Isoprenylation of the G protein gamma subunit is both necessary and sufficient for beta gamma dimer-mediated stimulation of phospholipase C

We have previously shown that isoprenylation and/or additional pest-translational processing of the G protein gamma(1) subunit carboxyl terminus is required for beta(1) gamma(1) subunit stimulation of phospholipase C-beta(2) (PLC beta(2)) [Dietrich, A., Meister, M., Brazil, D., Camps, M., & Gierschik, P. (1994) Eur. J. Biochem. 219, 171-178]. To examine whether isoprenylation of the gamma(1) subunit alone is sufficient for beta(1) gamma(1)-mediated PLC beta(2) stimulation or whether any of the two subsequent modifications, proteolytic removal of the carboxyl-terminal tripeptide and/or carboxylmethylation, is required for this effect, nonisoprenylated recombinant beta(1) gamma(1) dimers were produced in baculovirus-infected insect cells, purified to near homogeneity, and then isoprenylated in vitro using purified recombinant protein farnesyltransferase. Analysis of the beta(1) gamma(1) dimer after in vitro farnesylation by reversed phase high-performance liquid chromatography followed by delayed extraction matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry confirmed that the gamma(1) subunit was carboxyl-terminally farnesylated but not proteolyzed and carboxylmethylated. Functional reconstitution of in vitro-farnesylated beta(1) gamma(1) dimers with a recombinant PLC beta(2) isozyme revealed that farnesylation rendered recombinant nonisoprenylated beta(1) gamma(1) dimers capable of stimulating PLC beta(2) and that the degree of this stimulation was only approximately 45% lower for in vitro-farnesylated beta(1) gamma(1) dimers than for fully modified native beta(1) gamma(1) purified from bovine retinal rod outer segments. Taken together, these results suggest that isoprenylation of the gamma subunit is both necessary and sufficient for beta gamma dimer-mediated stimulation of phospholipase C.

A Burkholderia cenocepacia gene encoding a non-functional tyrosine phosphatase is required for the delayed maturation of the bacteria-containing vacuoles in macrophages

Burkholderia cenocepacia infects patients with cystic fibrosis. We have previously shown that B. cenocepacia can survive in macrophages within membrane vacuoles (BcCVs) that preclude fusion with the lysosome. The bacterial factors involved in B. cenocepacia intracellular survival are not fully elucidated. We report here that deletion of BCAM0628, encoding a predicted low-molecular weight protein tyrosine phosphatase (LMW-PTP) that is restricted to B. cenocepacia strains of the transmissible ET-12 clone, accelerates the maturation of the BcCVs. Compared to parental strain and deletion mutants in other LMW-PTPs that are widely conserved in Burkholderia species, a greater proportion of BcCVs containing the BCAM0628 mutant were targeted to the lysosome. Accelerated BcCV maturation was not due to reduced intracellular viability since BCAM0628 survived and replicated in macrophages similarly to the parental strain. Therefore, BCAM0628 was referred to as dpm (delayed phagosome maturation). We provide evidence that the Dpm protein is secreted during growth in vitro and upon macrophage infection. Dpm secretion requires an N-terminal signal peptide. Heterologous expression of Dpm in B. multivorans confers to this bacterium a similar phagosomal maturation delay as found with B. cenocepacia. We demonstrate that Dpm is an inactive phosphatase, suggesting that its contribution to phagosomal maturation arrest must be unrelated to tyrosine phosphatase activity.

Caracterização da marcação imunohistoquímica da protein gene product 9.5 (PGP 9.5) em células astrocitárias

Tese de mestrado, Neurociências, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2015

Surface display of proteins by Gram-negative bacterial autotransporters

Affiliation: Faculté de Médecine Vétérinaire, Université de Montréal

Contribution de la Glycoprotéine M dans la Sortie de HSV-1

Le Virus Herpès Simplex de type 1 (HSV-1) est un agent infectieux qui cause l’herpès chez une grande proportion de la population mondiale. L’herpès est généralement considéré comme une maladie bénigne dont la forme la plus commune est l'herpès labial (communément appelé « bouton de fièvre »), mais elle peut se révéler très sérieuse et causer la cécité et l’encéphalite, voir létale dans certain cas. Le virus persiste toute la vie dans le corps de son hôte. Jusqu'à présent, aucun traitement ne peut éliminer le virus et aucun vaccin n’a été prouvé efficace pour contrôler l’infection herpétique. HSV-1 est un virus avec un génome d’ADN bicaténaire contenu dans une capside icosaèdrale entourée d’une enveloppe lipidique. Treize glycoprotéines virales se trouvent dans cette enveloppe et sont connues ou supposées jouer des rôles distincts dans différentes étapes du cycle de réplication viral, incluant l'attachement, l'entrée, l’assemblage, et la propagation des virus. La glycoprotéine M (gM) qui figure parmi ces glycoprotéines d’enveloppe, est la seule glycoprotéine non essentielle mais est conservée dans toute la famille herpesviridae. Récemment, l’homologue de gM dans le Pseudorabies virus (PRV), un autre herpesvirus, a été impliqué dans la phase finale de l’assemblage (i.e. l’enveloppement cytoplasmique) au niveau du réseau trans-Golgi (TGN) en reconnaissant spécifiquement des protéines tégumentaires et d’autres glycoprotéines d’enveloppe ([1]). Toutefois, il a été proposé que cette hypothèse ne s’applique pas pour le HSV-1 ([2]). De plus, contrairement à la localisation au TGN dans les cellules transfectées, HSV-1 gM se localise dans la membrane nucléaire et sur les virions périnucléaires durant une infection. L’objectif du projet présenté ici était d’éclaircir la relation de la localisation et la fonction de HSV-1 gM dans le contexte d’une infection. Dans les résultats rapportés ici, nous décrivons tout abord un mécanisme spécifique de ciblage nucléaire de HSV-1 gM. En phase précoce d’une infection, gM est ciblée à la membrane nucléaire d'une manière virus ii dépendante. Cela se produit avant la réorganisation du TGN normalement induite par l’infection et avant que gM n’entre dans la voie de sécrétion. Ce ciblage nucléaire actif et spécifique de gM ne semble pas dépendre des plusieurs des partenaires d’interaction proposés dans la littérature. Ces données suggèrent que la forme nucléaire de gM pourrait avoir un nouveau rôle indépendant de l’enveloppement final dans le cytoplasme. Dans la deuxième partie du travail présenté ici, nous avons concentré nos efforts sur le rôle de gM dans l’assemblage du virus en phase tardive de l’infection et en identifiant un domaine critique de gM. Nos résultats mettent en valeur l’importance du domaine carboxyl-terminal cytoplasmique de gM dans le transport de gM du réticulum endoplasmique (RE) à l’appareil de Golgi, dans l’enveloppement cytoplasmique et la propagation intercellulaire du virus. Ainsi, l’export du RE de gM a été complètement compromis dans les cellules transfectées exprimant un mutant de gM dépourvu de sa région C-terminale. La délétion la queue cytoplasmique de gM cause une réduction légère du titre viral et de la taille des plaques. L'analyse de ces mutants par microscopie électronique a démontré une accumulation des nucléocapsides sans enveloppe dans le cytoplasme par rapport aux virus de type sauvage. Étrangement, ce phénotype était apparent dans les cellules BHK mais absent dans les cellules 143B, suggérant que la fonction de gM dépende du type cellulaire. Finalement, le criblage de partenaires d’interaction du domaine C-terminal de gM identifiés par le système de double-hybride nous a permis de proposer plusieurs candidats susceptibles de réguler la fonction de gM dans la morphogénèse et la propagation de virus.

Caractérisation structurale et fonctionnelle des interactions impliquant TFIIH et la machinerie de réparation de l’ADN

La réparation de l’ADN par excision des nucléotides (NER) est un mécanisme capable de retirer une large variété de lésions causant une distorsion de la double hélice, comme celles causées par les rayons ultraviolets (UV). Comme toutes les voies de réparation de l’ADN, la NER contribue à la prévention de la carcinogénèse en prévenant la mutation de l’ADN. Lors de ce processus, il y a d’abord reconnaissance de la lésion par la protéine XPC/Rad4 (humain/levure) qui recrute ensuite TFIIH. Ce complexe déroule l’ADN par son activité hélicase et recrute l’endonucléase XPG/Rad2 ainsi que d’autres protéines nécessaires à l’excision de l’ADN. Lors de son arrivée au site de lésion, XPG/Rad2 déplace XPC/Rad4. TFIIH agit également lors de la transcription de l’ADN, entre autres par son activité hélicase. Outre cette similarité de la présence de TFIIH lors de la transcription et la réparation, il est possible de se demander en quoi les deux voies sont similaires. Nous nous sommes donc intéressés aux interactions impliquant TFIIH et la machinerie de réparation de l’ADN. Nous avons donc entrepris une caractérisation structurale et fonctionnelle de ces interactions. Nous avons découvert que Rad2 et Rad4 possèdent un motif d’interaction en nous basant sur d’autres interactions de la sous-unité Tfb1 de TFIIH. Par calorimétrie à titrage isotherme, nous avons observé que les segments de ces deux protéines contenant ce motif interagissent avec une grande affinité au domaine PH de Tfb1. Le site de liaison de ces segments sur Tfb1PH est très semblable au site de liaison du domaine de transactivation de p53 et au domaine carboxy-terminal de TFIIEα avec Tfb1PH, tel que démontré par résonance magnétique nucléaire (RMN). De plus, tous ces segments peuvent faire compétition les uns aux autres pour la liaison à Tfb1PH. Nous avons aussi démontré in vivo chez la levure qu’une délétion de Tfb1PH crée une sensibilité aux radiations UV. De plus, la délétion de multiples segments de Rad2 et Rad4, dont les segments d’interaction à Tfb1PH, est nécessaire pour voir une sensibilité aux rayons UV. Ainsi, de multiples interactions sont impliquées dans la liaison de Rad2 et Rad4 à TFIIH. Finalement, les structures des complexes Rad2-Tfb1PH et Rad4-Tfb1PH ont été résolues par RMN. Ces structures sont identiques entre elles et impliquent des résidus hydrophobes interagissant avec des cavités peu profondes de Tfb1PH. Ces structures sont très semblables à la structure de TFIIEα-p62PH. Ces découvertes fournissent ainsi un lien important entre la transcription et la réparation de l’ADN. De plus, elles permettent d’émettre un modèle du mécanisme de déplacement de XPC/Rad4 par XPG/Rad2 au site de dommage à l’ADN. Ces connaissances aident à mieux comprendre les mécanismes de maintient de la stabilité génomique et peuvent ainsi mener à développer de nouvelles thérapies contre le cancer.

Mécanismes de régulation du trafic et de l’activité du récepteur GABAB

L’acide γ-aminobutyrique (GABA) est le principal neurotransmetteur inhibiteur du système nerveux central et est impliqué dans diverses pathologies incluant l’épilepsie, l’anxiété, la dépression et la dépendance aux drogues. Le GABA agit sur l’activité neuronale par l’activation de deux types de récepteurs; le canal chlorique pentamérique GABAA et l’hétérodimère obligatoire de récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) GABAB. Chacun des récepteurs est responsable de phases distinctes de la réponse cellulaire au GABA. Lors d’une stimulation par le GABA, il est essentiel pour la cellule de pouvoir contrôler le niveau d’activité des récepteurs et au besoin, de limiter leur activation par des mécanismes de désensibilisation et de régulation négative. La désensibilisation nécessite le découplage du récepteur de ses effecteurs, ainsi que sa compartimentation hors de la membrane plasmique dans le but de diminuer la réponse cellulaire à l’agoniste. Les mécanismes de contrôle de l’activité de GABAB semblent anormaux pour un RCPG et sont encore mal moléculairement caractérisés. L’objet de cette thèse est d’étudier la régulation du récepteur GABAB et de sa signalisation par la caractérisation de nouvelles protéines d’interactions étant impliquées dans la désensibilisation, l’internalisation et la dégradation du récepteur. Une première étude nous a permis d’identifier la protéine NSF (N-ethylmaleimide sensitive factor) comme interagissant avec le récepteur hétérodimérique. Nous avons caractérisé le site d’interaction au niveau du domaine coiled-coil de chacune des deux sous-unités de GABAB et constaté la dépendance de cette interaction au statut de l’activité ATPasique de NSF. Nous avons observé que cette interaction pouvait être dissociée par l’activation de GABAB, induisant la phosphorylation du récepteur par la protéine kinase C (PKC) parallèlement à la désensibilisation du récepteur. L’activation de PKC par le récepteur est dépendante de l’interaction NSF-GABAB, ce qui suggère une boucle de rétroaction entre NSF et PKC. Nous proposons donc un modèle où, à l’état basal, le récepteur interagit avec NSF, lui permettant d’activer PKC en réponse à la stimulation par un agoniste, et où cette activation permet à PKC de phosphoryler le récepteur, induisant sa dissociation de NSF et sa désensibilisation. Nous avons par la suite étudié la dégradation et l’ubiquitination constitutive de GABAB et la régulation de celles-ci par PKC et l’enzyme de déubiquitination USP14 (ubiquitin-specific protease 14). Au niveau basal, le récepteur est ubiquitiné, et présente une internalisation et une dégradation rapide. L’activation de PKC augmente l’ubiquitination à la surface cellulaire et l’internalisation, et accélère la dégradation du récepteur. USP14 est en mesure de déubiquitiner le récepteur suite à l’internalisation, mais accélère aussi la dégradation par un mécanisme indépendant de son activité enzymatique. Nos résultats suggèrent un mécanisme où l’ubiquitination promeut l’internalisation et où USP14 cible le récepteur ubiquitiné vers un processus de dégradation lysosomale. La troisième étude porte sur la régulation de la densité de récepteurs à la membrane plasmique par la protéine Grb2 (growth factor receptor-bound protein 2). Nous avons déterminé que Grb2 interagit avec GABAB1 au niveau de la séquence PEST (riche en proline, glutamate, sérine et thréonine) du domaine carboxyl-terminal, et que cette interaction module l’expression à la surface du récepteur hétérodimérique en diminuant l’internalisation constitutive par un mécanisme encore inconnu. Cette inhibition de l’internalisation pourrait provenir d’une compétition pour le site de liaison de Grb2 à GABAB1, ce site étant dans une région interagissant avec plusieurs protéines impliquées dans le trafic du récepteur, tels le complexe COPI et la sous-unité γ2S du récepteur GABAA (1, 2). En proposant de nouveaux mécanismes moléculaires contrôlant l’activité et l’expression à la membrane du récepteur GABAB par les protéines NSF, PKC, USP14 et Grb2, les études présentées dans cette thèse permettent de mieux comprendre les processus d’internalisation et de dégradation, ainsi que du contrôle de l’activité de GABAB par la désensibilisation, ouvrant la porte à une meilleure compréhension de la signalisation GABAergique.

In planta proteomics and proteogenomics of the biotrophic barley fungal pathogen blumeria graminis f. sp hordei

To further our understanding of powdery mildew biology during infection, we undertook a systematic shotgun proteomics analysis of the obligate biotroph Blumeria graminis f. sp. hordei at different stages of development in the host. Moreover we used a proteogenomics approach to feed information into the annotation of the newly sequenced genome. We analyzed and compared the proteomes from three stages of development representing different functions during the plant-dependent vegetative life cycle of this fungus. We identified 441 proteins in ungerminated spores, 775 proteins in epiphytic sporulating hyphae, and 47 proteins from haustoria inside barley leaf epidermal cells and used the data to aid annotation of the B. graminis f. sp. hordei genome. We also compared the differences in the protein complement of these key stages. Although confirming some of the previously reported findings and models derived from the analysis of transcriptome dynamics, our results also suggest that the intracellular haustoria are subject to stress possibly as a result of the plant defense strategy, including the production of reactive oxygen species. In addition, a number of small haustorial proteins with a predicted N-terminal signal peptide for secretion were identified in infected tissues: these represent candidate effector proteins that may play a role in controlling host metabolism and immunity. Molecular & Cellular Proteomics 8: 2368-2381, 2009.

A suite of parallel vectors for baculovirus expression

The expression of proteins using recombinant baculoviruses is a mature and widely used technology. However, some aspects of the technology continue to detract from high throughput use and the basis of the final observed expression level is poorly understood. Here, we describe the design and use of a set of vectors developed around a unified cloning strategy that allow parallel expression of target proteins in the baculovirus system as N-terminal or C-terminal fusions. Using several protein kinases as tests we found that amino-terminal fusion to maltose binding protein rescued expression of the poorly expressed human kinase Cot but had only a marginal effect on expression of a well-expressed kinase IKK-2. In addition, MBP fusion proteins were found to be secreted from the expressing cell. Use of a carboxyl-terminal GFP tagging vector showed that fluorescence measurement paralleled expression level and was a convenient readout in the context of insect cell expression, an observation that was further supported with additional non-kinase targets. The expression of the target proteins using the same vectors in vitro showed that differences in expression level were wholly dependent on the environment of the expressing cell and an investigation of the time course of expression showed it could affect substantially the observed expression level for poorly but not well-expressed proteins. Our vector suite approach shows that rapid expression survey can be achieved within the baculovirus system and in addition, goes some way to identifying the underlying basis of the expression level obtained. (c) 2006 Elsevier Inc. All rights reserved.

The adrenal secretory serine protease AsP is a short secretory isoform of the transmembrane airway trypsin-like protease

To further elucidate the role of proteases capable of cleaving N-terminal proopiomelanocortin (N-POMC)-derived peptides, we have cloned two cDNAs encoding isoforms of the airway trypsin-like protease (AT) from mouse (MAT) and rat ( RAT), respectively. The open reading frames comprise 417 amino acids (aa) and 279 aa. The mouse AT gene was located at chromosome 5E1 and contains 10 exons. The longer isoform, which we designated MAT1 and RAT1, has a simple type II transmembrane protein structure, consisting of a short cytoplasmic domain, a transmembrane domain, a SEA (63-kDa sea urchin sperm protein, enteropeptidase, agrin) module, and a serine protease domain. The human homolog of MAT1 and RAT1 is the human AT ( HAT). The shorter isoform, designated MAT2 and RAT2, which contains an alternative N terminus, was formerly described in the rat as adrenal secretory serine protease (AsP) and has been shown to be involved in the processing of N-POMC-derived peptides. In contrast to the long isoform, neither MAT2 and RAT2 ( AsP) contain a transmembrane domain nor a SEA domain but an N-terminal signal peptide to direct the enzyme to the secretory pathway. The C terminus, covering the catalytic triad, is identical in both isoforms. Immunohistochemically, MAT/RAT was predominantly expressed in tissues of the upper gastrointestinal and the respiratory tract - but also in the adrenal gland. Moreover, isoform-specific RT-PCR and quantitative PCR analysis revealed a complex expression pattern of the two isoforms with differences between mice and rats. These findings indicate a multifunctional role of these proteases beyond adrenal proliferation.

The structure and mechanism of serine acetyltransferase from Escherichia coli

Serine acetyltransferase (SAT) catalyzes the first step of cysteine synthesis in microorganisms and higher plants. Here we present the 2.2 Angstrom crystal structure of SAT from Escherichia coli, which is a dimer of trimers, in complex with cysteine. The SAT monomer consists of an amino-terminal alpha-helical domain and a carboxyl- terminal left-handed beta-helix. We identify His(158) and Asp(143) as essential residues that form a catalytic triad with the substrate for acetyl transfer. This structure shows the mechanism by which cysteine inhibits SAT activity and thus controls its own synthesis. Cysteine is found to bind at the serine substrate site and not the acetyl-CoA site that had been reported previously. On the basis of the geometry around the cysteine binding site, we are able to suggest a mechanism for the O-acetylation of serine by SAT. We also compare the structure of SAT with other left-handed beta-helical structures.

In planta proteomics and proteogenomics of the biotrophic barley fungal pathogen blumeria graminis f. sp hordei

To further our understanding of powdery mildew biology during infection, we undertook a systematic shotgun proteomics analysis of the obligate biotroph Blumeria graminis f. sp. hordei at different stages of development in the host. Moreover we used a proteogenomics approach to feed information into the annotation of the newly sequenced genome. We analyzed and compared the proteomes from three stages of development representing different functions during the plant-dependent vegetative life cycle of this fungus. We identified 441 proteins in ungerminated spores, 775 proteins in epiphytic sporulating hyphae, and 47 proteins from haustoria inside barley leaf epidermal cells and used the data to aid annotation of the B. graminis f. sp. hordei genome. We also compared the differences in the protein complement of these key stages. Although confirming some of the previously reported findings and models derived from the analysis of transcriptome dynamics, our results also suggest that the intracellular haustoria are subject to stress possibly as a result of the plant defense strategy, including the production of reactive oxygen species. In addition, a number of small haustorial proteins with a predicted N-terminal signal peptide for secretion were identified in infected tissues: these represent candidate effector proteins that may play a role in controlling host metabolism and immunity. Molecular & Cellular Proteomics 8: 2368-2381, 2009.

New malaria vaccine candidates based on the Plasmodium vivax Merozoite Surface Protein-1 and the TLR-5 agonist Salmonella Typhimurium FliC flagellin

The present study evaluated the immunogenicity of new malaria vaccine formulations based on the 19 kDa C-terminal fragment of Plasmodium vivax Merozoite Surface Protein-1 (MSP1(19)) and the Salmonella enterica serovar Typhimurium flagellin (FIiC), a Toll-like receptor 5 (TLR5) agonist. FHC was used as an adjuvant either admixed or genetically linked to the P. vivax MSP1(19) and administered to C57BL/6 mice via parenteral (s.c.) or mucosal (i.n.) routes. The recombinant fusion protein preserved MSP1(19) epitopes recognized by Sera collected from P. vivax infected humans and TLR5 agonist activity. Mice parenterally immunized with recombinant P vivax MSPI 19 in the presence of FliC, either admixed or genetically linked, elicited strong and long-lasting MSP1 (19)-specific systemic antibody responses with a prevailing IgG1 subclass response. Incorporation of another TLR agonist, CpG ODN 1826, resulted in a more balanced response, as evaluated by the IgG1/IgG2c ratio, and higher cell-mediated immune response measured by interferon-gamma secretion. Finally, we show that MSPI 19-specific antibodies recognized the native protein expressed on the surface of P. vivax parasites harvested from infected humans. The present report proposes a new class of malaria vaccine formulation based on the use of malaria antigens and the innate immunity agonist FliC. it contains intrinsic adjuvant properties and enhanced ability to induce specific humoral and cellular immune responses when administered alone or in combination with other adjuvants. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Allogeneic apoptotic thymocyte-stimulated dendritic cells expand functional regulatory T cells

P>Dendritic cells (DCs) play an important role in the clearance of apoptotic cells. The removal of apoptotic cells leads to peripheral tolerance, although their role is still not clear. We show that the uptake of apoptotic thymocytes by DCs converts these cells into tolerogenic DCs resistant to maturation by lipopolysaccharide, modulating the production of interleukin-12 and up-regulating the expression of transforming growth factor-beta(1) latency associated peptide. We also observed that DCs pulsed with apoptotic cells in the allogeneic context were more efficient in the expansion of regulatory T cells (Tregs), and that this expansion requires contact between DCs and the T cell. The Tregs sorted from in vitro culture suppressed the proliferation of splenocytes in vitro in a specific and non-specific manner. In the in vivo model, the transfer of CD4+ CD25- cells to Nude mice induced autoimmunity, with cell infiltrate found in the stomach, colon, liver and kidneys. The co-transfer of CD4+ CD25- and CD4+ CD25+ prevented the presence of cell infiltrates in several organs and increased the total cell count in lymph nodes. Our data indicate that apoptotic cells have an important role in peripheral tolerance via induction of tolerogenic DCs and CD4+ CD25+ Foxp3+ cells that present regulatory functions.

In vitro and in vivo studies on CCR10 regulation by Annexin A1

The mode of action of annexin A1 (ANXA1) is poorly understood. By using rapid subtraction hybridization we studied the effects of human recombinant ANXA1 and the N-terminal ANXA1 peptide on gene expression in a human larynx cell line. Three genes showed strong downregulation after treatment with ANXA1. In contrast, expression of CCR10, a seven transmembrane G-protein coupled receptor for chemokine CCL27 involved in mucosal immunity, was increased. Moreover the reduction in CCR10 expression induced by ANXA1 gene deletion was rescued by intravenous treatment with low doses of ANXA1. These findings provide new evidence that ANXA1 modulates gene expression. (c) 2006 Federation of European Biochemical Societies. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.