuster der verschiedenen Gene charakterisiert bestimmte Abschnitte innerhalb des Entwicklungszyklus. Dabei wurden Marker für die Invasion (CP17) sowie für die asexuelle (GP900) und sexuelle Replikation (COWP) identifiziert.

Insights in the maturation of pathogenic bacteria vaccine candidates using mass spectrometry based approaches

The study of the maturation process that occurs to a protein is of pivotal importance for the understanding of its function. This is true also in the vaccine field but in this case is also important to evaluate if inappropriate protein conformation and maturation play roles in the impairment of the functional immunogenicity of protein vaccines. Mass spectrometry (MS) is the method of choice for the study of the maturation process since each modification that occurs during the maturation will lead to a change in the mass of the entire protein. Therefore the aim of my thesis is the development of mass spectrometry-based approaches to study the maturation of proteins and the application of these methods to proteic vaccine candidates. The thesis is divided in two main parts. In the first part, I focused my attention on the study of the maturation of different vaccine candidates using native mass spectrometry. The analyses in this case have been performed using recombinant proteins produced in E. coli. In the second part I applied different MS strategies for the identification of unknown PTMs on pathogenic bacteria surface proteins since modified surface proteins are now considered for vaccine candidate selection.

Diversity of cwp loci in clinical isolates of Clostridium difficile

An increased incidence of Clostridium difficile infection (CDI) is associated with the emergence of epidemic strains characterised by high genetic diversity. Among the factors that may have a role in CDI there is a family of 29 paralogs, the cell wall proteins (CWPs), which compose the outer layer of the bacterial cell and are likely to be involved in colonisation. Previous studies have shown that 12 of the29 cwp genes are clustered in the same region, named after slpA (cwp1) the slpA locus, whereas the remaining 17 paralogs are distributed throughout the genome. The variability of 14 of these 17 cwp paralogs was determined in 40 C. difficile clinical isolates belonging to six of the currently prevailing PCR ribotypes. Based on sequence conservation, these cwp genes were divided into two groups, one comprising cwp loci having highly conserved sequences in all isolates, and the other 5 loci showing low genetic conservation between isolates of the same PCR ribotype as well as between different PCR ribotypes. Three conserved CWPs, Cwp16, Cwp18 and Cwp25, and two variable ones, Cwp26 and Cwp27, were characterised further by Western blot analysis of total cell extracts or S-layer preparations of the C. difficile clinical isolates. Expression of genetically invariable CWPs is well conserved in all isolates, while genetically variable CWPs are not always expressed at comparable levels even in strains containing identical sequences but belonging to different PCR ribotypes. In addition, we chose to analyse the immune response obtained in a protection experiment, carried out in hamsters, using a protein microarray approach to study the in vivo expression and the immunoreactivity of several surface proteins, including 18 Cwps.

Einfluss subviraler Partikel des humanen Cytomegalovirus auf die Induktion der antiviralen Immunantwort

Das humane Cytomegalovirus (HCMV) ist ein opportunistischer Krankheitserreger, der insbesondere bei Patienten mit unreifem oder geschwächtem Immunsystem schwere, teilweise lebensbedrohliche Erkrankungen verursacht. Aufgrund der klinischen Relevanz wird die Entwicklung einer Impfung gegen HCMV mit großem Nachdruck verfolgt. Subvirale Partikel des HCMV, sogenannte Dense Bodies (DB), stellen eine vielversprechende Impfstoff-Grundlage dar. Die innere Struktur der Partikel besteht aus viralen Proteinen, die als dominante Antigene der zellulären Immunantwort gegen HCMV identifiziert wurden. Die äußere Hülle der Partikel entspricht der Virushülle, sie enthält die viralen Oberflächenproteine als Zielantigene der neutralisierenden Antikörper (NTAk)-Antwort in ihrer natürlichen Konformation. Die für ein Totantigen außergewöhnlich hohe Immunogenität der Partikel wurde bereits in Vorarbeiten dokumentiert. Ein Ziel dieser Arbeit war es, den molekularen Hintergrund für die herausragenden, immunogenen Eigenschaften von DB aufzuklären. Im ersten Teil der Arbeit wurde daher die Hypothese geprüft, dass DB geeignet sind, die Ausreifung und Aktivierung von dendritischen Zellen (DC) zu vermitteln und damit deren Fähigkeit zur Antigenpräsentation zu stimulieren. Derart aktivierten DC kommt eine wichtige Rolle beim Priming der T-lymphozytären Immunantwort zu. In der Tat konnte gezeigt werden, dass die Behandlung von unreifen dendritischen Zellen (iDC) mit DB zu verstärkter Expression von solchen Molekülen auf der DC-Oberfläche führt, die mit Ausreifung der Zellen verknüpft sind. Der Nachweis der verstärkten Freisetzung proinflammatorischer Zytokine belegte die Aktivierung der Zellen im Sinne einer entzündlichen Reaktion. Die erfolgreiche Stimulation von CD4 und CD8 T-Lymphozyten durch DB-behandelte DC belegte schließlich die funktionelle Relevanz der Ergebnisse. Zusammengefasst konnten in diesem Abschnitt der Arbeit die molekularen Grundlagen der adjuvanten Wirkung von DB aufgeklärt werden. rnIn einem zweiten Abschnitt wurde die NTAk-Antwort nach DB-Immunisierung näher untersucht. Der humoralen Immunantwort kommt eine entscheidende Bedeutung bei der Prävention der HCMV-Übertragung zu. Hier galt es zu prüfen, welchen Einfluss stammspezifische Unterschiede in der Expression viraler Oberflächenproteine auf die Induktion der NTAk-Antwort nach DB-Immunisierung nehmen. Im Fokus stand dabei die variable Expression des pentameren Proteinkomplexes aus den viralen Proteinen gH/gL/pUL128-UL131A. Dieser Komplex wird nur von kliniknahen HCMV-Stämmen (HCMVKlin) exprimiert und ist für deren breiten Zelltropismus verantwortlich. Der pentamere Komplex fehlte in allen bisherigen Analysen der DB-Immunogenität, die auf der Grundlage von Laborstämmen des HCMV (HCMVLab) durchgeführt worden waren. Ein erster Versuchsansatz zeigte, dass die NTAk-Antwort, die durch DB von HCMVLab (DBLab) induziert wird, auch gegen die Infektion mit HCMVKlin einen gewissen Schutz vermittelt. Dies war ein überraschender Befund, da Antikörpern gegen den pentameren Komplex eine entscheidende Rolle bei der Neutralisation von HCMVKlin zugeschrieben wurde. Die Ergebnisse zeigten jedoch, dass Antikörper gegen andere Zielstrukturen zur Neutralisation von HCMVKlin beitragen. Hieraus resultierte unmittelbar die Frage, inwieweit eine Aufnahme des pentameren Komplexes in einen DB-basierten Impfstoff überhaupt notwendig war. Um dies zu beantworten war es notwendig, DB herzustellen, die den pentameren Komplex enthielten. Hierzu wurde ein HCMVLab durch Mutagenese des 235 kpb Genoms so modifiziert, dass von dem resultierenden Stamm der pentamere Komplex exprimiert wurde. In gereinigten DB dieses Stammes konnten die Komponenten des pentameren Komplexes nachgewiesen werden. Die Seren von Tieren, die mit DB dieses neuen Stammes immunisiert wurden, zeigten in der Tat eine deutlich gesteigerte Kapazität zur Neutralisation von HCMVKlin auf verschiedenen Zielzellen. Diese Ergebnisse unterstreichen schlussendlich, dass die Expression des pentameren Komplexes einen Vorteil bei der Induktion der antiviralen NTAk-Antwort erbringt. Zusammengefasst liefern die Erkenntnisse aus dieser Arbeit einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der immunogenen Wirkung von DB. Auf dieser Grundlage war es nunmehr möglich, ein Projekt zur Austestung der DB-Vakzine in einer ersten klinischen Studie zu initiieren.

Characterisation of gp34, a GPI-anchored protein expressed by schizonts of Theileria parva and T. annulata

Using bioinformatics tools, we searched the predicted Theileria annulata and T. parva proteomes for putative schizont surface proteins. This led to the identification of gp34, a GPI-anchored protein that is stage-specifically expressed by schizonts of both Theileria species and is downregulated upon induction of merogony. Transfection experiments in HeLa cells showed that the gp34 signal peptide and GPI anchor signal are also functional in higher eukaryotes. Epitope-tagged Tp-gp34, but not Ta-gp34, expressed in the cytosol of COS-7 cells was found to localise to the central spindle and midbody. Overexpression of Tp-gp34 and Ta-gp34 induced cytokinetic defects and resulted in accumulation of binucleated cells. These findings suggest that gp34 could contribute to important parasite-host interactions during host cell division.

Expression patterns of neurexin-1 and neuroligins in brain and retina of the chick embryo: Neuroligin-3 is absent in retina

Neuroligins (NLs) constitute a family of cell-surface proteins that interact with neurexins (beta-Nxs), another class of neuronal cell-surface proteins, one of each class functioning together in synapse formation. The localization of the various neurexins and neuroligins, however, has not yet been clarified in chicken. Therefore, we studied the expression patterns of neurexin-1 (Nx-1) and neuroligin-1 and -3 during embryonic development of the chick retina and brain by reverse-transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) and in situ hybridization (ISH). While neurexin-1 increased continuously in both brain and retina, the expression of both neuroligins was more variable. As shown by ISH, Nx-1 is expressed in the inner half retina along with differentiation of ganglion and amacrine cells. Transcripts of NL-1 were detected as early as day 4 and increased with the maturation of the different brain regions. In different brain regions, NL-1 showed a different time regulation. Remarkably, neuroligin-3 was entirely absent in retina. This study indicates that synaptogenetic processes in brain and retina use different molecular machineries, whereby the neuroligins might represent the more distinctly regulated part of the neurexin-neuroligin complexes. Noticeably, NL-3 does not seem to be involved in the making of retinal synapses.

Characterization of a Giardia lamblia WB C6 clone resistant to the isoflavone formononetin

Giardia lamblia is a common intestinal-dwelling protozoan and causes diarrhoea in humans and animals worldwide. For several years, a small number of drugs such as the 5-nitroimidazole metronidazole (MET) or the thiazolide nitazoxanide (NTZ) have been used for chemotherapy against giardiasis. However, various pre-clinical and clinical investigations revealed that antigiardial chemotherapy may be complicated by emergence of giardial resistance to these drugs. The present study addressed the question if isoflavones with antigiardial activity, such as daidzein (DAI) or formononetin (FOR), may serve as alternative compounds for treatment of giardiasis. For this purpose, the potential of G. lamblia clone WB C6 to form resistance to FOR and related isoflavones was tested in vitro. In the line of these experiments, a clone (C3) resistant to isoflavones, but sensitive to MET and NTZ, was generated. Affinity chromatography on DAI-agarose using cell-free extracts of G. lamblia trophozoites resulted in the isolation of a polypeptide of approximately 40 kDa, which was identified by mass spectrometry as a nucleoside hydrolase (NH) homologue (EAA37551.1). In a nucleoside hydrolase assay, recombinant NH hydrolysed all nucleosides with a preference for purine nucleosides and was inhibited by isoflavones. Using quantitative RT-PCR, the expression of genes that are potentially involved in resistance formation was analysed, namely NH and genes encoding variant surface proteins (VSPs, TSA417). The transcript level of the potential target NH was found to be significantly reduced in C3. Moreover, drastic changes were observed in VSP gene expression. This may indicate that resistance formation in Giardia against isoflavones is linked to, and possibly mediated by, altered gene expression. Taken together, our results suggest FOR or related isoflavones as an alternative antigiardial agent to overcome potential problems of resistance to drugs like MET or NTZ. However, the capacity of Giardia to develop resistance to isoflavones can potentially interfere with this alternative treatment of the disease.

Characterization of Giardia lamblia WB C6 clones resistant to nitazoxanide and to metronidazole

OBJECTIVES: The characterization of Giardia lamblia WB C6 strains resistant to metronidazole and to the nitro-thiazole nitazoxanide [2-acetolyloxy-N-(5-nitro 2-thiazolyl) benzamide] as the parent compound of thiazolides, a novel class of anti-infective drugs with a broad spectrum of activities against a wide variety of helminths, protozoa and enteric bacteria. METHODS: Issuing from G. lamblia WB C6, we have generated two strains exhibiting resistance to nitazoxanide (strain C4) and to metronidazole (strain C5) and determined their susceptibilities to both drugs. Using quantitative RT-PCR, we have analysed the expression of genes that are potentially involved in resistance formation, namely genes encoding pyruvate oxidoreductases (POR1 and POR2), nitroreductase (NR), protein disulphide isomerases (PDI2 and PDI4) and variant surface proteins (VSPs; TSA417). We have cloned and expressed PDI2 and PDI4 in Escherichia coli. Using an enzyme assay based on the polymerization of insulin, we have determined the activities of both enzymes in the presence and absence of nitazoxanide. RESULTS: Whereas C4 was cross-resistant to nitazoxanide and to metronidazole, C5 was resistant only to metronidazole. Transcript levels of the potential targets for nitro-drugs POR1, POR2 and NR were only slightly modified, PDI2 transcript levels were increased in both resistant strains and PDI4 levels in C4. This correlated with the findings that the functional activities of recombinant PDI2 and PDI4 were inhibited by nitazoxanide. Moreover, drastic changes were observed in VSP gene expression. CONCLUSIONS: These results suggest that resistance formation in Giardia against nitazoxanide and metronidazole is linked, and possibly mediated by, altered gene expression in drug-resistant strains compared with non-resistant strains of Giardia.

Inhibition of matrix metalloproteinases and tumour necrosis factor alpha converting enzyme as adjuvant therapy in pneumococcal meningitis

Matrix metalloproteinases (MMPs) and tumour necrosis factor alpha (TNF-alpha) converting enzyme (TACE) contribute synergistically to the pathophysiology of bacterial meningitis. TACE proteolytically releases several cell-surface proteins, including the proinflammatory cytokine TNF-alpha and its receptors. TNF-alpha in turn stimulates cells to produce active MMPs, which facilitate leucocyte extravasation and brain oedema by degradation of extracellular matrix components. In the present time-course studies of pneumococcal meningitis in infant rats, MMP-8 and -9 were 100- to 1000-fold transcriptionally upregulated, both in CSF cells and in brain tissue. Concentrations of TNF-alpha and MMP-9 in CSF peaked 12 h after infection and were closely correlated. Treatment with BB-1101 (15 mg/kg subcutaneously, twice daily), a hydroxamic acid-based inhibitor of MMP and TACE, downregulated the CSF concentration of TNF-alpha and decreased the incidences of seizures and mortality. Therapy with BB-1101, together with antibiotics, attenuated neuronal necrosis in the cortex and apoptosis in the hippocampus when given as a pretreatment at the time of infection and also when administration was started 18 h after infection. Functionally, the neuroprotective effect of BB-1101 preserved learning performance of rats assessed 3 weeks after the disease had been cured. Thus, combined inhibition of MMP and TACE offers a novel therapeutic strategy to prevent brain injury and neurological sequelae in bacterial meningitis.

Role of protein translocation pathways across the endoplasmic reticulum in Trypanosoma brucei

The translocation of secretory and membrane proteins across the endoplasmic reticulum (ER) membrane is mediated by co-translational (via the signal recognition particle (SRP)) and post-translational mechanisms. In this study, we investigated the relative contributions of these two pathways in trypanosomes. A homologue of SEC71, which functions in the post-translocation chaperone pathway in yeast, was identified and silenced by RNA interference. This factor is essential for parasite viability. In SEC71-silenced cells, signal peptide (SP)-containing proteins traversed the ER, but several were mislocalized, whereas polytopic membrane protein biogenesis was unaffected. Surprisingly trypanosomes can interchangeably utilize two of the pathways to translocate SP-containing proteins except for glycosylphosphatidylinositol-anchored proteins, whose level was reduced in SEC71-silenced cells but not in cells depleted for SRP68, an SRP-binding protein. Entry of SP-containing proteins to the ER was significantly blocked only in cells co-silenced for the two translocation pathways (SEC71 and SRP68). SEC63, a factor essential for both translocation pathways in yeast, was identified and silenced by RNA interference. SEC63 silencing affected entry to the ER of both SP-containing proteins and polytopic membrane proteins, suggesting that, as in yeast, this factor is essential for both translocation pathways in vivo. This study suggests that, unlike bacteria or other eukaryotes, trypanosomes are generally promiscuous in their choice of mechanism for translocating SP-containing proteins to the ER, although the SRP-independent pathway is favored for glycosylphosphatidylinositol-anchored proteins, which are the most abundant surface proteins in these parasites.

Meprins, membrane-bound and secreted astacin metalloproteinases

The astacins are a subfamily of the metzincin superfamily of metalloproteinases. The first to be characterized was the crayfish enzyme astacin. To date more than 200 members of this family have been identified in species ranging from bacteria to humans. Astacins are involved in developmental morphogenesis, matrix assembly, tissue differentiation and digestion. Family members include the procollagen C-proteinase (BMP1, bone morphogenetic protein 1), tolloid and mammalian tolloid-like, HMP (Hydra vulgaris metalloproteinase), sea urchin BP10 (blastula protein) and SPAN (Strongylocentrotus purpuratus astacin), the 'hatching' subfamily comprising alveolin, ovastacin, LCE, HCE ('low' and 'high' choriolytic enzymes), nephrosin (from carp head kidney), UVS.2 from frog, and the meprins. In the human and mouse genomes, there are six astacin family genes (two meprins, three BMP1/tolloid-like, one ovastacin), but in Caenorhabditis elegans there are 40. Meprins are the only astacin proteinases that function on the membrane and extracellularly by virtue of the fact that they can be membrane-bound or secreted. They are unique in their domain structure and covalent subunit dimerization, oligomerization propensities, and expression patterns. They are normally highly regulated at the transcriptional and post-translational levels, localize to specific membranes or extracellular spaces, and can hydrolyse biologically active peptides, cytokines, extracellular matrix (ECM) proteins and cell-surface proteins. The in vivo substrates of meprins are unknown, but the abundant expression of these proteinases in the epithelial cells of the intestine, kidney and skin provide clues to their functions.