The Type VI secretion system of Burkholderia cenocepacia affects multiple Rho family GTPases disrupting the actin cytoskeleton and the assembly of NADPH oxidase complex in macrophages

Burkholderia cenocepacia is a Gram-negative opportunistic pathogen of patients with cystic fibrosis and chronic granulomatous disease. The bacterium survives intracellularly in macrophages within a membrane-bound vacuole (BcCV) that precludes the fusion with lysosomes. The underlying cellular mechanisms and bacterial molecules mediating these phenotypes are unknown. Here, we show that intracellular B. cenocepacia expressing a type VI secretion system (T6SS) affects the activation of the Rac1 and Cdc42 RhoGTPase by reducing the cellular pool of GTP-bound Rac1 and Cdc42. The T6SS also increases the cellular pool of GTP-bound RhoA and decreases cofilin activity. These effects lead to abnormal actin polymerization causing collapse of lamellipodia and failure to retract the uropod. The T6SS also prevents the recruitment of soluble subunits of the NADPH oxidase complex including Rac1 to the BcCV membrane, but is not involved in the BcCV maturation arrest. Therefore, T6SS-mediated deregulation of Rho family GTPases is a common mechanism linking disruption of the actin cytoskeleton and delayed NADPH oxidase activation in macrophages infected with B. cenocepacia.

Physical characterisation and component release of poly(vinyl alcohol)-tetrahydroxyborate hydrogels and their applicability as potential topical drug delivery systems

Poly(vinyl alcohol)-tetrahydroxyborate (PVA-THB) hydrogels are dilatant formulations with potential for topical wound management. To support this contention, the physical properties, rheological behaviour and component release of candidate formulations were investigated. Oscillatory rheometry and texture profile analysis were used at room temperature and 37 °C. Results showed that it was possible to control the rheological and textural properties by altering component concentration and modifying the type of PVA polymer used. Hydrogels made using PVA grades with higher degrees of hydrolysis displayed favourable characteristics from a wound healing perspective. In vitro release of borate and PVA were assessed in order to evaluate potential clinical dosing of free species originating from the hydrogel structure. Component diffusion was influenced by both concentration and molecular weight, where relevant, with up to 5% free PVA cumulative release observed after 30 min. The results of this study demonstrated the importance of poly(vinyl alcohol) selection for ensuring appropriate gel formation in PVA-THB hydrogels. The benefits of higher degrees of hydrolysis, in particular, included lower excipient release and reduced bioadhesion. The unique physical characteristics of these hydrogels make them an appealing delivery vehicle for chronic and acute wound management purposes.

Preparation and characterization of novel nanocomposites of inorganic/polysaccharide type

O uso de polímeros naturais no âmbito da preparação de nanocompósitos não tem sido tão amplamente estudado quando comparado com os polímeros sintéticos. Assim, esta tese tem como objectivo estudar metodologias para a preparação de novos materiais nanocompósitos sob a forma de dispersões e filmes utilizando polissacarídeos como matriz. A tese está dividida em cinco capítulos sendo o último capítulo dedicado às conclusões gerais e a sugestões para trabalhos futuros. Inicialmente é apresentada uma breve revisão bibliográfica sobre os principais temas colocando esta tese em contexto. Considerações sobre o uso de polímeros naturais e a sua combinação com a utilização de nanopartículas inorgânicas para a fabricação de novos bionanocomposites são descritas e os objectivos e outline da tese são também apresentados. No segundo capítulo, a preparação de partículas de sílica puras ou modificadas bem como a sua caracterização por FTIR, SEM, TEM, TGA, DLS (tamanho e potencial zeta) e medições de ângulo de contacto são discutidas. De modo a melhorar a compatibilidade da sílica com os polissacarídeos, as partículas SiO2 foram modificados com dois compostos do tipo organosilano: 3- metacril-oxipropil-trimetoxissilano (MPS) e 3-aminopropil-trimetoxissilano (APS). As partículas SiO2@MPS foram posteriormente encapsuladas com de poli(metacrilato de glicidilo) utilizando a técnica de polimerização em emulsão. A utilização dos nanocompósitos resultantes na preparação de dispersões de bionanocompósitos não foi bem sucedida e por esse motivo não os estudos não foram prosseguidos. O uso de SiO2@APS na preparação de dispersões bionanocomposite foi eficiente. No terceiro capítulo é apresentada uma revisão sobre dispersões bionanocompósitas e respectiva caracterização destacando aspectos fundamentais sobre reologia e microestrutura. Em seguida, é discutido o estudo sistemático realizado sobre o comportamento reológico de dispersões de SiO2 utilizando três polissacarídeos distintos no que concerne a carga e as características gelificantes: a goma de alfarroba (não iónica), o quitosano (catiónico) e a goma xantana (aniónica) cujas propriedades reológicas são amplamente conhecidas. Os estudos reológicos realizados sob diferentes condições demonstraram que a formação de géis frágeis e/ou bem estruturados depende do tamanho SiO2, da concentração, do pH e da força iónica. Estes estudos foram confirmados por análises microestruturais usando a microscopia electrónica a baixas temperaturas (Cryo-SEM). No quarto capítulo, são apresentados os estudos relativos à preparação e caracterização de filmes bionanocompósitos utilizando quitosano como matriz. Primeiramente é apresentada uma revisão sobre filmes de bionanocompósitos e os aspectos fundamentais das técnicas de caracterização utilizadas. A escolha do plasticizante e da sua concentração são discutidas com base nas propriedades de filmes de quitosano preparados. Em seguida, o efeito da concentração de sílica e dos métodos utilizados para a dispersar na matriz de polissacarídeo, bem como o efeito da modificação da superfície da sílica é avaliado. As características da superfície e as propriedades de barreira, mecânicas e térmicas são discutidas para cada conjunto de filmes preparados antes e após a sua neutralização. Os resultados obtidos mostraram que a dispersão das cargas no plasticizante e posterior adição à matriz polissacarídica resultaram apenas em pequenas melhorias já que o problema da agregação de sílica não foi ultrapassado. Por esse motivo foram preparados filmes com SiO2@APS os quais apresentaram propriedades melhores apesar da agregação das partículas não ter sido completamente impedida. Tal pode estar relacionado com o processo de secagem dos filmes. Finalmente, no capítulo 5, são apresentadas as principais conclusões obtidas e algumas sugestões para trabalho futuro.

Modified electrodes with Keggin-type polyoxotungstates

O objectivo deste trabalho é a produção de novos eléctrodos modificados com polioxotungstatos (POMs) do tipo Keggin, incluindo POMs lacunares e substituídos por metais de transição. A preparação e caracterização dos polioxotungstatos encontram-se descritas no Capítulo 2. No Capítulo 3 descreve-se a produção de eléctrodos de carbono vítreo funcionalizados com sais híbridos de tetra-n-butilamónio de vários silicotungstatos pelo método de evaporação da gota. As propriedades electroquímicas dos polioxotungstatos imobilizados foram comparadas com as das espécies solúveis correspondentes. A morfologia dos depósitos foi avaliada por microscopia óptica e por microscopia electrónica de varrimento. No capítulo 4 descreve-se a preparação de novos eléctrodos compósitos de carbono e poli(hexilmetacrilato) com fosfotungstatos. Os estudos electroquímicos revelaram que as principais características dos POMs são mantidas e que os processos de redução são controlados por difusão, dependendo da difusão dos protões da solução. O Capítulo 5 descreve a construção de filmes em multicamadas ultrafinos contendo POMs e polietilenimina, preparados pelo método de auto-montagem camada-sobre-camada em eléctrodos de carbono vítreo. Os filmes em multicamada foram caracterizados por voltametria cíclica e por microscopia electrónica de varrimento e foi usada a espectroscopia de absorção de UV-Vis em placas de quartzo para monitorar o crescimento de filme. Os resultados voltamétricos revelaram que os processos de redução dos POM são confinados à superfície. Alguns destes eléctrodos modificados revelaram propriedades electrocatalíticas relativamente à redução dos aniões nitrito, bromato e/ou iodato. A espectroscopia de impedância electroquímica também foi usada na caracterização destes filmes e os resultados revelaram que a resistência à transferência de carga aumenta com o aumento do número de bicamadas para ambas as espécies redox, indicando que a espessura do filme tem um efeito importante sobre a cinética de reacções de transferência de carga. No capítulo 6 descreve-se a síntese de filmes híbridos orgânicos/inorgânicos compostos por poli(3,4-etilenodioxitiofeno) (PEDOT) e por silicotungstatos do tipo Keggin através da polimerização electroquímica, em condições aquosas, na superfície de electrodos de carbono vítreo. A voltametria cíclica revelou que as características principais dos POMs são mantidas nos filmes. Verificou-se que estes filmes são muito estáveis, possivelmente devido a fortes interacções electrostáticas entre os POMs aniónicos e o polímero positivamente carregado. A espectroscopia de impedância electroquímica foi também utilizada e os resultados mostraram que a resistência de transferência de carga aumenta com o aumento do pH e para valores de potenciais mais elevados. O capítulo 7 apresenta as conclusões finais e possíveis trabalhos futuros.

Synthesis of new vegetable oil-based polymeric materials

A crescente procura de recursos fosseis a que se tem assistido nos ultimos anos, tem resultado num crescimento sem precedentes dos precos, com consequencias imprevisiveis e que levara, no espaco de decadas, ao seu inevitavel esgotamento. A procura de um modelo de desenvolvimento sustentavel, baseado em recursos renovaveis e o grande desafio que se coloca a civilizacao no seculo XXI. A biomassa vegetal, atraves das designadas gBio-refinarias h, e uma alternativa logica para a producao de produtos quimicos e de materiais mas tambem de combustiveis e energia. Os oleos vegetais constituem uma das fracoes da biomassa vegetal, cuja exploracao tem merecido redobrada atencao nos ultimos anos, como fonte de materiais e de combustiveis. Assim, a presente dissertacao tem por objetivo o desenvolvimento de novos materiais polimericos derivados de oleos vegetais, seguindo duas abordagens distintas, nomeadamente a preparacao de polimeros atraves de polimerizacao por etapas e polimerizacao em cadeia (Parte B e C, respetivamente). Em primeiro lugar, foram sintetizados poliesteres alifaticos de cadeia longa a partir de monomeros provenientes do oleo de colza (Capitulo III). A auto-metatese do acido erucico com catalisadores de rutenio, seguida de hidrogenacao da ligacao dupla, originou o acido 1,26-hexacosanodioico, que por sua vez foi convertido em hexacosano-1,26-diol. Subsequentemente, a policondensacao do acido ƒ¿,ƒÖ-dicarboxilico de cadeia longa com o hexacosano-1,26-diol originou o poliester 26,26. O diacido C26 foi tambem polimerizado com outros alcano-diois de cadeia curta, nomeadamente o dodecano-1,12-diol e o butano-1,2-diol, produzindo, respetivamente, os poliesteres 12,26 e 4,26. Estes poliesteres de fontes 100% renovaveis possuem valores de Mn na ordem dos 8-14 kDa e valores de PDI entre 2.1 e 2.7. As propriedades destes poliesteres alifaticos foram avaliadas atraves de varias tecnicas, revelando elevada cristalinidade (com uma estrutura cristalina como a do polietileno) e elevadas temperaturas de fusao (74-104 ‹C), cristalizacao (68-92 ‹C) e degradacao (323-386 ‹C). Em segundo lugar, foram sintetizados polimeros lineares termo-reversiveis a partir de derivados do oleo de ricinio (Capitulo IV). Para tal foram preparados monomeros que incorporam aneis furanicos inseridos atraves do acoplamento tiol-eno, e que posteriormente foram polimerizados pela reacao de Diels-Alder (DA) entre os grupos furano (dieno A) e estruturas complementares do tipo maleimida (dienofilo B). Para as polimerizacoes DA foram consideradas duas abordagens diferentes, nomeadamente (i) o uso de monomeros com dois aneis furanicos terminais em conjunto com uma bismaleimida (sistemas AA+BB) e (ii) a utilizacao de um monomero que incorpora ambos os grupos reativos, furano e maleimida, na sua estrutura (sistema AB). Este estudo demonstrou claramente que ambas as estratégias foram bem sucedidas embora com diferentes resultados em termos da natureza dos produtos obtidos. Estes polímeros lineares apresentam valores relativamente baixos de Tg (-40 to -2 °C) devido à natureza flexível dos grupos separadores das funções reativas, e de Mn (4.5-9.0 kDa) dada a observada tendência de ciclização associada a concentrações baixas de monómero. A aplicação da reação de retro-DA aos polímeros em causa confirmou o seu caráter reversível, ou seja, a possibilidade de promover, em condições controladas, a despolimerização com recuperação dos monómeros de partida. Esta particularidade abre caminhos para materiais macromoleculares originais com aplicações promissoras tais como auto-reparação e reciclabilidade. Em terceiro lugar, sintetizaram-se polímeros não-lineares termo-reversíveis a partir de derivados do óleo de ricínio (Capítulo V). Para tal foram preparados monómeros trifuncionais e posteriormente polimerizados através da reação de DA entre os grupos reativos complementares furano/maleimida. Foram consideradas três abordagens distintas para preparar estes polímeros não-lineares, nomeadamente através da utilização de (i) um monómero bisfurânico em combinação com uma trismaleimida (sistema A2+B3) e (ii) um monómero trisfurânico em conjunto com uma bismaleimida (sistema A3+B2) que originaram materiais ramificados ou reticulados, e ainda (iii) a utilização de monómeros assimetricamente substituídos do tipo A2B ou AB2 capazes de originar estruturas macromoleculares hiper-ramificadas. Todos os sistemas apresentaram valores de Tg perto de 0 °C, o que era de esperar para estes materiais não-lineares. A aplicação da reação de retro-DA comprovou mais uma vez o caráter termo-reversível das polimerizações em causa. Em quarto lugar e último lugar, foram preparados copolímeros de acetato de vinilo (VAc) com monómeros derivados de óleo de girassol (Capítulo VI). Ésteres vinílicos de ácidos gordos (FAVE) foram sintetizados por transvinilação dos ácidos oleico e linoleico com VAc catalisada por um complexo de irídio. Os monómeros vinílicos preparados foram caracterizados e posteriormente homopolimerizados e copolimerizados com VAc através do uso dos grupos vinílicos terminais como função inicial de polimerização. A variação do tipo e quantidade de monómero FAVE e da quantidade de iniciador radicalar originou copolímeros de VAc com valores de Mn na gama de 1.2-3.0 kDa e valores de Tg de -5 a 16 °C. Os copolímeros foram avaliados em testes de cura oxidativa através das insaturações nas suas cadeias alifáticas para formar materiais reticulados, e os resultados sugerem que eles podem ser sistemas efetivos de cura para aplicações como tintas, vernizes e outros tipos de revestimento. Todos os materiais poliméricos preparados ao longo deste trabalho constituem contribuições atrativas para a área dos polímeros oriundos de recursos renováveis e representam uma prova indiscutível de que os óleos vegetais são percursores promissores de materiais macromoleculares com potenciais aplicações.

Lactide polymerization with iron alkoxide complexes

Les essais préliminaires pour préparer des alcoolates de fer à partir du bichlorure ou bibromure de fer (II), en les combinant avec des ligands de type diimino pyridine, ont engendré la formation de complexes homoleptiques et hétéroleptiques, dépendant des substituants sur les branches imines du ligand. Ces complexes homoleptiques octaédriques et paramagnétiques ont été étudiés par rapport à leurs propriétés spectroscopiques et cristallographiques. De plus, la synthèse des complexes de fer hétéroleptique a engendré de bons précurseurs penta-coordonnés pour les réactions de substitution de ligands avec des alcoolates de métaux alcalins, de manière à produire les dialcoolates de fer (II) désirés. Des techniques d’analyse telles que la spectroscopie UV-vis, l’analyse élémentaire, la spectrométrie de masse à haute résolution et la cristallographie aux rayons X ont été utilisées pour caractériser ces complexes de fer. L’activité catalytique de ces complexes de fer (II) a aussi été étudiée par rapport à la polymérisation du lactide; les dialcoolates convoités ont été générés in-situ en raison de la difficulté à produire et à isoler les dérivés alcoolates des complexes diimino pyridine de fer. Une étude approfondie a aussi été faite sur les réactions de polymérisation, surtout par rapport aux valeurs de conversion à l’échelle du temps, ainsi qu’à la tacticité des chaines de polymères obtenues. Ces analyses ont été effectuées par l’entremise de la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire, de la chromatographie d’exclusion stérique, et de la spectrométrie de masse MALDI (désorption-ionisation laser assistée par matrice).

Characterization of low dielectric constant polyaniline thin film synthesized by ac plasma polymerization technique

Polyaniline thin films were prepared by ac plasma polymerization technique. Capacitance, dielectric loss, dielectric constant and ac conductivity of these films were investigated in the frequency range from 100 Hz to 1MHz and in the temperature range from 300 to 373 K. Capacitance and dielectric loss decreased with frequency and increased with temperature. This type of behaviour was found to be in good agreement with an existing model. The ac conductivity σ(ω) was found to vary as ωs with the index s 1. Annealing of polyaniline thin films in high vacuum at 373K for 1 h was found to reduce the dielectric loss. FTIR studies reveal that the aromatic ring is retained in the polyaniline thin films, which enhances the thermal stability of the polymer films

Thermal Fractionation and isothermal crystallization of polyethylene nanocomposites prepared by in situ polymerization

Nanocomposites of high-density polyethylene (HDPE) and carbon nanotubes (CNT) of different geometries (single wall, double wall, and multiwall; SWNT, DWNT, and MWNT) were prepared by in situ polymerization of ethylene on CNT whose surface had been previously treated with a metallocene catalytic system. In this work, we have studied the effects of applying the successive self-nucleation and annealing thermal fractionation technique (SSA) to the nanocomposites and have also determined the influence of composition and type of CNT on the isothermal crystallization behavior of the HDPE. SSA results indicate that all types of CNT induce the formation of a population of thicker lamellar crystals that melt at higher temperatures as compared to the crystals formed in neat HDPE prepared under the same catalytic and polymerization conditions and subjected to the same SSA treatment. Furthermore, the peculiar morphology induced by the CNT on the HDPE matrix allows the resolution of thermal fractionation to be much better. The isothermal crystallization results indicated that the strong nucleation effect caused by CNT reduced the supercooling needed for crystallization. The interaction between the HDPE chains and the surface of the CNT is probably very strong as judged by the results obtained, even though it is only physical in nature. When the total crystallinity achieved during isothermal crystallization is considered as a function of CNT content, it was found that a competition between nucleation and topological confinement could account for the results. At low CNT content the crystallinity increases (because of the nucleating effect of CNT on HDPE), however, at higher CNT content there is a dramatic reduction in crystallinity reflecting the increased confinement experienced by the HDPE chains at the interfaces which are extremely large in these nanocomposites. Another consequence of these strong interactions is the remarkable decrease in Avrami index as CNT content increases. When the Avrami index reduces to I or lower, nucleation dominates the overall kinetics as a consequence of confinement effects. Wide-angle X-ray experiments were performed at a high-energy synchrotron source and demonstrated that no change in the orthorhombic unit cell of HDPE occurred during crystallization with or without CNT.

Synthesis of beaded poly(vinyl ether) solid supports with unique solvent compatibility

Poly(vinyl ether) gels SLURPS (Superior Liquid Uptake Resin for Polymer-supported synthesis) with low cross-linking levels have been synthesized for the first time in beaded form using a non-aqueous inverse suspension polymerisation approach. The synthetic protocol was optimized with regards to several parameters including reactions conditions, type and concentration of suspension stabilizer and controlled low temperature addition of co-initiator. Particle size measurements confirm the production of beads with average diameters of 700e950 mm. Optimization of the monomer composition of the poly (vinyl ether) gels resulted in a novel beaded polymer support with considerably improved as well as unique swelling characteristics in solvents ranging from hexane to water. The synthetic utility of the new gel was confirmed by carrying out a set of transformations with complete conversion leading to a useful amino and hydroxy terminated solid-phase precursor resin. Reaction progress could be monitored easily by 1H and 13C gel-phase NMR.

Anthelmintic activity of trans-cinnamaldehyde and A- and B-type proanthocyanidins derived from cinnamon (Cinnamomum verum)

Cinnamon (Cinnamomum verum) has been shown to have anti-inflammatory and antimicrobial properties, but effects on parasitic worms of the intestine have not been investigated. Here, extracts of cinnamon bark were shown to have potent in vitro anthelmintic properties against the swine nematode Ascaris suum. Analysis of the extract revealed high concentrations of proanthocyanidins (PAC) and trans-cinnamaldehyde (CA). The PAC were subjected to thiolysis and HPLC-MS analysis which demonstrated that they were exclusively procyanidins, had a mean degree of polymerization of 5.2 and 21% of their inter-flavan-3-ol links were A-type linkages. Purification of the PAC revealed that whilst they had activity against A. suum, most of the potency of the extract derived from CA. Trichuris suis and Oesophagostomum dentatum larvae were similarly susceptible to CA. To test whether CA could reduce A. suum infection in pigs in vivo, CA was administered daily in the diet or as a targeted, encapsulated dose. However, infection was not significantly reduced. It is proposed that the rapid absorption or metabolism of CA in vivo may prevent it from being present in sufficient concentrations in situ to exert efficacy. Therefore, further work should focus on whether formulation of CA can enhance its activity against internal parasites.

Phosphorylation of CLEC-2 is dependent on lipid rafts, actin polymerization, secondary mediators, and Rac

The C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2) activates platelets through Src and Syk tyrosine kinases via a single cytoplasmic YxxL motif known as a hem immunoreceptor tyrosine-based activation motif (hemITAM). Here, we demonstrate using sucrose gradient ultracentrifugation and methyl-beta-cyclodextrin treatment that CLEC-2 translocates to lipid rafts upon ligand engagement and that translocation is essential for hemITAM phosphorylation and signal initiation. HemITAM phosphorylation, but not translocation, is also critically dependent on actin polymerization, Rac1 activation, and release of ADP and thromboxane A(2) (TxA(2)). The role of ADP and TxA(2) in mediating phosphorylation is dependent on ligand engagement and rac activation but is independent of platelet aggregation. In contrast, tyrosine phosphorylation of the GPVI-FcRgamma-chain ITAM, which has 2 YxxL motifs, is independent of actin polymerization and secondary mediators. These results reveal a unique series of proximal events in CLEC-2 phosphorylation involving actin polymerization, secondary mediators, and Rac activation.

Polymerization-dependent activation of porcine γδ T-cells by proanthocyanidins

Plant-derived proanthocyanidins (PAC) have been promoted as a natural method of improving health and immune function in livestock. It has previously been shown that PAC are effective agonists for activating ruminant γδ T-cells in vitro, however effects on other livestock species are not yet clear. Moreover, the fine structural characteristics of the PAC which contribute to this stimulatory effect have not been elucidated. Here, we demonstrate activation of porcine γδ T-cells by PAC via up-regulation of CD25 (IL-2Rα) and show that 1) activation is dependent on degree of polymerization (DP), with PAC fractions containing polymers with mean DP >6 significantly more effective than fractions with mean DP <6, whilst flavan-3-ol monomers (the constituent monomeric units of PAC) did not induce CD25 expression and 2) both procyanidin and prodelphinidin-type PAC are effective agonists. Furthermore, we show that this effect of PAC is restricted to the γδ T-cell population within porcine peripheral mononuclear cells as significant CD25 up-regulation was not observed in non γδ T-cells, and no activation (via CD80/86 up-regulation) was evident in monocytes. Our results show that dietary PAC may contribute to enhancement of innate immunity in swine via activation of γδ T-cells.

Study of some physical properties of biodegradable films based on blends of gelatin and poly(vinyl alcohol) using a response-surface methodology

The aim of this work was to study the effect of the hydrolysis degree (HD) and the concentration (C(PVA)) Of two types of poly(vinyl alcohol) (PVA) and of the type (glycerol and sorbitol) and the concentration (C(P)) of plasticizers on some physical properties of biodegradable films based on blends of gelatin and PVA Using a response-surface methodology. The films were prepared with a film forming solutions (FFS) with 2 g of macromolecules (gelatin+PVA)/100 g de FFS. The responses analyzed were the mechanical properties, the solubility, the moisture Content. the color difference and the opacity. The linear model was statistically significant and predictive for puncture force and deformation. elongation at break, solubility in water, Moisture content and opacity. The CPVA affected strongly the elongation at break of the films. The interaction of the HD and the C(P) affected this property. Moreover. the puncture force was affected slightly by the C(PVA). Concerning the Solubility in water, the reduction of the HD increased it and this effect was greater for high CPVA Values. In general. the most important effect observed in the physical properties of the films was that of the plasticizer type and concentration. The PVA hydrolysis degree and concentration have an important effect only for the elongation at break, puncture deformation and solubility in water. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

PILZ Protein Structure and Interactions with PILB and the FIMX EAL Domain: Implications for Control of Type IV Pilus Biogenesis

The PilZ protein was originally identified as necessary for type IV pilus (T4P) biogenesis. Since then, a large and diverse family of bacterial PilZ homology domains have been identified, some of which have been implicated in signaling pathways that control important processes, including motility, virulence and biofilm formation. Furthermore, many PilZ homology domains, though not PilZ itself, have been shown to bind the important bacterial second messenger bis(3`-> 5`)cyclic diGMP (c-diGMP). The crystal structures of the PilZ orthologs from Xanthomonas axonopodis pv Citri (PilZ(XAC1133), this work) and from Xanthomonas campestris pv campestris (XC1028) present significant structural differences to other PilZ homologs that explain its failure to bind c-diGMP. NMR analysis of PilZ(XAC1133) shows that these structural differences are maintained in solution. In spite of their emerging importance in bacterial signaling, the means by which NZ proteins regulate specific processes is not clear. In this study, we show that PilZ(XAC1133) binds to PilB, an ATPase required for TV polymerization, and to the EAL domain of FiMX(XAC2398), which regulates TV biogenesis and localization in other bacterial species. These interactions were confirmed in NMR, two-hybrid and far-Western blot assays and are the first interactions observed between any PilZ domain and a target protein. While we were unable to detect phosphodiesterase activity for FimXX(AC2398) in vitro, we show that it binds c-diGMP both in the presence and in the absence of PilZ(XAC1133). Site-directed mutagenesis studies for conserved and exposed residues suggest that PilZ(XAC1133) interactions with FimX(XAC2398) and PilB(XAC3239) are mediated through a hydrophobic surface and an unstructured C-terminal extension conserved only in PilZ orthologs. The FimX-PilZ-PilB interactions involve a full set of ""degenerate"" GGDEF, EAL and PilZ domains and provide the first evidence of the means by which PilZ orthologs and FimX interact directly with the TP4 machinery. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Characterization of the products of aniline peroxydisulfate oligo/polymerization in media with different pH by resonance Raman spectroscopy at 413.1 and 1064 nm excitation wavelengths

The pH-structure correlation of the products of aniline peroxydisulfate reaction was mainly investigated by resonance Raman spectroscopy. The reactions of aniline and ammonium peroxydisulfate were carried out in aqueous solutions of initial pH ranging from 4.9 to 13.2 and monomer/oxidant molar ratio of 4/1. For an initial pH of 4.9, the spectroscopic techniques showed that the emeraldine salt form of polyaniline (PANI-ES) is the main product, corroborating that the usual head-to-tail coupling mechanism is taking place. The resonance Raman spectra at 1064 nm exciting wavelength were useful to detect the emeraldine salt as a minor product for reactions at an initial pH of 5.3-11.5. The Raman spectra of the main product of the reaction at initial pH of 13.2 excited at 1064 and 413.1 nm showed new spectral features consistent with 1,4-Michael-type adducts of aniline monomers and 1,4-benzoquinone-monoimine unit. These compounds and their products of hydrolysis/oxidation are the predominant species for the reaction media of initial pH from 5.3 to 13.2. In order to get PANI with different nanoscale morphologies, a pH value of more than 0 or 1 was used in the aniline polymerization. The spectroscopic data obtained in this work reveal that head-to-tail coupling does not occur when aniline reacts at media pH higher than about 5. It is suggested that chemical structures of the products of aniline oxidation by an unusual mechanism are the driving force for the development of assorted morphologies. Copyright (C) 2011 John Wiley & Sons, Ltd.